I型三电平逆变器原理简介

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目录与索引

1 引言 4

1.1 文档描述 4

1.2 读者 4

1.3 缩略语 4

2 INV结构和特点 5

3 六种工作模式 6

4 基本工作原理 10

4.1 输出电压和电流同相 10

4.2 输出电压和电流有不同相 11

5 死区影响 12

6 Snubber 13

7 输出电流仿真比较 13

引言

文档描述

本文档详细介绍了I型三电平逆变器的基本结构和工作原理。

读者

本文的读者如下：

• 所有项目组成员；

缩略语

INV结构和特点

Fig.1 INV结构图

优点：

1. 可以解决正常工作时带线性和非线性负载，输出电流会倒灌Bus的问题。
2. IGBT，Diode的电压应力为传统逆变器的一半，从而可以使导通损耗（使用600V的器件），开关损耗都减小，而snubber也可以简化。
3. 输出电压为三电平，电感上的电流波动会有所减小，从而有可能减小所需的电感量，来降低成本或减小电感体积。
4. 如果单纯考虑逆变，可以解决带半波负载的问题。（但实际需要同时考虑前级系统是否能支持半波负载）

缺点：

1. 不能解决带感性和容性负载，输出电流会倒灌Bus的问题。
2. 和传统电路比较增加了两个IGBT，两个Diode，两个驱动电路和两个snubber。
3. 如果在带线形和非线性负载，限流时将所有开关管都关断，输出电流仍会倒灌Bus。

六种工作模式

模式1-6为正常工作的模式状态。模式7-8为在进行限流或其他非正常工作时出现。

Fig. 2 模式一： Q1和 Q2导通, Q3和Q4截至。电感电流由b点流向d点

Fig. 3 模式二： Q1和 Q2导通, Q3和Q4截至。电感电流由d点流向b点

Fig. 4 模式三： Q1和 Q2截至, Q3和Q4导通。电感电流由d点流向b点

Fig. 5 模式四： Q1和 Q2截至, Q3和Q4导通。电感电流由b点流向d点

Fig. 6 模式五： Q2和 Q3导通, Q1和Q4截至。电感电流由b点流向d点

Fig. 7 模式六： Q2和 Q3导通, Q1和Q4截至。电感电流由d点流向b点

Fig. 8 模式七： Q1，Q2，Q3和Q4截至。电感电流由d点流向b点

Fig. 9 模式八： Q1，Q2，Q3和Q4截至。电感电流由b点流向d点

基本工作原理

输出电压和电流同相

Fig. 10 逆变器工作电压和电流基本关系

Fig. 11 转换模式：1->5->1->5->1->5->1->5->1->5->1->5->3->6->3->6->3->6->3->6->3->6->3->6

输出电压和电流有不同相

Fig. 12 逆变器工作电压和电流基本关系

Fig. 13 转换模式增加：2->6->2->6->1->5->1->5->1->5->1->5->4->5->4->5->3->6->3->6->3->6->3->6

由上可以看出当输出电压和输出电流相位错开时，输出电流还是会倒灌Bus。

死区影响

Fig. 14 在Q1和Q3，Q2和Q4之间需要插入死区

对电路的工作过程没有影响，只对输出电压大小有影响，但可以通过控制上做补偿解决。

Snubber

Fig. 15 增加snubber电路后

在输出电压和电流同相时，主要是Q1和Q4有开关动作而Q2和Q3基本没有开关动作，这时的Q2和Q3的snubber基本不作用。

但考虑到带感性或容性负载时，Q2和Q3也会有一定时间做开关动作，所以还是增加了自己的snubber。

输出电流仿真比较

输出电压和负载相同，逆变电感为1000uH（两电平，黄色电流）和500uH（三电平，兰色电流）

Fig.16 仿真电感电流

输出电压和负载相同，逆变电感为1000uH（两电平，红色电流）和1000uH（三电平，兰色电流）

Fig.17 仿真电感电流

可以看出三电平只能在部分区域实现电感电流纹波减小的作用，所以直接将电感值减小一半实际是欠考虑的。但其最大纹波是减小了（铁损是减小的），峰顶的纹波不变（接近饱和点不变），所以将电感值适当的减小是较为合理。