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申请/专利权人：东北电力大学

摘要：本发明是三相T型三电平双输出逆变器的载波PWM调制方法，其特点是，针对三相T型三电平双输出逆变器，利用上、下组调制波分别与同相层叠载波相比较的调制方法，并根据开关状态和调制比较结果，推导出生成各个功率开关驱动信号的逻辑运算，实现三相T型三电平双输出逆变器的单个直流输入电压变换为两组频率、幅值皆可调的三相交流电压，具有良好的输出波形质量，易于实现等优点。

主权项：1.一种三相T型三电平双输出逆变器的载波PWM调制方法，它包括：由直流侧电容C1和电容C2、18个功率开关器件和18个二极管组成的三相T型三电平双输出逆变器，所述三相T型三电平双输出逆变器有A相、B相和C相桥臂，所述A相、B相和C相桥臂的每相桥臂均由6个功率开关Sx1～Sx6和6个二极管Dx1～Dx6组成，其中，x∈{A，B，C}；所述三相T型三电平双输出逆变器直流侧电容C1和电容C2的电容值相等，直流侧输入电压为Ud，具有两组输出端，上组输出端定义为x1，上组输出相电压定义为ux1O，下组输出端定义为x2，下组输出相电压定义为ux2O，其中，x∈{A，B，C}；所述电容C1的正极与直流母线正极端P相连，电容C1的负极与中点O相连；所述电容C2的正极与中点O相连，电容C2的负极与直流母线负极端N相连；A相桥臂包括绝缘栅双极晶体管SA1、绝缘栅双极晶体管SA2、绝缘栅双极晶体管SA3、绝缘栅双极晶体管SA4、绝缘栅双极晶体管SA5和绝缘栅双极晶体管SA6；二极管DA1、二极管DA2、二极管DA3、二极管DA4、二极管DA5、二极管DA6；绝缘栅双极晶体管SA1的集电极与二极管DA1的阴极相连并连接到直流母线正极端P，绝缘栅双极晶体管SA1的发射极与二极管DA1的阳极相连并连接到绝缘栅双极晶体管SA2的集电极和上输出端A1；绝缘栅双极晶体管SA2的集电极与二极管DA2的阴极相连，绝缘栅双极晶体管SA2的发射极与二极管DA2的阳极相连并连接到绝缘栅双极晶体管SA6的集电极和绝缘栅双极晶体管SA3的集电极；绝缘栅双极晶体管SA6的集电极与二极管DA6的阴极相连，绝缘栅双极晶体管SA6的发射极与二极管DA6的阳极相连并连接到绝缘栅双极晶体管SA5的发射极；绝缘栅双极晶体管SA5的发射极与二极管DA5的阳极相连，绝缘栅双极晶体管SA5的集电极与二极管DA5的阴极相连并连接到中点O；绝缘栅双极晶体管SA3的集电极与二极管DA3的阴极连接，绝缘栅双极晶体管SA3的发射极与二极管DA3的阳极相连并连接到绝缘栅双极晶体管SA4的集电极和外部三相负载的下输出端A2；绝缘栅双极晶体管SA4的集电极与二极管DA4的阴极相连，绝缘栅双极晶体管SA4的发射极与二极管DA4的阳极相连并连接到直流母线负极端N；B相桥臂包括绝缘栅双极晶体管SB1、绝缘栅双极晶体管SB2、绝缘栅双极晶体管SB3、绝缘栅双极晶体管SB4、绝缘栅双极晶体管SB5和绝缘栅双极晶体管SB6；二极管DB1、二极管DB2、二极管DB3、二极管DB4、二极管DB5、二极管DB6；绝缘栅双极晶体管SB1的集电极与二极管DB1的阴极相连并连接到直流母线正极端P，绝缘栅双极晶体管SB1的发射极与二极管DB1的阳极相连并连接到绝缘栅双极晶体管SB2的集电极和上输出端B1；绝缘栅双极晶体管SB2的集电极与二极管DB2的阴极相连，绝缘栅双极晶体管SB2的发射极与二极管DB2的阳极相连并连接到绝缘栅双极晶体管SB6的集电极和绝缘栅双极晶体管SB3的集电极；绝缘栅双极晶体管SB6的集电极与二极管DB6的阴极相连，绝缘栅双极晶体管SB6的发射极与二极管DB6的阳极相连并连接到绝缘栅双极晶体管SB5的发射极；绝缘栅双极晶体管SB5的发射极与二极管DB5的阳极相连，绝缘栅双极晶体管SB5的集电极与二极管DB5的阴极相连并连接到中点O；绝缘栅双极晶体管SB3的集电极与二极管DB3的阴极连接，绝缘栅双极晶体管SB3的发射极与二极管DB3的阳极相连并连接到绝缘栅双极晶体管SB4的集电极和外部三相负载的下输出端B2；绝缘栅双极晶体管SB4的集电极与二极管DB4的阴极相连，绝缘栅双极晶体管SB4的发射极与二极管DB4的阳极相连并连接