三電平逆變器SVPWM控制策略及實驗驗證

Mark3= （5）

1）當調制比mMark1，即旋轉矢量V*處于扇區D1時，V*是由V0、V1和V2三個電壓矢量合成的，如圖3所示。根據矢量合成原理，可以列出如下方程

(6)

解式（6）得

（7）

圖3 旋轉矢量在D1扇區的矢量圖

2）當調制比Mark1mMark2，即旋轉矢量V*處于扇區D7時，V*是由V1、V2和V7三個電壓矢量合成的，可列出如下方程 (8)

解式（8）得

(9)

3)當調制比Mark2mMark3，且0θ30°，即旋轉矢量V＊處于扇區D13時，V＊是由V1、V13和V7三個電壓矢量合成的,可列出如下方程

（10）

解式（10）得

（11）

4)當調制比Mmark2mMark3，且30°θ60°，即旋轉矢量V＊處于扇區D14時，V＊是由V2、V7和V14三個電壓矢量合成的，可列出如下方程

（12）

解式（12）得

（13）

這樣，在計算其它五個區間的Tx，Ty，Tz時，只要將式（7）、（9）、（11）和（13）中的θ值分別用θ－60°，θ－120°，θ－180°，θ－240°，θ－300°來替代即可實現對整個矢量空間的計算。

4 最小開關損耗調制算法

在三電平逆變器中，由于冗余開關狀態的存在，使得一個電壓矢量對應于兩個或三個開關狀態，因此必須使用一定的算法來減少開關動作次數，從而減少開關損耗。減少開關損耗算法的基本原則是每次開關狀態的變化只引起一相電壓的變化并且只有兩個互補開關管的觸發信號發生變化，從而減少了開關損耗并降低了開關頻率。例如，在圖2中，空間矢量從D14扇區旋轉到D15扇區，A、B、C三相開關管的狀態就可以按照（221→220→210→110→110→210→220→221）→（221→220→120→110→110→120→220→221）的順序來變化。當空間矢量V＊旋轉到D14扇區時，這時的空間矢量是由V2（用開關狀態221或110表示）、V7（用開關狀態210表示）和V14（用開關狀態220表示）三個矢量共同合成的，第一個括號內開關狀態的調制順序就是空間矢量在D14扇區的調制順序。當空間矢量V＊旋轉到D15扇區時，這時的空間矢量是由V2（用開關狀態221或110表示）、V14（用開關狀態220表示）和V8（用開關狀態120表示）三個矢量共同合成的，第二個括號內開關狀態的調制順序就是空間矢量在D15扇區的調制順序。其中，開關狀態221和110代表同一個矢量V2，以它作為開關狀態的起始狀態和末尾狀態進行過渡。因此，無論是在扇區的內部還是在兩個扇區之間，開關狀態的每一次變化都只有橋臂互補驅動信號的兩個管子開關狀態發生了變化，從而減少了開關損耗。

5 實驗研究

本實驗主電路拓撲如圖1所示，二極管鉗位型三電平逆變器的主開關器件選用2SK1941，其最大承受電壓可達600V，最大通態電流16A。鉗位二極管選擇IXY SDESI30，它所能承受的最大通態電流為12A。逆變PWM開關頻率為5kHz，輸出正弦波基波頻率為278Hz。本數字控制系統是基于TMS320F240 DSP芯片，12路驅動信號分別由TMS320F240經控制電路產生，全比較單元的六路PWM輸出分別驅動ABC三相的S1和S3管，單比較單元的三路PWM信號及其反相信號經死區電路后分別驅動逆變器的S2和S4管。本控制是通過dq變換，把正弦交流檢測量轉變為dq直流反饋量，再分別進行PI調節，然后通過SVPWM模塊對三電平逆變器進行控制。圖4為三相三電平逆變器的控制系統結構圖。

圖4 三電平控制系統結構圖

圖5(a)和圖5(b)分別是二極管鉗位型三電平逆變器輸出相電壓VAN、VBN、VCN和輸出線電壓VBC、VAC的實驗波形，我們能夠很明顯地看出三電平的形狀，三電平要比兩電平更逼近正弦，因此可以在開關頻率不是很高并且不增加開關管的耐壓值的情況下，獲得較低的諧波畸變率。

(a) 相電壓VAN、VBN、VCN波形

(b) 線電壓VBC、VAC波形