载波移相多电平PWM技术在变频器中的应用

"本文探讨了一种基于载波移相的多电平PWM技术，特别关注了在中压大功率传动设备中的应用。文中介绍了SPWM方法的原理，以及如何利用该方法控制逆变电路开关器件，以生成与正弦波等效的脉宽调制波形。文章还阐述了单元串联多电平变频器的拓扑结构，特别是七电平H桥串联逆变器的实例，强调了这种结构的模块化优点。此外，详细讨论了移相载波调制法，包括相位移的计算方法以及在数字化实现中的DSP+CPLD解决方案，其中DSP负责生成第一级功率单元的控制信号，CPLD用于实现信号的相移和延迟，以产生多路SPWM控制信号。" 在电力电子技术领域，PWM（脉宽调制）技术是不可或缺的一部分，尤其是SPWM（正弦脉宽调制）方法。SPWM利用了采样控制理论中的关键概念，即冲量相等而形状不同的窄脉冲在具有惯性的系统上产生的效果相似。基于这一原理，SPWM通过调整脉冲宽度来模拟正弦波形，使得逆变器输出的脉冲电压总面积与期望输出的正弦波相匹配。这种方法允许通过改变调制波的频率和幅度来调节输出电压的频率和幅值，从而实现对交流电机的精确控制。 单元串联多电平变频器是一种常见的拓扑结构，它的优势在于结构简洁且易于模块化。例如，七电平H桥串联逆变器由三个功率单元构成，每个单元都是H桥逆变电路，它们的输出端串联，通过SPWM信号控制开关器件的开关状态。这种设计能够提供更平滑的电压输出，减少谐波含量，提高系统的效率和稳定性。 载波移相在多电平逆变器调制中起着核心作用。N电平逆变器通常需要N-1个三角载波，这些载波在相位上有特定的相移。通过调制波与载波的比较，可以生成所需的开关器件驱动信号。在实际的数字实现中，载波移相法通过调制波与单一载波的比较，然后进行延迟处理，来生成各个功率单元的SPWM控制信号。这里，DSP（数字信号处理器）用于生成第一级功率单元的控制信号，而CPLD（复杂可编程逻辑器件）则执行信号的相移和延迟功能，确保多路SPWM信号的同步和准确。 DSP控制器在系统中扮演关键角色，它生成控制第一级功率单元的两路信号，这两路信号分别对应左桥臂和右桥臂的开关器件。CPLD则在此基础上，对这些信号进行相位调整，确保后续功率单元的SPWM信号与第一级保持一致，实现整体的多电平PWM控制。 该研究深入探讨了载波移相多电平PWM技术，展示了其在中压大功率传动系统中的高效应用，特别是在简化拓扑结构和优化控制策略方面的优势。通过结合DSP和CPLD的智能控制，能够实现更为精细和灵活的电源管理，这对于提升电力系统性能和能效具有重要意义。