一种三相制造技术

本发明专利技术公开了一种三相

【技术实现步骤摘要】
一种三相NPC型三电平逆变器软开关方法


[0001]本专利技术属于高频化电力电子变换领域，具体是一种三相
NPC(
二极管中点箝位
)
型三电平逆变器软开关方法
。

技术介绍

[0002]近年来，随着新能源并网的快速发展
、
电力系统结构的变化以及对变流器的电压等级
、
容量和输出品质要求的不断提高，传统的两电平变流器难以满足不同应用场合的需求
。
相比于传统的两电平逆变器，三电平
NPC
型逆变器借着耐压等级高
、
输出谐波含量低
、
输出共模电压低等优点而被广泛应用于电力
、
交通
、
能源等行业
。
[0003]现有的三相
NPC
型三电平逆变器多采用基于硅
IGBT(
绝缘栅双极型晶体管
)
器件，受限于硅基
IGBT
的高开关损耗和通态压降，变换器的开关频率一般小于
20kHz
，存在无源滤波器件和散热器体积大
、
效率低等问题
。
随着功率半导体器件的发展，以
SiC(
碳化硅
)、GaN(
氮化镓
)
为代表的新型半导体材料具有宽禁带
、
高击穿场强等特性，用其制备的功率器件具有开关速度快
、
导通电阻低等优点，有望大幅提高变换器的功率密度，但是较高的开关频率带来更高的开关损耗和电磁干扰问题，通过引入软开关技术，能够有效降低开关器件的开关损耗，提高装置的转换效率
。
同时，能够一定程度上改善变换器的电磁干扰
(EMI)
，减小
EMI
滤波器的设计难度
。
[0004]传统软开关技术是采用辅助电路实现主开关器件的软开关，根据增加的辅助电路位置，分为交流侧谐振电路和直流侧谐振电路两类
。
交流侧谐振电路是通过辅助电路改变桥臂上电流的方向，通过二极管续流将主电路功率器件的电压箝位到零来实现
ZVS(
零电压开通
)
，主要包括负载侧谐振电路和辅助谐振换流极等
。
直流侧谐振电路是通过辅助电路将直流侧母线的电压在功率器件开关前谐振到零，来实现主电路功率器件的
ZVS
，主要包括谐振直流环
、
准谐振直流环
、
复合有源箝位等
。
辅助网络软开关技术虽然能够实现主开关器件的软开关，但是采用辅助网络会增加主电路
、
驱动电路和控制电路的复杂性，还会降低可靠性，而且辅助开关器件也会增加成本并产生损耗
。
[0005]近些年一些学者提出了无辅助网络软开关技术的方法，通过增大电感电流脉动使电感电流改变流向引起电感和开关器件输出电容之间的谐振实现
ZVS
，具有成本低
、
控制简单
、
易于实现等优点
。
但是无辅助网络软开关技术的方法主要适用于单相
NPC
型三电平逆变器，难以直接推广到三相逆变器，主要原因是三相
NPC
型逆变器存在三相电感电流相互耦合
、
三相桥臂开关状态相互耦合
、
中点电压偏移等主要问题
。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术拟解决的技术问题是，提供一种三相
NPC
型三电平逆变器软开关方法
。
[0007]本专利技术解决所述技术问题的技术方案是，提供一种三相
NPC
型三电平逆变器软开关方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
[0008]步骤
1、
根据三电平
SVPWM
的空间矢量图，确定此时电压合成矢量
U
ref
经过的大扇区
N
和小扇区
n
；再根据变换器的电感值
L
和实现
ZVS
的最小反向偏置电流
I
ZVS
，采样三相电压
v
a
、v
b
、v
c
和三相电流
i
a
、i
b
、i
c
，分别得到
A
相
、B
相
、C
相桥臂各自实现
ZVS
的临界开关频率
f
sx
(
θ
)
，其中，
N
＝
1,2,3,4,5,6
；
n
＝
1,2,3,4,5,6
；
θ
为电网电压锁相得到的锁相角；
x
＝
a,b,c
；
[0009]步骤
2、
七段式
SVPWM
开关序列的作用顺序是开始于负小矢量
、
结束于负小矢量
、
中间为正小矢量；然后舍去开始和结束时的负小矢量，使得三相中的其中一相被箝位，得到五段式空间矢量