到直流母线负极端N；C相桥臂包括绝缘栅双极晶体管SC1、绝缘栅双极晶体管SC2、绝缘栅双极晶体管SC3、绝缘栅双极晶体管SC4、绝缘栅双极晶体管SC5和绝缘栅双极晶体管SC6；二极管DC1、二极管DC2、二极管DC3、二极管DC4、二极管DC5、二极管DC6；绝缘栅双极晶体管SC1的集电极与二极管DC1的阴极相连并连接到直流母线正极端P，绝缘栅双极晶体管SC1的发射极与二极管DC1的阳极相连并连接到绝缘栅双极晶体管SC2的集电极和上输出端C1；绝缘栅双极晶体管SC2的集电极与二极管DC2的阴极相连，绝缘栅双极晶体管SC2的发射极与二极管DC2的阳极相连并连接到绝缘栅双极晶体管SC6的集电极和绝缘栅双极晶体管SC3的集电极；绝缘栅双极晶体管SC6的集电极与二极管DC6的阴极相连，绝缘栅双极晶体管SC6的发射极与二极管DC6的阳极相连并连接到绝缘栅双极晶体管SC5的发射极；绝缘栅双极晶体管SC5的发射极与二极管DC5的阳极相连，绝缘栅双极晶体管SC5的集电极与二极管DC5的阴极相连并连接到中点O；绝缘栅双极晶体管SC3的集电极与二极管DC3的阴极连接，绝缘栅双极晶体管SC3的发射极与二极管DC3的阳极相连并连接到绝缘栅双极晶体管SC4的集电极和外部三相负载的下输出端C2；绝缘栅双极晶体管SC4的集电极与二极管DC4的阴极相连，绝缘栅双极晶体管SC4的发射极与二极管DC4的阳极相连并连接到直流母线负极端N；所述三相T型三电平双输出逆变器的两组输出端分别与两组三相负载相连，上组输出端分别与三相负载ZA1、ZB1、ZC1相连，下组输出端分别与三相负载ZA2、ZB2、ZC2相连，能够实现两组三相交流电的输出；其特征是，还包括以下内容：1所述三相T型三电平双输出逆变器的上组输出相电压和下组输出相电压存在约束关系，即上组输出相电压≥下组输出相电压，所以三相T型三电平双输出逆变器的每相桥臂的6个功率开关共有6种合理开关状态：开关状态1：功率开关Sx1、Sx2、Sx3和Sx5开通，此时，输出相电压ux1O和ux2O均为Ud2；开关状态2：功率开关Sx1、Sx3、Sx5和Sx6开通，此时，输出相电压ux1O为Ud2,ux2O为0；开关状态3：功率开关Sx1、Sx4、Sx5和Sx6开通，此时，输出相电压ux1O为Ud2,ux2O为-Ud2；开关状态4：功率开关Sx2、Sx3、Sx5和Sx6开通，此时，输出相电压ux1O和ux2O均为0；开关状态5：功率开关Sx2、Sx4、Sx5和Sx6开通，此时，输出相电压ux1O为0，ux2O为-Ud2；开关状态6：功率开关Sx2、Sx3、Sx4和Sx6开通，此时，输出相电压ux1O和ux2O均为-Ud2；2所述三相T型三电平双输出逆变器采用载波PWM调制方法，使用两条三角载波vc1和vc2，采用同相层叠方式，即两条三角载波vc1、vc2的相位和频率均相同，且vc1的变化范围为0～1，vc2的变化范围为-1～0；使用两组调制波vx1和vx2分别控制上组输出相电压ux1O和下组输出相电压ux2O，其中，x∈{A，B，C}，上组调制波vx1公式为： 其中ω1、φ1、m1和Voffset1分别为上组调制波vx1的角频率、初相角、调制度和直流偏移量，m1取值范围为0到1，Voffset1值为1-m1；下组调制波vx2公式为： 其中ω2、φ2、m2和Voffset2分别为下组调制波vx2角频率、初相角、调制度和直流偏移量，m2取值范围为0到1，Voffset2值为1-m2；因为所述三相T型三电平双输出逆变器存在上组输出相电压≥下组输出相电压的约束关系，所以上组调制波vx1≥下组调制波vx2；3上组输出相电压ux1O和下组输出相电压ux2O同频同相情况，即ux1O和ux2O的频率、相位均相同时，则上、下组调制波vx1、vx2的角频率、初相角分别相等，即ω1＝ω2＝ω，φ1＝φ2＝φ；调制波vx1、vx2分别和两条三角载波vc1、vc2比较大小，决定上、下组输出相电压ux1O、ux2O，具体比较方法为：①若上组调制波vx1＞载波vc1，上组输出相电压ux1O为Ud2；若上组调制波vx1＜载波vc2，上组输出相电压ux1O为-Ud2；其他情况下的上组输出相电压ux1O为0；②若下组调制调制波vx2＞载波vc1，下组输出相电压ux2O为Ud2；若下组调制波vx2＜载波vc2，下组输出相电压ux2O为-Ud2；其他情况下的下组输出相电压ux2O为0；ux1O、ux2O同频同相情况下，上、下组调制波vx1、vx2的峰值时刻相同且有直流偏移量存在，上、下组调制波的调制度m1、m2取值互不影响，因此m1、m2的取值范围表示为： 