大功率多電平逆變器近年來在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。多電平逆變器由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，采用元器件較多，因此在設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)中，實(shí)現(xiàn)各個(gè)工作狀態(tài)下運(yùn)行參數(shù)的同步監(jiān)測和分析較為困難。本文將給大家說說三電平逆變器的那些事兒，希望能幫助到各位！如有疑問，歡迎大家在評(píng)論區(qū)留言。
目錄如下：
- 1. 工作原理
- 1.1 NPC逆變器優(yōu)缺點(diǎn)
- 2. PWM發(fā)波控制
- 3. 三相NPC
- 3.1 三相NPC波形查看
1. 工作原理
以A相為例進(jìn)行說明，分析三電平NPC逆變器的工作原理：
- S1、S3互補(bǔ)開關(guān)動(dòng)作，S2、S4互補(bǔ)開關(guān)動(dòng)作
- 開關(guān)管S1、S2同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，S2、S4同時(shí)關(guān)斷，假如電流從逆變電路流出，即從P點(diǎn)經(jīng)過S1、S2到達(dá)輸出端A，A點(diǎn)電位為V1的500V電壓，定義為P電平狀態(tài)；反之S1、S2關(guān)斷，S2、S4導(dǎo)通時(shí)，A點(diǎn)電壓為V3的-500V電壓，定義為N電平狀態(tài)；
- 開關(guān)管S2、S3同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，S1、S4同時(shí)關(guān)斷，若電流方向?yàn)榱飨蜇?fù)載，即從中點(diǎn)O經(jīng)過D7、S2流向A點(diǎn)，A點(diǎn)電壓為零電壓；若電流從A點(diǎn)流向逆變器，也就是從A點(diǎn)經(jīng)過S3、D10流向中點(diǎn)O，A點(diǎn)電壓仍是零電壓；定義這種狀態(tài)為0電平狀態(tài)；
開關(guān)狀態(tài)與輸出電壓的關(guān)系：
電平狀態(tài)說明：
1.1 NPC逆變器優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)：
- 開關(guān)管僅承受直流母線電壓的一半，和兩電平相比，可以選型低耐壓的IGBT/MOSFET；
- 同等母線電壓的情況下，與兩電平相比，各級(jí)電平間的幅值變化降低，dv/dt降低，可以降低對(duì)外圍電路的干擾，減小對(duì)電機(jī)的沖擊；
- 相電壓輸出3個(gè)電平（正母線、零、負(fù)母線），線電壓輸出5個(gè)電平（正母線、1/2正母線、零、1/2負(fù)母線、負(fù)母線），輸出電流波形會(huì)更接近理想正弦波，降低諧波含量；
缺點(diǎn)：
- 1. 二極管承受不同的反向電壓，器件所需的額定電流不同；
- 2. 存在中點(diǎn)電壓不平衡的問題；
2. PWM發(fā)波控制
PWM控制方法主要分為三類：載波調(diào)制法、空間矢量調(diào)制法、特定諧波消除法。
載波調(diào)制法分為載波移相法、載波層疊法、開關(guān)頻率優(yōu)化PWM法；其中，載波層疊法實(shí)現(xiàn)簡單，在三電平NPC逆變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中應(yīng)用比較廣泛。
載波層疊PWM控制方法分為載波反相層疊法和載波同相層疊法。
下面用LTspice仿真示意載波反相層疊法和載波同相層疊法：
載波反相層疊法：
3.三相NPC
下圖為直流輸入，三相交流輸出的LTpice仿真圖
仿真電路主要分為4個(gè)部分：主電路，PWM產(chǎn)生電路，PWM驅(qū)動(dòng)電路，指令主電路：
PWM產(chǎn)生電路：
下面為PWM產(chǎn)生電路的具體參數(shù)：
V4：
PULSE({untenl} {untenh} 0 {tr} {tr} 0 {t})
V3：
PULSE({obenl} {obenh} 0 {tr} {tr} 0 {t})
V1：
SINE(0 {mod} {f_N})
V5：
SINE(0 {mod} {f_N} 0 0 120)V7：
SINE(0 {mod} {f_N} 0 0 240)
其中，大括號(hào)內(nèi)的數(shù)值在下面的指令部分可以看到；
PWM驅(qū)動(dòng)電路：
用if語句實(shí)現(xiàn)正弦調(diào)制波與載波的比較，輸出高電平驅(qū)動(dòng)脈沖為10V，反之為0V，其中off為死區(qū)時(shí)間；
下圖為A相的4個(gè)驅(qū)動(dòng)波形：
指令：
其中.meas測量輸出電流的最大值、輸出電流的最大值，以及最大輸出功率，下面為測量的數(shù)據(jù)；
輸出電流單位A，輸出電壓單位V，輸出功率單位W；
3.1 三相NPC波形查看
