中点钳位型三电平逆变器脉宽调制时的损耗特性

随着多电平逆变器的大量应用,电力电子开关器件的损耗问题也越来越得到重视.对开关器件的损耗研究,不单是提高效率的前提,更是保证器件安全工作的首要条件.三电平逆变器的开关器件多,导通与换流模式复杂,损耗分析比两电平逆变器困难.本文在分析三电平逆变器导通与换流模式的基础上,利用器件的损耗特征参数,在SPWM调制策略下对逆变器的通态损耗和开关损耗进行了计算,给出了该调制策略下的器件损耗对于调制度和功率因数角的分布曲面,并对其他调制策略下的损耗进行了计算分析,最后实验验证了该损耗计算方法的有效性.本文给出的损耗模型和结论为进一步降低损耗的调制策略研究奠定了基础.     

三电平变换器PWM控制通态损耗分析

为了进一步优化变换器的热设计,分析研究了电压源中点钳位式三电平变换器的通态损耗,并提供了分析多电平变换器通态损耗的思路:根据电流、电压关系确定器件导通规律,进而求出器件通态占空比,并在此基础上推导出用于分析计算的通态损耗表达式.由所推导的表达式对正弦脉宽调制和空间矢量脉宽调制下的三电平变换器通态损耗进行了分析比较,并得到一些有意义的结论.     

二极管箝位式三电平VSC损耗分析

用二次多项式表征特定温度下IGBT和二极管的通态压降、开关损耗与电流的非线性关系,方法简单且准确度高.通过分析二极管箝位式三电平电压源换流器的工作机理,依据电压、电流关系分析确定开关器件的导通规律和导通占空比.采用多项式方法拟合IGBT器件手册提供的特性曲线,建立多项式损耗模型,给出了一种基于曲线拟合理论计算损耗的方法...     

无刷直流电机驱动用IGBT逆变器能耗分析

为了预测电机系统的性能和提高设计的可靠性.根据无刷直流电机(BLDCM)的PWM调制原理和IGBT的损耗机理.采用损耗分离法提出了BLDCM驱动用IGBT逆变器的功耗计算模型.逆变器的通态损耗是与IGBT正向通态压降、电机电流和开关占空比有关的函数,而其开关损耗足开关器件的肝关时间、电机电流、逆变器的供电电压以及调制频率的函数.对提出的损耗模型进行了仿真计算和实验验证,仿真计算结果与实验结果具有较好的一致性.     

混合型H桥模块的NPC三电平逆变器损耗分析

逆变器开关器件损耗问题一直制约其性能的提高。新型拓扑结构将围绕降低损耗、提高效率而展开。研究了基于混合型H桥模块的NPC三电平逆变器的损耗与效率。首先,在分析混合型H桥模块的NPC三电平逆变器导通和换流模式的基础上,利用器件损耗特性参数建立通态损耗模型和开关损耗模型。然后,建立仿真模型,与传统拓扑结构进行了效率对比分析,对部分结果进行了实验验证。实验与仿真结果验证了实用性。     

T型三电平与两电平功率开关器件损耗计算与分析

研究两种逆变器拓扑的功率开关器件损耗,通过器件特征参数,建立一种同时考虑工作电压、驱动电阻和结温的简单曲线拟合方法,推导出三次谐波注入调制算法下T型三电平和两电平拓扑的损耗计算模型,发现损耗与调制系数、开关频率、功率因数角、输出电流有关。在相同逆变工作条件下,当开关频率大于6.8 kHz时,在全电流范围内可使得T型三电平拓扑比两电平拓扑损耗更小,发挥其三电平优势。该损耗研究理论可推广至其他拓扑结构,为并网逆变器设计、效率提升奠定基础。     