CPWM1
，此时分配因子
k
＝
‑1，非箝位相的临界开关频率为
f
sy1
(
θ
)
，其中
y1＝
a,b
或
a,c
或
b,c
；
[0010]同理舍去中间的正小矢量，使得三相中的另一相被箝位，得到五段式空间矢量
CPWM2
，此时分配因子
k
＝1，非箝位相的临界开关频率为
f
sy2
(
θ
)
，其中
y2＝
a,b
或
a,c
或
b,c
；
[0011]步骤
3、
第
N
大扇区对应的角度为
(N
‑
1)60
°
≤
θ
＜
N60
°
，对其进行分析，分别得到
N
为奇数和
N
为偶数时的最终临界开关频率
f
s
；
[0012]步骤
4、
根据步骤3得到的最终临界开关频率
f
s
，得到载波周期为
1/f
s
；再根据步骤3求出的分配因子
k
及其对应的载波周期
1/f
s
，将
SVPWM
的调制波波形进行改造，将
SVPWM...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种三相
NPC
型三电平逆变器软开关方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤
1、
根据三电平
SVPWM
的空间矢量图，确定此时电压合成矢量
U
ref
经过的大扇区
N
和小扇区
n
；再根据变换器的电感值
L
和实现
ZVS
的最小反向偏置电流
I
ZVS
，采样三相电压
v
a
、v
b
、v
c
和三相电流
i
a
、i
b
、i
c
，分别得到
A
相
、B
相
、C
相桥臂各自实现
ZVS
的临界开关频率
f
sx
(
θ
)
，其中，
N
＝
1,2,3,4,5,6
；
n
＝
1,2,3,4,5,6
；
θ
为电网电压锁相得到的锁相角；
x
＝
a,b,c
；步骤
2、
七段式
SVPWM
开关序列的作用顺序是开始于负小矢量
、
结束于负小矢量
、
中间为正小矢量；然后舍去开始和结束时的负小矢量，使得三相中的其中一相被箝位，得到五段式空间矢量
CPWM1
，此时分配因子
k
＝
‑1，非箝位相的临界开关频率为
f
sy1
(
θ
)
，其中
y1＝
a,b
或
a,c
或
b,c
；同理舍去中间的正小矢量，使得三相中的另一相被箝位，得到五段式空间矢量
CPWM2
，此时分配因子
k
＝1，非箝位相的临界开关频率为
f
sy2
(
θ
)
，其中
y2＝
a,b
或
a,c
或
b,c
；步骤
3、
第
N
大扇区对应的角度为
(N
‑
1)60
°
≤
θ
＜
N60
°
，对其进行分析，分别得到
N
为奇数和
N
为偶数时的最终临界开关频率
f
s
；步骤
4、
根据步骤3得到的最终临界开关频率
f
s
，得到载波周期为
1/f
s
；再根据步骤3求出的分配因子
k
及其对应的载波周期
1/f
s
，将
SVPWM
的调制波波形进行改造，将
SVPWM
根据
k
值改造成五段式，得到
DPWM
的调制波波形；再选择同相层叠载波调制，调制后的开关序列即为等效的
DPWM
开关序列，根据开关序列，确定每个开关器件的导通和关断
。2.
根据权利要求1所述的三相
NPC
型三电平逆变器软开关方法，其特征在于，步骤3中，当
N
为奇数时，即电压合成矢量
U
ref
经过一三五扇区时，最终临界开关频率
f
s
的求解步骤如下：步骤
A1、
在前
30
°
内，求得
k
＝1时非箝位相的其余两相临界开关频率的交点与
(N
‑
1)60
°
之间的角度差的绝对值为
θ1，0°
＜
θ1＜
60
°
；由于前
30
°
和后
30
°
是对称的，则
k
＝
‑1时非箝位相的其余两相临界开关频率的交点与
N60
°
之间的角度差的绝对值为
θ1；步骤
A2、
当电压合成矢量
U

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建良，赵明，辛振，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：