基于五电平NPC/H桥的中压变频调速系统设计

作     者：郭超 

作者单位：湖南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王辉;雷雄

授予年度：2011年

学科分类：080804[工学-电力电子与电力传动] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：多脉波二极管整流器 中点箝位式逆变器 空间矢量调制 五电平中点箝位H桥逆变器 三段开关顺序 永磁同步电机 磁场定向控制 

摘      要：随着电力电子器件和先进控制技术的发展,两电平PWM型逆变器交流驱动在工业中的应用越来越广泛。相对于直流驱动,它有着低维护,调速性能一样优越的特点。三电平中点箝位式逆变电路则能够输出两倍于两电平逆变电路的电压,而且谐波的畸变也只有前者的1/2。新型电力电子器件IGCT的出现大大促进了三电平逆变器的发展与应用。这种器件开关性能的提高使得三电平逆变器的效率提高了99%。 如今,出于对更大容量交流驱动系统的需求,五电平中点箝位混合H（NPC/H）桥逆变器已经发展到了7.2kV,30MW的等级。如果4组并联,它的总容量可以达到120MW。五电平逆变器有着非常好的高压驱动性能,而且输出电压谐波含量更低。 本文从三方面来讨论五电平NPC/H桥逆变器。 首先,讨论的是多脉波二极管整流器。为了减少中压驱动系统中网侧电流的谐波畸变,通常采用的整流器拓扑种类有12脉波,18脉波和24脉波。并讨论了曲折联结的移相变压器结构。 然后,讨论的是多电平电压源型逆变器。详细分析了几种多电平电压源型逆变器拓扑。包括中点箝位式和级联H桥式逆变器。重点介绍了五电平NPC/H桥逆变电路的空间矢量调制方法。这是一种适用于大功率多电平逆变器的,基于3段开关顺序设计的空间矢量调制方案。这种开关顺序使得谐波的频谱大大的优化,同时使得器件的开关动作频率降低到了最低限度。与传统的开关顺序相比,新方法的输出电压有着更低的逆变器等效频率和更低的器件动作频率。这一优点通过对五电平NPC/H桥逆变器的仿真得到了体现。 最后一个方面的内容是大功率永磁同步电机的磁场定向控制。磁场定向控制有好几种不同方法。为了简化分析,最后一章主要分析了隐极永磁同步电动机的转子磁通定向控制。