0 导言
高压大功率变频器是近年来电力电子职业的研讨热门，在矿山、冶金职业得到广泛的使用。通过20多年的开展，高压变频器拓扑结构呈现了多种形式，其间以单元级联型拓扑结构最受工业场合喜爱，它不需求很多的箝位二极管或电容，也不存在中心直流电压中性点偏移问题，选用模块化设备，结构紧凑，并且选用倍频SPWM 技能，能够在比较小的开关频率情况下到达较高的等效输出频率，然后优化输出波形，削减开关损耗。为此，本文将对级联型多电平变频器原理和操控战略进行剖析，一起给出相应的试验波形。
1 级联型多电平变频器主电路拓扑及作业原理
1.1 主电路
单元级联型多电平变频器选用若干个独立的低压功率单元级联的方法来完成高压输出，其主电路拓扑如图1所示。设级联型H桥多电平变频器每相级联的单元数为N , 则输出相电压波形所含电平数为[1]
1.2 作业原理
以每相5单元为例，单元级联型多电平变频器原理如图2所示。电网电压通过二次侧多重化的阻隔变压器降压后给功率单元供电，如图2(b)所示;
功率单元为三相输入、单相输出的交-直-交PWM电压源型变频器结构，见图2(c)所示;将相邻功率单元的输出端串接起来，构成Y联合结构，完成变压变频的高压直接输出，供应高压电动机，如图2(a)所示。每个功率单元别离由输入变压器的一组二次绕组供电，变压器二次绕组之间彼此阻隔。
关于额外输出电压为6 kV的变频器，每相由5个额外电压为690 V的功率单元级联而成，输出相电压最高可达3 450 V，线电压可达6 kV左右，每个功率单元接受悉数的输出电流，但只提供1/5的相电压和1/l5的输出功率。所以，单元的电压等级和级联数量决议变频器输出电压，单元的电流定额决议变频器输出电流。因为不是选用传统的器材串联的方法来完成高压输出，而是选用整个功率单元级联，所以不存在器材串联引起的均压问题[2]。图3 为级联数N=5的相电压输出波形，从图中能够看出，其波形数目为11个，十分挨近正弦波。
2 倍频SPWM技能
在一般PWM变流器中，器材开关频率与输出电压载波频率持平。所谓倍频式PWM技能是指输出电压的载波频率是功率器材开关频率的2倍。简而言之，倍频式SPWM 技能是用一个正弦调制波与两个在相位上互补的载波信号别离进行SPWM 调制，输出电压相当于两个SPWM波形的代数相加，其消除和按捺谐波的作用相当于一个2倍载波频率的惯例SPWM。多电平载波相移SPWM 技能正是从倍频式SPWM技能开展而来。由此可知载波相移SPWM技能的基本思想是：N个级联单元均选用较低开关频率的SPWM调制，并具有相同的频率调制比kc，幅值调制比m和一起的正弦调制信号，而各级联单元三角载波的相位角顺次差兹，使用SPWM 技能中的波形生成方法和多重化技能中的波形叠加结构发生载波相移SPWM波形[3] [4]。现以每相2个功率单元级联而成的级联型变频器为例来剖析。
依据倍频SPWM技能原理，选用2 对(每对含正反相信号)顺次相移为90毅的三角载波CH1、CH2和参阅波RU进行调制。图4(a)表明U相的参阅波形RU和三角波载波CH1、CH2，参阅波形频率为50 Hz，载波频率为1 000 Hz。图4(b)Ll为RU与第一个载波(无相移)CH1的比较成果，当RU大于载波CH1时，L1为高电平，RU小于载波CH1时，L1为低电平。L1用来操控U 相第一个H 桥功率单元中左桥臂IGBT V11 和V12的通断，L1为高电平常，V11导通，V12截止，L1为低
电平常，V11截止，V12导通;RU 和第一个载波CH1的反向信号比较发生的R1用于操控V13和V14的通断。
当RU大于反向载波时，R1为低电平，反之，R1为高电平，如图4(c)所示。R1为高电平常，V13导通，V14关断，反之亦然，由此可决议输出电压波形。实际上，L1与R1之差，就代表了输出端VU1之间的电压波形，即U 相第一个H桥功率单元的输出电压VU1，VU1具有+Vd c，0，-Vdc三种电平，如图4(d)所示。同理，能够得到L2、R2，它们是用相移90毅的载波CH2及其反向载波别离和U相参阅波RU比较的成果，见图4(e)和图4(f)所示。L2与R2之差表明U相的第二个H桥功率单元输出电压波形VU2，见图4(g)所示。VU1、VU2级联相加，即得到U相的相电压输出波形VUg，VUg有5种不同的电平，见图4(h)所示。V相和W相的调制选用相同的原理，仅仅参阅波RV、RW顺次相移120毅。
3 试验波形
依据级联型多电平变频器作业原理，选用图1所示主电路拓扑和倍频SPWM技能，在试验室规划和研发了一台相电压为五电平的级联型变频器设备，它主要由DSP操控板、FPGA 电路、主电路及驱动电路构成。图5为测得的一些触发脉冲及输出电压波形。图5(a)为功率开关管V11 和V14 的触发脉冲，它们之间差1/2 个载波周期;图5(b)为第一个H桥单元功率开关管V11 和第二个H 桥功率单元V21的触发脉冲，它们之间差1/4 个载波周期，由图5(a)、(b)可知，等效载波频率进步了一倍，验证了SPWM 倍频技能的正确性。图5(c)、(d)是输出频率别离为40 Hz和30 Hz的输出电压波形。
4 结语
级联型多电平变频器因为其输入侧选用移相变压器供电，其功率因数高、输出侧是选用低压单元叠加构成高压输出，因而输出侧dv/dt小。别的，因为选用倍频SPWM技能，能够在低的开关频率情况下到达较高的等效输出频率，然后削减开关损耗和谐波，使输出波形功能得到大大的进步。
