[发明专利]可消除低频谐波的阶梯波合成式三相逆变器及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可消除低频谐波的阶梯波合成式三相逆变器及控制方法，属于大功率逆变技术领域。

背景技术

早期逆变器的输出波形为方波或准方波，控制策略和拓扑结构简单，但是输出波形谐波含量过高。随着电力电子技术的发展，高开关频率的SPWM控制技术广泛地应用于逆变器，输出波形质量明显得到提高，并且输出电压的幅值可调。但是在大功率应用场合，较高的开关频率使得逆变器中功率器件的开关损耗较大。

为了降低逆变器的开关频率，提高输出波形质量，阶梯波逆变器将多个方波或准方波逆变器的输出端经过一定移相后串联，得到对称的多脉冲阶梯波。一旦逆变器的个数确定后，为了消除相应频率的脉冲倍数次谐波，逆变器之间的移相角也确定。在移相角确定后，通过改变每个逆变器输出端变压器的变比后得到幅值匹配的方波或准方波，可以消除固定频率的低频谐波。

在传统的阶梯波控制方案中，为了消除输出阶梯波中的低频谐波，每个逆变器输出电压的幅值和移相角都依赖输出端的变压器合成。所用磁性元件的设计复杂，且需要在低频工作条件下转换全部逆变器功率，体积庞大。另外，逆变器输出电压基波的幅值也不可调节。

发明内容

本发明旨在结合阶梯波控制方案和SPWM(Sinusoidal Pulse Width Modulation ，中文是：正弦脉冲宽度调制)控制技术的基础上，提出一种可消除低频谐波的阶梯波合成式三相逆变器及控制方法，该三相逆变器适用于大功率场合。

本发明为解决其技术问题采用如下技术方案：

一种可消除低频谐波的阶梯波合成式三相逆变器，其特征在于主电路中包含一个三相三电平半桥逆变器和六个H桥逆变器，其中三相三电平半桥逆变器的a相输出与第一H桥逆变器、第二H桥逆变器的输出端串联构成阶梯波合成式三相逆变器的A相输出，三相三电平半桥型逆变器的b相输出与第三H桥逆变器、第四H桥逆变器的输出端串联构成阶梯波合成式三相逆变器的B相输出，三相三电平半桥型逆变器的c相输出与第五H桥逆变器、第六H桥逆变器的输出端串联构成阶梯波合成式三相逆变器的C相输出，接地线由三相三电平半桥型逆变器S1引出。

所述的三相三电平半桥逆变器和六个H桥逆变器的输入端分别由七个相互隔离的直流电压源供电，电压比值为                                                ， 三相三电平半桥逆变器的abc三相输出电压和六个H桥逆变器的输出电压为基波频率的准方波，三相三电平半桥逆变器的abc三相输出电压互差120度，第一H桥逆变器的输出电压滞后三相三电平半桥逆变器的a相输出电压30度，第二H桥逆变器的输出电压超前三相三电平半桥逆变器的a相输出电压30度，第三H桥逆变器的输出电压滞后三相三电平半桥逆变器的b相输出电压30度，第四H桥逆变器的输出电压超前三相三电平半桥逆变器的b相输出电压30度，第五H桥逆变器的输出电压滞后三相三电平半桥逆变器的c相输出电压30度，第六H桥逆变器的输出电压超前三相三电平半桥逆变器的c相输出电压30度。

所述的三相三电平半桥逆变器和六个H桥逆变器中功率器件的基础工作频率等于输出电压基波频率，阶梯波合成式三相逆变器的输出相电压均为7电平阶梯波。

一种可消除低频谐波的阶梯波合成式三相逆变器的控制方法，采用单脉冲宽度调制时，在一个三相三电平半桥逆变器和六个H桥逆变器输出的准方波电压正半周期和负半周期分别插入一个以各自半周期中点为对称轴的零电平；采用最优正弦脉冲宽度调制SPWM调制时，在一个三相三电平半桥逆变器和六个H桥逆变器输出的准方波电压正半周期和负半周期分别插入一个或一个以上以各自半周期中点为对称轴的零电平，零电平的个数与所要清除的低频谐波个数相同，通过改变零电平的宽度和位置调节阶梯波合成式三相逆变器输出相电压的基波幅值，消去与插入零电平个数相同的低频谐波和降低总谐波含量。

本发明的有益效果如下：

1、直接采用比值为的七个相互隔离电压源分别为逆变器模块S1~~S7供电，直接调节七个逆变器模块S1~~S7输出电压的超前和滞后角度，省去了传统阶梯波逆变器输出端的低频变压器，同样达到了消除固定频率谐波的目的。

2、逆变器的开关频率低，效率得到提高。

3、用作交流输入变频电源或变频器时，三相三电平半桥逆变器S1的输入电压可直接整流得到，磁性元件的设计仅需考虑得到H桥逆变器S2~~S7输入电源的隔离变压器，变压器转换的有功功率仅为总有功功率的，逆变器体积重量明显减小。