基于SVPWM的三电平牵引逆变器仿真研究-论文.pdf

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1、《自动化与仪器仪表}2014年4期(总第174期)基于SVPWM的三电平牵引逆变器仿真研究理文祥，葛莲1南京地铁运营有限责任公司南京，210012)(南车南京浦镇车辆有限公司南京，210031)摘要：分析了三电平中性点钳位牵引逆变器的结构及其工作原理。论述了三电平牵引逆变器的SVPWM控制原理，并详细地推导了其算法。在MATLAB／Simulink环境下建立了基于SVPWM控制的三电平牵引逆变器仿真模型，仿真结果表明所建仿真模型的正确性和可行性。关键词：三电平中性点钳位牵引逆变器；电压空间矢量脉宽调制；仿真Abstract：Thestructureandoperationprinc

2、ipleofthree-levelneutralpointclamped(NPC)tractioninve~erisanalyzedinthispaper．ThecontrolprincipleandalgorithmrealizationofSVPWMforthree—levelinverterisdescribedandtheSVPWMalgorithmisderivedindetail．Thesimulationmodelofthree—leveltractioninvertercontrolledbySVPWMisestablishedinMATLAB／Simulink，s

3、imulationresultsshowthattheaccuracyandfeasibilityofthisestablishedsimulationmode1．Keywords：Three—levelneutralpointclampedtractioninverter；Spacevectorpulse—widthmodulation(SVPWM)；Simulation中图分类号：TM464文献标识码：A文章编号：1001-9227(2014)04-0011-040引言图1所示为中性点钳位三电平逆变器，该三电平逆变器共目前，国内城市轨道交通的牵引供电系统均为直流制式，有12个I

4、GBT功率元件，逆变器的每相由4个IGBT功率元件并且采用的是以交流电机为牵引电机的现代交流传动系统，而串联组成，并且每个功率元件反并联1个续流二极管，直流中牵引逆变器及其控制策略则是整个交流传动系统的核心之一。性点。由二极管引出，则每个功率元件的耐压值可降低为原来应用于实际较多的牵引逆变器主要有二电平逆变器和三电逆变的一半，非常适合于大功率电力机车的交流传动系统的控制。器，而采用三电平逆变器是大容量、中高压电机变压变频调速在图1中的三电平逆变器中，当功率元件。、导通的主要实现方式之一，这是因为三电平逆变器具有输出电平增时，点对中性点0的电压为／2；当功率元件、，导加，输出波形阶梯

5、增多，谐波减少，电压跳变减少等特点，加通时，点A对中性点0的电压为0；当功率元件，、导通上中点钳位式逆变器可使开关器件耐压定额降低，使成本也随时，点A对中性点0的电压为一／2。同理可知，三电平逆变之降低，特别适合于中高压电源变换和变频调速领域n～I。器的其他每相也可输出／2、0、一／2这3种电平，也称为3对三电平逆变器的控制多数采用SVPWM技术。SVPWM种电平状态，即每相输出分别有正(1)、零(0)、负(一1)3技术是以控制电压的空间矢量，使磁链轨迹逼近圆形为目标，种状态。所以逆变器的三相总共可以输出27种电平状态，即三具有转矩脉动小、谐波含量少、直流侧电压利用率高以及易于电平

6、逆变器的三相功率元件共有27种开关状态。数字化实现等特点。所以，随着新型半导体器件IGBT的出现，SVPWM技术在现代电力机车和地铁车辆的电源变换中获2SVPWM原理得了越来越多的应用，并有取代传统SPWM技术的趋势。设输入异步牵引电机的三相正弦电压瞬时值为u、U、，则产生的电压空间矢量为2．21三电平牵引逆变器的工作原理^．=鲁+日eq+ceq)(1)J由式1可知，电压空间矢量u是以电角度∞=2=f旋转的。定子磁链矢量和电压空间矢量之间的近似关系为If．，Jrd．t(2)由式2可知，牵引电机定子磁链矢量的旋转方向以及其旋转速度和电压空间矢量的一致。在平面上，三电平牵引逆变器的27

7、组开关状态所对应的空间矢量如图2所示。图1三电平牵引逆变器主电路收稿日期：2014—02—15作者简介：理文祥(1986一)，男，助理工程师，硕士研究生，主要研究方向为地铁列车牵引交流传动与控制系统。11基于SVPWM的三电平牵引逆变器仿真研究理文祥等狮图3小区域分布图图2电压空间矢量分布图大区域是按照每60。角度为一区域划分的，可根据参考电图2中标出了不同开关状态组合和空间矢量的对应关系，压矢量的角度判断其所在的大区域。例如其中(1，1，一1)表示A、日、c三相输出