使用SiC开关的两电平和三电平逆变器损耗与效率分析

针对使用碳化硅的两电平和三电平逆变器,首先阐述了逆变器的损耗组成及碳化硅材料的MOSFET和二极管的损耗计算方法;进而分析了两电平和三电平逆变器的导通规律及损耗计算方法;最后结合工程实际应用,从开关损耗、导通损耗、效率等方面对两电平和三电平逆变器进行比较。所得结论为两电平的导通损耗小,而三电平的开关损耗小,在开关频率较高的场合下三电平逆变器比两电平逆变器的总损耗小、效率高。     

一种新型T型无死区三电平拓扑结构及其改进SVPWM控制算法

针对常用三电平变流器电流流经器件多而导致导通损耗大的缺点,提出一种新型T型无死区三电平拓扑结构。当输出电平为非零时,电流只流经一个开关器件,可在一定程度上减小变流器的导通损耗。该拓扑结构在输出电平上共有4种组合,其中两两电平互相配合调制实现变流器的正、负电压调制。开关管换流为电压换流方式,电平切换过程中无需加死区调制,输出波形大为改善。根据三相系统在空间矢量图中的分布特点重新分区,完成基于T型拓扑结构的改进型SVPWM控制算法。最后完成了10 kW样机试验。试验结果验证了所提变流器的特点。     

2-SiC混合型三电平ANPC变流器损耗均衡策略

提出一种针对2-SiC混合型三电平有源中性点箝位(3L-ANPC)变流器的损耗均衡策略,通过设计新的开关状态和切换顺序,使得SiC器件承担更多的开关事件,在零电平状态时两条零电平回路同时导通,降低系统导通损耗。同时通过合理分配开关时序,实现一半Si开关管在全开关周期的零电流开关(ZCS),进一步提高变换器效率。提出器件损耗分析模型,评估所提出方法的器件损耗分布情况。最后,搭建单相ANPC逆变器实验平台,实验结果验证了该调制方法的有效性。与现有调制方法相比,所提2-SiC 3L-ANPC变流器调制方法能够实现更高的系统效率和更好的损耗均衡效果。     

Si与SiC功率器件T型三电平损耗对比分析

分析载波周期内开通器件与电压、电流之间关系,在此基础上给出Si模块和SiC模块的T型三电平电路损耗计算模型。能够根据器件在额定状态下的特性参数,计算出导通损耗和开关损耗,从而得到电路损耗。并对使用Si模块和SiC模块时逆变器损耗、效率进行对比分析,验证该模型的正确性。然后,搭建Si和SiC模块的T型三电平电路实验平台并进行测试。最后,对比理论分析及实验结果,得出使用SiC功率器件可以使电路损耗大幅降低,大大提高光伏逆变器系统的效率的结论。总之,在全球能源互联网的带动下,新能源产业必然焕发生机,助推新一轮工业革命。     

NPC三电平逆变器PWM时降低损耗的研究

在大功率应用场合中,逆变器开关器件的损耗问题一直是制约其性能提高的因素之一.其损耗可分为通态损耗和开关损耗.讨论了这两种损耗的计算方法,并提出一种降低开关损耗的PWM方法,即SLMPWM.给出了调制度和功率因数角变化时,传统SPWM和SLMPWM策略的损耗分布区面.可见,在很大范围内,PWM策略能将开关损耗降低约一半.最后,给出了这两种调制策略谐波特性的比较,可见,SLMPWM调制策略的谐波特性与SPWM基本一致,不会由于等效开关次数降低而导致谐波特性变差.     

Basic Study on Loss Factor Evaluation of Concentrated Winding Permanent Magnet Synchronous Motor

This paper describes the influence of pulse width modulation (PWM) inverter harmonic loss on concentrated winding interior permanent magnet synchronous motor characteristics by using finite element method (FEM) analysis and several measurements. In the measurements, the PWM inverter harmonic loss was evaluated by using a PWM inverter and a sinusoidal power supply. By using the FEM analysis, it was confirmed that the PWM inverter harmonic mainly caused an increase of eddy current losses in the magnetic steel sheet and the permanent magnet. The results indicate that higher inductance of the motor is effective in reducing the harmful effects of PWM inverter harmonics.     

