一种中性点箝位/H桥五电平高压变频器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种中性点箝位/H桥五电平高压变频器，包括预充电电路、18路脉冲变压器、整流桥、五电平NPC/H-桥单元、脉冲驱动板和控制板；其中，所述预充电电路经所述18路脉冲变压器和所述整流桥与所述五电平NPC/H-桥单元连接，所述控制板通过所述脉冲驱动板与所述五电平NPC/H-桥单元连接；所述控制器包括FPGA和DSP。本实用新型专利技术在器件开关频率相同的情况下，逆变器等效开关频率低，输出电压谐波含量高，器件开关损耗高；而且可以拓展至任意电平级数的逆变器。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

A neutral point clamped /H Bridge five level high voltage frequency converter

The utility model discloses a neutral point clamped /H Bridge five level high voltage inverter, including pre charging circuit, 18 pulse transformer, rectifier bridge, five level NPC/H- bridge unit, pulse drive board and a control board; wherein, the pre charging circuit through the 18 pulse transformer and the rectifier bridge and the five level NPC/H- bridge module is connected with the control board are connected by the pulse drive board and the five level NPC/H- bridge unit; the controller including FPGA and DSP. Under the same switching frequency of the device, the inverter has the advantages of low equivalent switching frequency, high output voltage harmonic content, high switching loss of the device, and can be extended to an inverter with any level series.

