【正文】 耐壓要求又使得人們很難在不用變壓器的條件下成功地制造出大容量的逆變器。無論是否有變壓器，此種配置都可使從整流器到逆變器的整機效率提高到94%。 不僅僅只是一個變換器的事情了，此變壓器的藕合方式采用一次側(cè)A/二次側(cè)Z形連接。Z形連接不能消除三次及3n次的電壓諧波，諧波抑制是通過一次側(cè)A連接來實現(xiàn)。 這種連接方式可實現(xiàn)兩個額外的功能:首先，它可以實時地調(diào)節(jié)每相的輸出電壓，而各相電壓都與相應(yīng)的電壓變換器的輸出同相。此外，它可以吸收負(fù)載的3n次諧波電流，避免這些諧波傳輸?shù)揭淮蝹?cè)繞組，這樣，IGBT的換向電流得以減弱，從而減少了換向損耗。逆變技術(shù)的原理早在1931年就有人研究過，從1948年美國西屋電氣公司研制出第一臺3KHZ感應(yīng)加熱逆變器至今已有近60年歷史了，而晶閘管SCR的誕生為正弦波逆變器的發(fā)展創(chuàng)造了條件，到了20世紀(jì)70年代，可關(guān)斷晶閘管（GTO）、電力晶體管（BJT）的問世使得逆變技術(shù)得到發(fā)展應(yīng)用。到了20世紀(jì)80年代，功率場效應(yīng)管（MOSFET）、絕緣柵極晶體管（IGBT）、MOS控制晶閘管（MCT）以及靜電感應(yīng)功率器件的誕生為逆變器向大容量方向發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，因此電力電子器件的發(fā)展為逆變技術(shù)高頻化，大容量化創(chuàng)造了條件。進(jìn)入80年代后，逆變技術(shù)從應(yīng)用低速器件、低開關(guān)頻率逐漸向采用高速器件，提高開關(guān)頻率方向發(fā)展。逆變器的體積進(jìn)一步減小，逆變效率進(jìn)一步提高，正弦波逆變器的品質(zhì)指標(biāo)也得到很大提高。另一方面，微電子技術(shù)的發(fā)展為逆變技術(shù)的實用化創(chuàng)造了平臺，傳統(tǒng)的逆變技術(shù)需要通過許多的分立元件或模擬集成電路加以完成，隨著逆變技術(shù)復(fù)雜程度的增加，所需處理的信息量越來越大，而微處理器的誕生正好滿足了逆變技術(shù)的發(fā)展要求，從8位的帶有PWM口的微處理器到16位單片機，發(fā)展到今天的32位DSP器件，使先進(jìn)的控制技術(shù)如矢量控制技術(shù)、多電平變換技術(shù)、重復(fù)控制、模糊邏輯控制等在逆變領(lǐng)域得到了較好的應(yīng)用?？傊?，逆變技術(shù)的發(fā)展是隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和現(xiàn)代控制理論的發(fā)展而發(fā)展，進(jìn)入二十一世紀(jì)，逆變技術(shù)正向著頻率更高、功率更大、效率更高、體積更小的方向發(fā)展。多電平逆變器由于輸出電壓dudt小、諧波含量低等優(yōu)點，在高壓大功率變換領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。級聯(lián)型多電平逆變器是最早的多電平逆變結(jié)構(gòu)，1980年出現(xiàn)了二極管箝位型多電平逆變器，1992年，. Meynard提出了電容箝位型多電平逆變器。由于級聯(lián)型多電平逆變器不存在直流側(cè)電容電位不平衡問題、控制簡單，以及器件較少等優(yōu)點，近十幾年來得到廣泛的應(yīng)用?！　』旌闲投嚯娖侥孀兤魇亲罱l(fā)展起來的一種有效的多電平改進(jìn)模式，該電路由級聯(lián)型多電平逆變電路發(fā)展而來，且主電路是單元級聯(lián)式結(jié)構(gòu)，因此可用較少的元件數(shù)量實現(xiàn)盡可能多的電平數(shù)，從而降低了系統(tǒng)成本，減小了輸出電壓的諧波總含量(THD)。