大功率三电平变换器功率损耗研究.pdfVIP

2012年第6期 煤 炭 工 程 大功率三 电平变换器功率损耗研究 李胜利 (开滦能源化工股份有限公司 吕家坨矿，河北 唐山 063107) 摘 要：根据三电平变换器的运行机理 ，提 出了一种简单而又精确的大功率三电平变换器通 态功率损耗与开关功率损耗的数学模型，分别分析 了影响功率损耗的各种 因素；并通过一种新颖 的双馈 实验验证 了模型的准确性。 关键词：三电平变换器；通态损耗；开关损耗 ；双馈 中图分类号 ：TD609 文献标识码 ：A 文章编号 ：1671—0959(2012)06~083—03 多电平变换器是一种很有前景的驱动方式 ，不但谐波 含量小，而且功率较两 电平方式有很大的提升空间。在现 有的交流逆变器中，IGBT和二极管是主要的元器件 ．在1= 作时 自身都要产生功率损耗。功率损耗的精确计算：管对 于主 电路的设计还是对于分析性能特点都是至关重要的， 并且也是功率变换器造价预算和冷却系统设计的一个重要 指标。文章通过分析二三电平变换器运行机理，提出一种简 单而又精确的三 电平功率损耗的数学模型，并通过一种新 (a)1状态， 0 (b)O状态，i0 (c)一l状态，ic0 颖的互馈实验验证了模型的正确性。 1 三电平变换器通态损耗分析 1．1 三电平变换器各器件导通状况 对于二极管嵌位式 电平逆变器来讲 ，在稳态工作时 每相有 种状态即 1、0、一1，根据电流的方向，i电平变 换器又可分为六种工作模式，假设电流流入负载的方向为 正，记 i0；反之则为负。六种工作模式如图 1所示 ，图 1中粗线部分表示 电流流通路径。 (d)l状态，ic0 (e)0状态，ic0 (f]1状态，i0 南于文章研究的三电平变换器控制对象为感应电机 ， 图1 二极管嵌位式三电平变换器电流流通路径 所 以只研究阻感负载特性。对于采用载波调制方法，一般 只要调制比大于 10都可以近似认为负载 电流为正弦波。由 于三 电平变换器必须遵循 l—0一 一1或 ～1—0— 1开关切换 原则，结合图 1，可得出在～个周期内每相开关器件的切换 顺序，如图2所示。 图2是基于 SPWM方法，调制函数可用下式来表达 ： r=M cos~t (1) 而负载电流为： iL=ImCOS(f一 ) (2) 图2 开通器件与电压 、电流的关系 式中 ——调制度 ； — — 功率因数角。 期内导通脉冲累加而得到的，图3给出了在一个采样周期 1．2 开关周期 内导通 占空比计算 内根据调制函数计算出来的开关状态，它可以根据 比较调 在一个调制周期 内每个器件 的导通时间是每个载波周 制信号和载波信号而得到。 收稿 日期：2012—02—14 作者简介：李胜利(1968一)，男 ，河北唐山人，开滦能源化工股份有限公司吕家坨矿从事机电技术管理T作，中国矿 业大学(北京)硕士毕业，研究方向为电气工程与 自动化。 83 煤 炭 工 程 2012年第6期 P ~ =