TWI642263B - 三相多電平變頻器的調製方法 - Google Patents

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Abstract

本案公開了一種三相多電平變頻器及其調製方法，調製方法包含如下步驟：步驟1，三相多電平變頻器的控制環路產生第1三相正弦調製波信號；步驟2，向第1三相正弦調製波信號中注入三次諧波信號以產生第2三相調製波信號，在保證最高電壓利用率的條件下使第2三相調製波信號中的任兩相在線電壓峰值附近的絕對值不相等；步驟3，基於第2三相調製波信號產生脈衝寬度調變信號；步驟4，根據脈衝寬度調變信號產生三相多電平變頻器的各功率單元的控制信號。

Description

三相多電平變頻器的調製方法
本案關於一種三相多電平變頻器的調製方法，尤指一種能夠抑制系統輸出的線電壓產生兩電平跳變的三相多電平變頻器的調製方法。
傳統的三相多電平變頻器採用馬鞍形調製波加單極性倍頻載波移相調製時，在系統輸出線電壓的峰值附近，存在同一級的兩相IGBT同時動作的區域，導致線電壓上出現兩電平的跳變。當變頻器通過長電纜與電機連接時，由於電纜中分佈參數的影響，會在電機端產生電壓反射現象，從而在電機端產生最高兩倍的過電壓。變頻器輸出電壓每次跳變的電平數越多，在電機端產生的過電壓越高，從而加速電動機絕緣老化，縮短使用壽命。
第11圖係為習知三相H橋多電平變頻器的電路結構示意圖；第12A圖係為第11圖中A相之功率單元的電路結構示意圖；第12B圖係為第11圖中B相之功率單元的電路結構示意圖；第12C圖係為第11圖中C相之功率單元的電路結構示意圖。
請參照第1-3圖，係為第11圖的三相H橋多電平變頻器採用傳統的馬鞍形調製波加單極性倍頻載波移相調製。第1圖係為三相正弦調製波u a、u b、u c和注入三次諧波後的傳統馬鞍形調製波u’ a、u’ b、u’ c的波形示意圖； 第2圖係為採用單極性倍頻調製時的示意圖；第3圖係為採用傳統的馬鞍形調製波加單極性倍頻載波移相調製時A、B相輸出線電壓的示意圖及其局部放大圖。如第1-3圖所示，當採用傳統的馬鞍形調製波加單極性倍頻載波移相調製時，以扇區VI為例，調製波中注入的三次諧波為： 則注入三次諧波後的調製波為：
可以看出，在該扇區中，u’ a≡-u’ b，再請參照第2圖，當採用單極性倍頻調製時，同一級A相和B相的開關管（如IGBT）同時動作，導致線電壓u AB上出現兩電平的電壓跳變。
因此，如何發展一種可改善上述習知技術缺失之三相多電平變頻器的調製方法，實為目前迫切之需求。
為了克服上述習知技術存在的問題，本案之目的在於提供一種三相多電平變頻器的調製方法，其中，包含如下步驟： 步驟1：三相多電平變頻器的控制環路產生第1三相正弦調製波信號； 步驟2：向第1三相正弦調製波信號中注入三次諧波信號以產生第2三相調製波信號，在保證最高電壓利用率的條件下使第2三相調製波信號中的任兩相的絕對值在線電壓的峰值附近不相等； 步驟3：基於第2三相調製波信號產生脈衝寬度調變信號； 步驟4：根據脈衝寬度調變信號產生三相多電平變頻器的各功率單元的控制信號。
其中，步驟3包含： 步驟31：對第2三相調製波信號進行載波移相調製以產生脈衝寬度調變信號； 步驟32：在線電壓的峰值附近，實時計算第2三相調製波信號中每兩相的絕對值之差，並將絕對值之差與閾值比較。
其中，步驟3還包含步驟33：當第2三相調製波信號之其中兩相的絕對值之差小於閾值時，將該兩相對應的脈衝寬度調變信號分別在開關週期內進行移相。
其中，該兩相中的一相對應的脈衝寬度調變信號與該兩相中的另一相對應的脈衝寬度調變信號在開關週期內的移相方向相反，且移相時間相等。
其中，三相多電平變頻器的三角載波變化範圍為 ，三次諧波信號的表達式為： 當 時， ； 當 時， ； 當 時， ； 當 時， ； 當 時， ； 當 時， ； 當 時， ； 其中 為三次諧波信號， 、 、 分別為三相多電平變頻器的A相、B相、C相對應的第1三相正弦調製波信號，q為第1三相正弦調製波信號 的相位。