按實現(xiàn)電路方式的不同，本文將混合型多電平逆變器分為各級聯(lián)單元電壓等級不同的混合電平式逆變器和各級聯(lián)單元拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不同的混合單元式逆變器，并分析了這兩類逆變器電路結(jié)構(gòu)的特點。針對這兩類混合型多電平逆變器存在高壓單元功率器件電壓應(yīng)力過高、低壓單元電流倒灌的問題，本文提出了一種有效的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計方法。二、設(shè)計任務(wù)(一)設(shè)計目的培養(yǎng)以下幾個方面的能力：（1）綜合運用所學(xué)知識，進(jìn)行電力電子電路和系統(tǒng)設(shè)計的能力。（2）了解與熟悉常用的電力電子電路的電路拓?fù)?、控制方法。?）理解和掌握常用的電力電子電路及系統(tǒng)的主電路、控制電路和保護(hù)電路的設(shè)計方法，掌握元器件的選擇計算方法。（4）具有一定的電力電子電路及系統(tǒng)實驗和調(diào)試的能力。（5）.（二）設(shè)計要求(1)注明輸入電壓(2)注明輸出功率(3)用集成電路組成觸發(fā)電路.(4)負(fù)載性質(zhì):.(5)對電路進(jìn)行設(shè)計、計算與說明.(6)計算所有元器件型號參數(shù).三、結(jié)構(gòu)設(shè)計方法要點由前面分析可知，混合型逆變器存在高壓單元電壓應(yīng)力過高、低壓單元電流倒灌的問題。為了解決以上問題，在設(shè)計時可從以下兩方面進(jìn)行改進(jìn)：　　（1）克服高壓單元功率器件電壓應(yīng)力過高問題　　　　選擇高阻斷能力器件（如IGCT、GTO）或選擇二極管箝位型逆變單元作為高壓逆變單元（如二極管箝位型三電平或五電平結(jié)構(gòu)）。這兩種方法均可克服高壓單元功率器件電壓應(yīng)力過高的問題，但由于高阻斷能力的功率器件成本高、開關(guān)頻率低，從而影響了系統(tǒng)的成本及輸出波形的質(zhì)量，而在逆變單元電壓等級一定的情況下，NPC逆變臂功率器件的電壓應(yīng)力卻是H橋單元的一半，可以顯著降低功率器件的電壓應(yīng)力。因此，選擇二極管箝位型逆變單元作為高壓逆變單元是一種更加值得推薦的方法?！　。?）消除低壓單元電流倒灌問題　　由于混合型逆變器在選取電壓比較大時，會產(chǎn)生電流倒灌現(xiàn)象，因此在設(shè)計過程中，可選取適當(dāng)?shù)碾妷罕纫蕴峁┫娏鞯构喱F(xiàn)象所需的冗余狀態(tài)，并使得各電平臺階階躍也限定在1E之內(nèi)。以圖2(b)電路為例，采用Matlab對該電路進(jìn)行了仿真，仿真結(jié)果如圖3，其中調(diào)制波頻率為50Hz。根據(jù)公式（1）可知，兩逆變單元電壓關(guān)系可為Uc1＝3Uc2 =＝2Uc2 =，相電壓Vao輸出分別為9電平和7電平（如圖3(a)），兩種情況單元1和單元2輸出電壓波形如圖3(b)和圖3(c)。從圖3(c)可看出，當(dāng)Uc1＝3Uc2，單元1輸出電壓為正時，、0kV、，出現(xiàn)電流倒灌現(xiàn)象，降低了逆變器輸出功率，并導(dǎo)致單元2直流側(cè)電位平衡，增加了輸出相電壓Vao的諧波含量（如圖3(d)所示，%），降低了Vao的質(zhì)量；而Uc1＝2Uc2時，雖然Vao為7電平，但從圖3(b) 與圖3(c)看出，不會出現(xiàn)電流倒灌現(xiàn)象，%?！　∫陨戏治黾胺抡娼Y(jié)果表明：Uc1＝2Uc與Uc1＝3Uc2相比，在輸出相電壓Vao大致相同（ kV）的情況下，雖然Vao從9電平降為7電平，但低次諧波的幅值卻顯著降低，輸出電壓的質(zhì)量得到了較大的提高（%%），高壓單元功率器件電壓應(yīng)力也有所下降（）。四、總體電路設(shè)計（一）逆變器設(shè)計流程