新型直流电流源TPWM级联式多电平逆变器

引言

2008年4月我在本刊上曾发表过一篇“直流电源PWM级联与多电平逆变器的技术改革”的文章，这是针对电压型逆变器而写的。实际上，根据电压型与电流型逆变器的对偶性原理，这种改革的思想也同样可以应用到电源型逆变器。

所谓电流型TPWM（Trapezoida-PWM）逆变器的级联，就是把N个出电流为TPWM波形的相同三相逆变器进行并联叠加。当前常用的三相电流型TPWM逆变器的共同特点是，并联叠加与TPwM控制，都是在逆变器上进行的，这种级联方式存在着使用的器件较多、开关损耗较大、制造成本较高的缺点。如果把并联叠加与TPWM控制都移到直流电流源上进行，可以减少使用元器件的数量，特别是可以减少使用TPWM开关器件的数量，并使逆变开关自然地工作在ZCS状态。这样，不仅仅提高了逆变效率，同时也大大降低了逆变器
的制造成本。

l 基本三相TPWM直流电流源逆变器的工作原理
基本三相TPWM直流电流源逆变器的原理电路如图1所示。这是一种新型三相TPWM直流电流源逆变器。它与一般的三相电流型TPWM逆变器有一个很大的差别，即输出电流的TPWM控制，不是在逆变开关上进行的，而是在直流电流源上进行的。即在直流电流源与各相输出2H桥逆变器2HA、2HB、2HC之间，分别串入了一只开关管VTA、VTB、VTC，用这三个开关管对直流电流源进行TPWM控制，使各相直流电流IdA、IdB、IdC。得到像单相全波整流器输出电压那样的TPWM直流电流源波形，而后将此波形再经过后面的GTO2HA、GTI2HB、GTO2Hc逆变桥的同步ZCS逆变，就可以变成为三相TPWM交流电流输出。

不过对于电流型逆变器直流电流源进行TPWM控制，不同于对电压型逆变器直流电源的SPWM控制，即它不能各相独立地对直流电流源进行TPWM控制，必须按照电流三相逆变器TPWM控制的特点，将三个相的直流电流源一起同时进行TPWM控制，使三相的直流电流源的输出电流IdA+IdB+IdC=Id，以保证在TPWM调制工作过程中，使直流电流源Id的输出电流稳定不变。
下面介绍三相基本TPWM直流电流源逆变器的工作原理。
图1所示的三相基本TPWM直流电流源逆变器，采用的是变载波三角波TPWM控制，其中梯形调制波的波形，和两组相位相差180 o的载波三角波的波形如图2所示，在TPWM控制过程中，两组载波三角波uc和uc'，必须以各相调制波uT的周期为间隔，交替地进行切换，并与各相梯形调制波uT进行比较，在梯形波大于三角波的部分产生正脉冲，小于部分产生零脉冲，用这样的TPWM控制法，对三相电流型逆变器的直流电流源分别在开关TVA、TVB、TVc上进行TPWM控制，就可以保证换流在相邻相之间自动准确地进行，并保证使直流电流源Id两端的输出电流Id=IdA+IdB+IdC稳定不变。
三相梯形调制波uTA、uTB uTC与两组载波三角波uC和uC'切换位置的对应关系如图3所示。各相均须按照梯形波的周期，交替地进行切换。
对于图l所示的三相基本TPWM直流电流源逆变器中的电流源Id，采用上述的TPWM控制得到的各相直流电电流IdA、IdB、IdC和Id的工作波形，如图4所示。由此工作波形图可以看出：逆变器的换流是在相邻相之间进行的。例如在图4中区间A的t1～t5期间，电流是在A、C相之间转换；在区间B的t6～t10。期间，电流是在B、C相之间转换；在区间C，电流是在A、B相之间转换；在区间D，电流又回到在A、C相之间转换……。