【技术实现步骤摘要】
—种中性点箝位/H桥五电平高压变频器
本技术属于高压变频器的
，具体地，涉及一种中性点箝位/H桥(NPC/H)五电平高压变频器。
技术介绍
多电平变频器越来越广泛地应用于轧钢、煤炭、铁路、船舶、水利等高压大功率传动领域，其电压变化率dv/dt小，输出电压电流谐波含量低，功率开关器件的耐压等级低。现有的中高压大功率变频器多采用三电平NPC拓扑结构，其输出相电压为三个电平级数。此外也有H桥级联型拓扑结构，通过级联可以得到不同的输出电压电平级数。空间电压矢量调制法(SpaceVector Pulse Width Modulation, SVPWM)是多电平逆变器的一种脉宽调制(Pulse Width Modulation, PWM)控制方法，多电平SVPWM的实现也有不同的方法。通常采用七段式SVPWM，但是该方法的缺点是:算法复杂，计算量大，需要特别考虑开关器件的散热问题。而且，在器件开关频率相同的情况下，该算法的逆变器等效开关频率低，输出电压谐波含量高，器件开关损耗高。
技术实现思路
有鉴于现有技术的上述缺陷，本技术所要解决的技术问题是提供一种中性点箝位/H桥(NPC/H)五电平高压变频器，其在器件开关频率相同的情况下，逆变器等效开关频率低，输出电压谐波含量高，器件开关损耗高；而且可以拓展至任意电平级数的逆变器。为实现上述目的，本技术提供了一种中性点箝位/H桥五电平高压变频器，包括预充电电路、18路脉冲变压器、整流桥、五电平NPC/H-桥单元、脉冲驱动板和控制板；其中，所述预充电电路经所述18路脉冲变压器和所述整流桥与所述五电平NPC/H-桥单元连接，所述控制板通过所述脉冲驱动板与所述五电平NPC/H-桥单元连接；所述控制器包括FPGA 和 DSP。根据上述的中性点箝位/H桥五电平高压变频器，其中，所述五电平NPC/H-桥单元包括直流侧电源和逆变电路进一步地，根据上述的中性点箝位/H桥五电平高压变频器，其中，所述直流侧电源由输入侧移相变压器、整流器和直流侧电容构成。进一步地，根据上述的中性点箝位/H桥五电平高压变频器，其中，所述逆变电路由两个NPC桥臂构成H桥，每个NPC桥臂由四个IGBT和两个二级管构成。[0011 ] 根据上述的中性点箝位/H桥五电平高压变频器，其中，包括3个五电平NPC/H-桥单元。根据上述的中性点箝位/H桥五电平高压变频器，其中，包括12块脉冲驱动板。根据上述的中性点箝位/H桥五电平高压变频器，其中，所述DSP用于算法运算，所述FPGA用于产生脉冲触发所述五电平NPC/H-桥单元中的IGBT。根据上述的中性点箝位/H桥五电平高压变频器，其中，每个脉冲驱动板用于触发所述五电平NPC/H-桥单元中的两个IGBT因此，本技术的中性点箝位/H桥(NPC/H)五电平高压变频器在器件开关频率相同的情况下，逆变器等效开关频率低，输出电压谐波含量高，器件开关损耗高；而且可以拓展至任意电平级数的逆变器。【附图说明】图1是本技术中五电平中性点箝位/H桥的单相电气结构图；图2是本技术的五电平中性点箝位/H桥高压变频器的电气结构图；图3是本技术的五电平中性点箝位/H桥高压变频器的系统结构图；图4是本技术中DSP算法的流程图；图5是本技术中五电平逆变器第I扇区矢量图；图6(a)是本技术中七段式开关顺序图；图6 (b)是本技术中三段式开关顺序图；图7是本技术中开关顺序产生规律图；图8是本技术中三段式开关顺序设计的示例图；图9是本技术中平衡模式下的功率开关器件的驱动波形图；图10是本技术的五电平中性点箝位/H桥高压变频器输出相电压和线电压波形图。【具体实施方式】以下将结合附图对本技术的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本技术的目的、特征和效果。图1所示为本技术中五电平中性点箝位/H桥的单相电气结构图。其中，输入侧为电网，输出侧为负载电动机。输入侧移相变压器通过整流器给直流侧电容充电，构成直流侧电源。逆变电路由两个NPC桥臂构成H桥，每个桥臂有四个绝缘栅双极晶体管(IGBT)和两个二级管构成。逆变电路采用SVPWM控制策略，控制每个绝缘栅双极晶体管(IGBT)的开关时刻，形成五电平相电压。相应地，三相变频器电气结构图如图2所示。图3为本技术的五电平中性点箝位/H桥高压变频器的系统结构图，其包括预充电电路、18路脉冲变压器、整流桥、五电平NPC/H-桥单元、12块脉冲驱动板、DSP+FPGA控制板构成。电网电压经预充电电路，经18路脉冲变压器后，通过整流桥整流得到五电平NPC/H-桥单元的直流侧电压，DSP+FPGA控制板得到的驱动信号通过12块脉冲驱动板驱动触发IGBT。控制系统采用DSP+FPGA结构，其中，DSP负责算法运算，具体的算法流程图如图4所示。FPGA负责产生脉冲触发IGBT。每个驱动板触发两个IGBT，因此共需要12块脉冲驱动板。一般定义参考电压矢量为:Vref = VrefeJ (I)式(I)中，VMf为电压矢量VMf的模值，Θ为参考电压矢量的空间角度，本技术中五电平逆变器第I扇区矢量图如图5所示。所谓SVPWM法，就是用逆变器输出相电压的平均矢量去逼近参考电压矢量VMf。为了简化参考矢量VMf的合成和作用时间的计算，利用在α-β平面中五电平基本空间矢量之间的角度均为60的倍数这一几何特性，采用60°坐标系，即g-h坐标系。如图5所示，当参考矢量V,ef位于三角形ABC中时，根据三角形顶点的开关状态分配SVPWM的开关顺序。分别如图6(a)和图6(b)所示，这些开关状态可以排列形成七段式开关顺序，例如:[2，1，-1] — [2,0, -1] — [1,0, -1] — [1,0, -2] — [1,0, -1] — [2,0，-1] — [2,1, -1]，或者是二段式开关顺序[2,1, -1] — [2,0, -1] — [1,0, -1]。为了减少开关器件开关频率，开关顺序设计具有约束条件:开关状态的改变仅仅涉及一个桥臂的两个开关器件，即一个器件导通，另一个器件截止。下面介绍三段式开关顺序的实现步骤。考虑两个采样周期的状态转变，第一个采样周期的开关顺序是[sal，sbl，sj — [Sa2，Sb2SJ — [Sa3，Sb3，SJ，第二个采样周期的开关顺序是[s' al，s' bl，s' cl] — [s' a2，s' b2，s' c2] — [s' a3，s' b3，S' c3] o 当弟二个开关顺序的首发状态[s' al, Si bl, Si cl]与第一个开关顺序的末发状态[Sa3，Sb3, Sc3]不同时，将出现冗余开关状态。为了减小开关状态s' al，S' bpS' J和[sa3，sb3，sj的差异，必须减少冗余开关状态。为此，可以基于[sa3，sb3，SJ灵活地选择下一个首发状态[s' al，S' bl，s' J。如果知道了前一个采样周期的末发状态[sa3，sb3，ScJ，就可以设计灵活的三段式开关顺序，具体设计步骤如下:步骤一、选择下一首发状态:对于任意的开关状态，定义其开关状态值为:本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种中性点箝位/H桥五电平高压变频器，其特点在于，包括预充电电路、18路脉冲变压器、整流桥、五电平NPC/H?桥单元、脉冲驱动板和控制板；其中，所述预充电电路经所述18路脉冲变压器和所述整流桥与所述五电平NPC/H?桥单元连接，所述控制板通过所述脉冲驱动板与所述五电平NPC/H?桥单元连接；所述控制器包括FPGA和DSP。

【技术特征摘要】
1.一种中性点箝位/H桥五电平高压变频器，其特点在于，包括预充电电路、18路脉冲变压器、整流桥、五电平NPC/H-桥单元、脉冲驱动板和控制板；其中，所述预充电电路经所述18路脉冲变压器和所述整流桥与所述五电平NPC/H-桥单元连接，所述控制板通过所述脉冲驱动板与所述五电平NPC/H-桥单元连接；所述控制器包括FPGA和DSP。2.根据权利要求1所述的中性点箝位/H桥五电平高压变频器，其特征在于，其中，所述五电平NPC/H-桥单元包括直流侧电源和逆变电路。3.根据权利要求2所述的中性点箝位/H桥五电平高压变频器，其特征在于，其中，所述直流侧电源由输入侧移相变压器、整流器和直流侧电容构成。4.根据权利要求2所述的中性点箝...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜建国，潘庆山，刘贺，罗，徐亚军，乔树通，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：实用新型
国别省市：