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采用三电平逆变器的三相感应电动机控制策略
公司sreedevi，
助理教授，
电气电子工程系，
Aarupadai Veedu科技学院，
金奈,印度
摘要
多电平逆变器主要从三电平逆变器开始进行研究。多电平转换器的基本概念是实现更高的功率以使用的具有几个较低电压源的一系列功率半导体开关，以通过合成阶梯电压波形来执行功率转换。然而，三电平转换器的输出电压是平滑的，其中输出电压具有三个可能的值。 这导致更小的谐波，但另一方面，它具有更多的组件，并且更复杂的控制。在本文中，采用不同的三电平逆变器拓扑和SPWM技术来制定三电平逆变器的开关模式，以最小化逆变器输出端的谐波失真。开发的三电平逆变器用于给三相感应电动机供电，并讨论了仿真结果。
I. 引言
多电平逆变器基于这样的事实，即正弦波可以近似为具有大量阶跃的阶梯波形。 这些步骤由串联电池或电容器支持的不同直流电平提供。 多级逆变器的独特结构允许它们达到高电压，因此可以使用更低的额定电压。 随着电平数目的增加，合成的输出波形具有更多的阶跃，产生非常精细的阶梯波并且非常接近地接近期望的正弦波。 可以容易地理解，由于电动机步进包括在波形中，输出波的谐波失真减小，随着级数接近无穷大而接近零。 因此，多电平逆变器逆变器在高功率端提供了更好的选择，因为这些逆变器的高伏安额定值是可能的，没有高dv / dt和其他相关联的问题。
近年来，工业已开始需要更高功率的设备，现在达到兆瓦级。 兆瓦级的可控交流驱动器通常连接到中压网络。 今天，很难将单个功率半导体开关直接连接到中压网络。 由于这些原因，一个新系列的多电平逆变器已经成为用于以更高电压电平工作的解决方案。 根据输出电压的电压电平，逆变器可以分类为两电平逆变器和多电平逆变器。 具有三级或更高电压电平的逆变器被称为多级逆变器。 多电平逆变器最近变得具有吸引力，特别是因为增加的额定功率，改进的谐波性能和减少的EMI发射，可用于合成输出电压的多个DC电平
II．框图
逆变器的直流电源通过整流来自线路的交流电压获得。 图2.1显示了系统的框图。 三相三电平逆变器有12个开关和四个二极管。 二极管用于钳位操作，十二个开关执行三电平反相操作。 三相感应电动机是在提出的项目中感兴趣的负载。
图2.1系统框图
信号发生器被编程为基于从感应电动机测量的三相电流和电压来产生脉冲。 而在开环中，信号发生器产生脉冲以产生来自反相器的三电平相位输出。而在开环条件下，信号发生器将继续产生相对于在感应电动机的三相中流动的电流的脉冲。
III.提出电路图
在所提出的电路中，我们计划有一个三相多电平逆变器，它具有三个电平，从中可以建立三相感应电动机的平滑速度控制
图 3.1：电路图
图3.1显示了三电平三相逆变器的电路。 去耦电容器C已被分裂以产生中性点= 0。 器件SIU和S4U用作主开关，剩余的中间开关是辅助开关，有助于在钳位二极管的帮助下将变频器输出钳位到中性点。 由于在这些逆变器中发现三个开关级，因此对于三级逆变器总共有27个开关状态。 图3.1显示了空间电压矢量形式的三电平逆变器的开关状态根据电压矢量的大小，我们将它们分成四个组矢量。
图 3.2：电路图
空间电压矢量PWM通常由其最近的三个电压矢量形成参考电压矢量，以便使THD最小化。 从分析的角度看，如果参考电压矢量V *进入区域3，则每个电压矢量的持续时间长。
IV. 使用MATLAB进行仿真
MATLAB是一个数值计算和仿真工具，开发成一个商业工具，用户友好的界面来自数字函数库LINPACK和EISPACK，它们最初是用FORTRAN编程语言编写的。
计算机代数程序需要复杂的数据结构，涉及普通用户的复杂语法和程序员的复杂程序。 另一方面，MATLAB基本上只涉及单个数据结构，其所有的操作都是基于其上。 这是数字字段，或者换句话说，矩阵。 这反映在名称中：MATLAB是Matrix实验室的缩写。
为了模拟拟议的电路使用MATLAB sim scape和sim电源系统模块。
A设计3相3级逆变器
逆变器所需的直流电源被视为可从MATLAB获得的恒定直接周期电压模块。 3电平逆变器设计有12个开关，其用8个二极管钳位二极管，其必然是功率二极管。 所提出的3电平逆变器具有27个开关状态，因为存在3个开关电平。
图4.1：3相3电平转换器
图4.1显示了三相三电平逆变器的matlab模型。 12个MOSFET用作逆变器开关，8个功率二极管用作钳位二极管。 完全地，逆变器具有27个开关状态和3个电压电平。
图4.2显示了三电平逆变器的线对中性点电压
图4.2：线路到中性电压输出
高通滤波器后的电压输出如图4.3所示。
图 4.3：线对中性电压输出
B三电平逆变器开关电路
图4.4显示了为三电平逆变器启动而开发的开关电路。 通过比较高频斜坡信号和低频正弦波形来产生脉冲，注意斜坡信号的幅度比正弦波信号高。 因此，每当斜坡信号切断正弦信号时，将会产生脉冲。 在这种情况下，六脉冲被开发为具有所需的相位差，并且六个信号的互补被用于驱动开关的其余部分。
图 4.4：开关电路
C感应电机电路
设计了一个3.7KVA的三相异步电动机，其参数输入到同步异步电动机模型，模拟三电平逆变器的性能。 测量感应电动机的三相电流和转矩，以分析电路的性能。 感应电动机的转矩输入的阶跃信号为0.5V。
图4.5显示了采用3.7KVA感应电机参数的感应电机的模拟模型。 该图还示出了用于测量作为电动机输入给出的电流和电压的测量块和示波器。
图4.5：感应电机
D仿真拓扑
图4.6显示了在matlab simulink中所提出的拓扑的仿真模型。 采用直接电源为3电平逆变器拓扑结构供电
图4.6：拟合电路的Simulink模型
图4.7显示了变频器的三相电压和电流输出波形。 上图显示了多电平电压输出，相应的电流输出看起来更正弦。 因此，显然，从逆变器产生的脉动多电平电压导致接近正弦波的基波电流。 由于电流波形看起来是正弦的，它有助于改善感应电动机驱动器的性能。
图 4.7：输出电压和电流波形
图4.8显示了感应电机三相电流输出波形。 所有三相电流表示用于馈送感应电动机。 整个电路示出了三相三电平逆变器，其是二极管钳位模型，并且来自逆变器的输出用于为感应电动机供电。 在仿真模型中使用的感应电动机是a3相3.7KVA模型，120度的相位偏移，具有正弦波的基本形状的电流波形
图4.8：感应电机三相电流波形
V.结论
从上述分析和实验中，该提议表示用于大功率转换的改进的结构，并且可以有助于二极管钳位逆变器的实际应用。 获得相电压，相电压的THD频谱和感应电动机的转矩 - 速度特性等输出量。
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PWM三电平逆变器控制
Dumitru STANCIU, Cosmin N. POPESCU
布加勒斯特大学波利特尼卡电子，电信和信息技术学院
Bd. Iuliu Maniu, Nr. 1-3, Sector 6, Bucharest, Romania
电话 40 21 402 4614，电子邮件：dstanciucosmin.popescu@apel.pub.ro<!--
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