4上组输出相电压ux1O和下组输出相电压ux2O同频异相情况，即ux1O和ux2O的频率相同，相位不同，则上、下组调制波vx1、vx2的角频率相等，初相角不等，即ω1＝ω2＝ω，φ1≠φ2；调制波vx1、vx2分别和两条三角载波vc1、vc2比较大小，决定上、下组输出相电压ux1O、ux2O，具体比较方法为：①若上组调制波vx1＞载波vc1，上组输出相电压ux1O为Ud2；若上组调制波vx1＜载波vc2，上组输出相电压ux1O为-Ud2；其他情况下的上组输出相电压ux1O为0；②若下组调制调制波vx2＞载波vc1，下组输出相电压ux2O为Ud2；若下组调制波vx2＜载波vc2，下组输出相电压ux2O为-Ud2；其他情况下的下组输出相电压ux2O为0；ux1O、ux2O同频异相情况下，设调制波vx1和vx2间的位移角Δφ＝|φ1-φ2|，其中0≤Δφ≤π；根据vx1≥vx2的约束关系，推导出m1和m2应满足约束关系为：m1sinωt+Δφ+1-m1≥m2sinωt-1-m25上组输出相电压ux1O和下组输出相电压ux2O异频情况，即ux1O和ux2O的频率不同，则上、下组调制波vx1、vx2的角频率不相等，即ω1≠ω2；调制波vx1、vx2分别和两条三角载波vc1、vc2比较大小，决定上、下组输出相电压ux1O、ux2O，具体比较方法为：①若上组调制波vx1＞载波vc1，上组输出相电压ux1O为Ud2；若上组调制波vx1＜载波vc2，上组输出相电压ux1O为-Ud2；其他情况下的上组输出相电压ux1O为0；②若下组调制波vx2＞载波vc1，下组输出相电压ux2O为Ud2；若下组调制波vx2＜载波vc2，下组输出相电压ux2O为-Ud2；其他情况下的下组输出相电压ux2O为0；ux1O、ux2O异频情况下，根据vx1≥vx2的约束关系，m1和m2应满足约束关系为：0＜m1+m2≤16结合开关状态和调制比较结果，推导出生成三相T型三电平双输出逆变器的每相桥臂各个功率开关的驱动信号的逻辑运算；每相桥臂的6个功率开关Sx1～Sx6的驱动信号为sx1～sx6；驱动信号的值为1，表示功率开关开通；驱动信号的值为0，表示功率开关关断；将上组调制波vx1与载波vc1比较，根据比较结果，生成功率开关Sx1的驱动信号sx1，具体表达式为： 将下组调制波vx2和载波vc2比较，根据比较结果，生成功率开关Sx4的驱动信号sx4，具体表达式为： 将下组调制波vx2和载波vc1比较，生成信号e1，表达式为： 将上组调制波vx1和载波vc1比较，生成信号e2，表达式为： 将上组调制波vx1和载波vc2比较，生成信号e3，表达式为： 由信号e2和信号e3生成信号e4，表达式为： 其中，符号“AND”表示逻辑“与”运算；将上组调制波vx1和载波vc2比较，生成信号e5，表达式为： 将下组调制波vx2和载波vc1比较，生成信号e6，表达式为： 将下组调制波vx2和载波vc2比较，生成信号e7，表达式为： 由信号e6和信号e7生成信号e8，表达式为：e8＝e6ANDe7由信号e1、信号e4和信号e5生成功率开关Sx2的驱动信号sx2，表达式为：sx2＝e1ORe4ORe5其中，符号“OR”表示逻辑“或”运算；由信号e1、信号e8和信号e5生成功率开关Sx3的驱动信号sx3，表达式为：sx3＝e1ORe8ORe5由驱动信号sx4和信号e5生成功率开关Sx5的驱动信号sx5，表达式为：sx5＝NOTsx4ANDe5其中，符号“NOT”表示逻辑“非”运算；由驱动信号sx1和信号e1生成功率开关Sx6的驱动信号sx6，表达式为：sx6＝NOTsx1ANDe17根据步骤1～6能够获得所述三相T型三电平双输出逆变器18个功率开关的驱动信号，完成载波PWM调制，使逆变器输出两组三相对称的交流电压。

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