[发明专利]逆变器装置及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种逆变器装置及其控制方法，尤其涉及一种正弦脉宽调制(SPWM)单相全桥式逆变器(FBI)的串并联式多电平逆变器的基本工作原理与控制方法。

背景技术

传统的二极管箝位多电平逆变器及其控制系统或者是飞跨电容箝位多电平逆变器及其控制系统，常常因为结构复杂，与其他装置不太兼容等问题而出现操作上和生产上的不便捷，例如：(1)当输出电压电平数相同时，存在均压问题，且所使用的元件数量比较多，更容易出现许多不可预知的问题，且不可以使用性能较好的IGBT作开关；

(2)输出功率各不相同，不易实现模块化，也不容易实现软开关，在生产中不符合现代高简约信息化的趋势，且浪费空间和资源；

(3)控制电路复杂，在电学及电路设计上不易实现，且出错率较高；

(4)对输出电压波形的改善效果也不尽如人意。

因此，正是由于上述的种种原因，传统的逆变器装置及其控制方法已暴露太多的弊端，一种新型的克服上述缺陷的逆变器装置及其控制方法的发明势在必行。

发明内容

针对背景技术中所涉及的问题，即在传统逆变器装置及其控制方法的设计中经常会出现如下后果，(1)当输出电压电平数相同时，存在均压问题，且所使用的元件数量比较多，(2)输出功率各不相同，不易实现模块化，也不容易实现软开关，(3)控制电路复杂，且出错率较高；(4)对输出电压波形的改善效果也不尽如人意。

为克服上述缺陷，本发明采用了一种新的技术方案，一种逆变器装置，其包括：正弦脉宽调制(SPWM)单相全桥式逆变器(FBI)的串并联式多电平逆变器：所述SPWM-FBI的应用联接方式包括有：单独应用、串联应用、并联应用和串并联应用；所述SPWM-FBI可采用IGBT作开关；所述SPWM-FBI的单独应用，在三相逆变器电路中相当于一个三相全桥式逆变器，其输出电压u即为三相逆变器的相电压；所述N个SPWM-FBI的串联应用，在三相电路中组成一A相逆变器，其采用直接串联叠加的方式获得可以消除相电压中NF±1次以下的谐波的SPWM多电平输出；所述N个SPWM-FBI的并联应用和串并联应用时必须采用平衡电抗器。

一种逆变器装置的控制方法，其采用N个正弦脉宽调制(SPWM)单相全桥式逆变器(FBI)的串并联式多电平逆变器串联叠加及相量演算V/f控制方式的变频器电路利用电动机的基本数学方程式(稳态或动态)导出速度的方程式进行演算，给出反应电机转矩的电流给定值分量Id*和励磁电流给定值分量Ip*；将逆变器输入到电机定子绕组的，包含励磁电流分量和转子电流分量的三相电流ia、ib、ic，通过电流互感器的检测并利用式(10)将其进行三相到二相的坐标变换；将定子电流分解成实际的转矩分量Id和励磁分量Iq，用Id、Iq与给定值Id*、Iq*进行比较，得到转矩与励磁电流的偏差值ΔId、ΔIq；此偏差值经过PI调节器变换成与其成比例的电压给定值Vd*、Vq*，将Vd*、Vq*通过下面的变换式进行二相到三相的坐标变换，得到定子电压的设定值uA*、uB*、uC*；然后用Va*、Vb*、Vc*作为正弦调制波信号，通过对载波三角波的比较就可以生成多电平逆变器的SPWM驱动信号，去驱动控制逆变器，实现对电动机的V/f协调控制；所述当逆变器采用并联或串-并联叠加时，用同样的电路也可以实现电动机的V/f协调控制。

本发明的有益效果是：具有独立直流电源的SPWM单相逆变桥(SPWM-FBl)直接串联叠加的多电平逆变器控制简单，输出波形好，由于各个FBI的输出功率相同，因而易于模块化，可用IGBT作开关器件。这些优点，将使这种拓扑获得广泛应用。

具体实施方式

本发明介绍了一种新的采用正弦脉宽调制(SPWM)单相全桥式逆变器(FBI)的串并联式多电平逆变器的基本工作原理与控制方法。所述SPWM单相逆变桥(SPWM-FBI)直接串联叠加的多电平逆变器，是继二极管箝位和飞跨电容箝位多电乎逆变器之后开发出来的又一种多电平逆变器。它与前两种多电平逆变器相比，具有以下优点。

(1)当输出电压电平数相同时，所使用的元件最少，且不存在均压问题，可以用IGBT作开关；

(2)各个FBI的输出功率相同，容易实现模块化，也容易实现软开关；(3)控制电路简单；(4)对输出电压波形的改善效果好。