基于分子动理论算法的三电平逆变器谐波优化

在许多大功率交流传动场合下,开关损耗大。为了降低开关损耗,提高逆变器效率,开关频率一般限制在1 kHz以下,导致牵引逆变器中含有大量的谐波。以应用于大功率电力机车的三电平逆变器为特定的研究对象,建立了三电平逆变器最小相电流总谐波畸变率谐波优化模型。采用分子动理论优化算法求解模型时施加了消除窄脉冲算法,完成全调制范围、多种脉波条件下优化函数的求解。与传统SPWM和SHEPWM比较,MMTPWM具有良好的谐波优化效果。最后,通过仿真实验和硬件实验结果验证了理论分析的正确性。     

T型三电平并网逆变器两种调制策略研究

效率和并网电流电能质量是并网逆变器的两个重要指标,PWM调制方式对效率和并网电流电能质量存在关键的影响。比较了连续空间矢量调制和不连续空间矢量调制两种方式对逆变器损耗和并网电流电能质量的影响。并在10kW三电平T型并网逆变平台上进行了实验验证。     

Balancing Switching Losses in Three-phase,Five-level Pulse-width Modulation Switched Voltage Source Inverter Using Hybrid Modulation Techniques

This article proposes a new switching strategy for a three-phase, five-level switched voltage source inverter. The single-carrier, multi-level pulse-width modulation (PWM) scheme is employed to generate gating signals for the power switches. The proposed modulation scheme is hybridized to enable the output voltage of the inverter configuration, inheriting the features of switching-loss reduction from fundamental PWM and good harmonic performance from multiple sinusoidal PWM. A sequential switching scheme is embedded with the already-employed hybrid modulation to overcome unequal switching losses and, therefore, differential heating among the power devices. Operational principles with switching functions are given. For an R-L load, Fast Fourier Transform (FFT) analyses of the output voltage waveforms were carried out, and the corresponding total harmonic distortion value of 26.09% was obtained. To verify the performance of the proposed modulation scheme, simulations and experiments are conducted on a 1.2-kW rated prototype of the inverter; adequate results are presented.     

一种降低无刷直流电机EPS系统损耗的PWM控制策略

无刷直流电机电动助力转向(Electric Power Steering, EPS)系统由车载蓄电池供电,采用由MOSFET构成的三相电压型逆变器驱动.为了降低无刷直流电机EPS系统的损耗,本文提出了一种新颖的脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation, PWM)控制策略,即无论EPS系统处于助力状态、回正状态还是阻尼状态,当检测到某一个MOSFET反并联的续流二极管导通时,就给该MOSFET的门极施加驱动信号,以此来降低续流二极管的导通压降和导通损耗,减少其发热,提高逆变器的工作效率.实验证明,本文提出的PWM控制策略在降低EPS系统损耗的同时可以对汽车转向过程的各个环节进行有效的控制,且该方法实现简单,具有较强的实用性.     

PWM逆变器优化控制策略的分析研究

为防止逆变器同一桥臂的功率器件发生直通现象,通常是在PWM控制波中加入死区时间。PWM控制信号中死区时间的存在,给变频器带来了很多不利的影响。在分析功率器件不同状态下电压源型PWM逆变器电流流向的基础上,提出一种基于负载电流检测的新型优化控制策略,不仅能够彻底消除死区时间,而且大大降低功率器件的开关损耗,提高变频器的转换效率。     

基于两类脉宽调制方式本质联系的三电平逆变器中点电压平衡控制的研究

为解决中点钳位式三电平逆变器中点电压波动问题,本文基于三电平逆变器空间矢量调制和三角载波调制两类调制方法的本质联系,提出了一种新的中点电压平衡控制方法.这种方法只需电容电压和负载三相电流信息,通过调整小矢量对的时间分配实现对中点电流的控制,控制算法简便易行,有利于计算机数字实现.仿真和实验研究结果证实了所提控制方法的有效性.