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低谐波的高压大功率变频器是当前电能变换领域的研究热点之一。最先采用的提高变频器的电压等级的技术是多重化技术。多重化技术包括无输出变压器耦合叠加的直接多重化和通过输出变压器实现叠加的多重化两种方法。使用多重化技术在提高变频器电压等级的同时,也降低了输出电压或电流的谐波。多重化技术的显著特点是参加叠加的逆变器具有相同的结构,相互错开一定的角度,使特定次输出谐波之间的相位相差180°,以达到消除特定次谐波的目的。与此同时,又提出了波形重构技术和谐波注入的方法。在单个逆变器中可以用多种调制和加入辅助硬件的方法来重构正弦波,使输出电压、电流波形比基本电路形式更接近于正弦波。
本文采用波形重构技术和多重化技术相结合来提高变频器的电压等级并减少谐波。采用波形重构技术,利用传统的六管逆变器,在逆变器内部的直流侧用简单的半桥逆变器产生方波、用辅助变压器对方波进行大小变换,进一步用三个双向开关向基本的六管逆变器主电路注入适当的方波,从而在逆变器内部通过硬件和相应的控制完成了对单元逆变器输出波形的重构。
本文分析了单元串联逆变器消谐原理和单元逆变器波形重构技术,在此基础上,结合谐波和逆变器多重化理论,从单元逆变器的外部输出对称性考虑,选择了通过输出变压器叠加的一种二重化电路拓扑结构。
针对这种新的电路拓扑结构,在研究了基本六脉波逆变器电路结构及其逆变器多重化技术的基础上,研究了一种新的控制方法,提出了一种导电制的规律。运用新的导电制控制方法,通过控制三个双向开关工作频率,使逆变器在输出频率很低的情况下输出波形的阶梯数增多,输出电压谐波减小,从而使输出波形更接近正弦波。提出了一种运用波形重构技术并在逆变器的总谐波畸变率最小的情况下,计算它的直流侧变压器变比的方法,并通过仿真验证了计算的正确性。
分析了逆变器的交流侧变压器对逆变器输出波形多重叠加的作用,提出了在逆变器的总谐波畸变率最小时,采用多重叠加技术,来研究交流侧变压器变比和各逆变器错开角的计算方法,并通过仿真验证了计算正确性。结果表明,在相应的控制下,采用多重化和波形重构技术构成的逆变器,得到了高压,并且输出的波形具有良好的正弦性。