Z源逆變器紋波特性研究.pdf

1、Z源逆變器是Michigan State University的彭方正教授提出的一種新型具有很大發(fā)展?jié)撡|(zhì)的功率變換器拓?fù)?，能夠調(diào)節(jié)直流母線電壓，允許電壓型逆變器橋臂直通，提高了功率變換器的可靠性。在Z源逆變器的設(shè)計(jì)過程中，電感電流紋波和電容電壓紋波影響了Z源網(wǎng)絡(luò)電感、電容的參數(shù)設(shè)計(jì)和控制，而輸出電流紋波影響了輸出波形質(zhì)量。本文將這三個(gè)量統(tǒng)稱為紋波，并對此進(jìn)行了相關(guān)研究。
　　從減小Z源網(wǎng)絡(luò)電感體積的角度而言，一般有兩種措施。一種是

2、采用耦合電感及新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；另一種是施加合適的調(diào)制策略，減小電流紋波，以達(dá)到減小電感的目的。不同的調(diào)制方式下產(chǎn)生的電流紋波是不同的，本文給出了Z源網(wǎng)絡(luò)電感電流紋波計(jì)算的基本方法。以典型的直通矢量平均分配的六段式和四段式SVPWM調(diào)制策略為研究對象，給出了SVPWM調(diào)制下電感電流紋波的一般計(jì)算公式。發(fā)現(xiàn)SVM控制的電感電流紋波不恒定，它隨著電壓矢量相位的變化而變化，并在某些角度處取得最大值。相對于SVM6，SVM4策略下產(chǎn)生的最大電感紋波

3、更小，更有利于減小電感體積。
　　一般認(rèn)為，Z源網(wǎng)絡(luò)電感取值很大的時(shí)候，電容的電壓紋波與電感值無關(guān)。電容在直通狀態(tài)時(shí)放電，在非直通狀態(tài)時(shí)充電。但是，當(dāng)電感取值較小的時(shí)候，電容的電壓紋波是與電感值相關(guān)的。在這種情況下，電容在非直通狀態(tài)時(shí)存在充、放電兩種狀態(tài)，電容的電壓紋波受電感影響。此時(shí)如果仍然按照傳統(tǒng)的線性化計(jì)算方法計(jì)算電容電壓紋波，誤差會很大。為此，本文分析了各種工作狀態(tài)下的臨界電感值。按照臨界電感值大小將工作狀態(tài)分為電感電流完

4、全供能模式，電感電流不完全供能模式，輸入側(cè)電流過零模式，輸入側(cè)電流不過零模式，電感電流過零模式和電感電流不過零模式。提出了針對小電感情形下電容電壓紋波的線性化計(jì)算方法，與傳統(tǒng)線性化計(jì)算方法相比具有更高的精確性。
　　輸出電流紋波是逆變器設(shè)計(jì)和控制需要考慮的重要因素。本文對Z源逆變器輸出電流紋波特性進(jìn)行了研究，分析并推導(dǎo)了SPWM調(diào)制和SVPWM調(diào)制下Z源逆變器輸出電流紋波的表達(dá)式。SPWM調(diào)制時(shí)，Z源逆變器與傳統(tǒng)的電壓型逆變器輸出

5、電流紋波相同；SVPWM調(diào)制時(shí)，在大部分相角區(qū)間中，電壓源逆變器所輸出的電流紋波更小。相對于母線電壓恒定的策略，母線電壓可調(diào)策略更有利于減小輸出電流紋波。
　　Z源網(wǎng)絡(luò)通過橋臂直通和非直通狀態(tài)的切換，完成電容電感的充放電控制，從而實(shí)現(xiàn)其升壓目的。但是也正是由于直通狀態(tài)的存在，給Z源逆變器緩沖電路的設(shè)計(jì)帶來了挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)C型，RC型，RCD型以及RCD放電阻止型緩沖電路在應(yīng)用于Z源逆變器時(shí)，均會出現(xiàn)不正常的工作狀態(tài)，它們均不適合應(yīng)用于