其中，三相多電平變頻器的三角載波變化範圍為 ，三次諧波信號的表達式為： 當 時， ； 當 時， ； 當 時， ； 當 時， ； 當 時， ； 當 時， ； 當 時， ； 當 時， ； 當 時， ； 當 時， ； 當 時， ； 當 時， ； 其中 為三次諧波信號， 、 、 分別為三相多電平變頻器的A相、B相、C相對應的第1三相正弦調製波信號，q為第1三相正弦調製波信號 的相位。
本案還提供一種三相多電平變頻器，包括調製裝置、控制環路和複數個功率單元，控制環路產生第1三相正弦調製波信號，調製裝置電性耦接於控制環路和複數個功率單元，調製裝置向第1三相正弦調製波信號中注入三次諧波信號以產生第2三相調製波信號，並基於第2三相調製波信號產生脈衝寬度調變信號，將脈衝寬度調變信號分別傳送給複數個功率單元，複數個功率單元根據脈衝寬度調變信號產生複數個控制信號；其中，通過注入三次諧波信號，在保證最高電壓利用率的條件下使第2三相調製波信號中的任兩相的絕對值在線電壓的峰值附近不相等。
其中，調製裝置包含： 信號注入模塊，信號注入模塊向第1三相正弦調製波信號中注入三次諧波信號，並輸出第2三相調製波信號； 移相控制模塊，電性耦接於信號注入模塊，移相控制模塊接收並對第2三相調製波信號進行載波移相調製以產生脈衝寬度調變信號，在線電壓的峰值附近，實時計算第2三相調製波信號中每兩相的絕對值之差，並將絕對值之差與閾值比較。
其中，當第2三相調製波信號之其中兩相的絕對值之差小於閾值時，移相控制模塊將該兩相對應的脈衝寬度調變信號分別在一開關週期內進行移相。
其中，該兩相中一相對應的脈衝寬度調變信號與該兩相中另一相對應的脈衝寬度調變信號在開關週期內的移相方向相反，且移相時間相等。
其中，三相多電平變頻器的三角載波變化範圍為 ，三次諧波信號的表達式為： 當 時， ； 當 時， ； 當 時， ； 當 時， ； 當 時， ； 當 時， ； 當 時， ； 其中 為三次諧波信號， 、 、 分別為三相多電平變頻器的A相、B相、C相對應的第1三相正弦調製波信號，q為第1三相正弦調製波信號 的相位。
其中，三相多電平變頻器的三角載波變化範圍為 ，三次諧波信號的表達式為： 當 時， ； 當 時， ； 當 時， ； 當 時， ； 當 時， ； 當 時， ； 當 時， ； 當 時， ； 當 時， ； 當 時， ； 當 時， ； 當 時， ； 其中 為三次諧波信號， 、 、 分別為三相多電平變頻器的A相、B相、C相對應的第1三相正弦調製波信號，q為第1三相正弦調製波信號 的相位。
與習知技術相比， 本案之三相多電平變頻器的調製方法可抑制三相多電平逆變器的橋臂輸出的線電壓產生兩電平跳變，進而減小了電機端的過電壓，從而保護電機絕緣，延長電機壽命。
體現本案特徵與優點的典型實施例將在後段的說明中結合圖式詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖式在本質上當作說明之用，而非架構於限制本案。
請參照第4A圖，第4A圖係為本案三相多電平變頻器的調製方法的步驟流程圖。如第4A圖所示，本案之三相多電平變頻器的調製方法包含： 步驟1：三相多電平變頻器的控制環路產生第1三相正弦調製波信號； 步驟2：向第1三相正弦調製波信號中注入三次諧波信號以產生第2三相調製波信號，在保證最高電壓利用率的條件下使第2三相調製波信號中的任兩相的絕對值在線電壓的峰值附近不相等； 步驟3：對第2三相調製波信號進行移相控制以產生脈衝寬度調變信號； 步驟4：根據脈衝寬度調變信號產生三相多電平變頻器的各功率單元的控制信號。
第5圖係為本案第一實施例之第1三相正弦調製波信號及第2三相調製波信號的示意圖。請參照第5圖，u a、u b、u c表示第1三相正弦調製波信號，將第5圖中調製波信號的一個週期（可為一個工頻週期）劃分成多個調製區間（如12個區間），不同的調製區間注入不同的三次諧波信號，得到第2三相調製波信號u’ a、u’ b、u’ c。其中所需的三次諧波注入信號為分段式三次諧波信號，分段式三次諧波信號的表達式為： 當 時， ； 當 時， ； 當 時， ； 當 時， ； 當 時， ； 當 時， ； 當 時， ； 其中，三相多電平變頻器的三角載波的幅值變化範圍為- U m ~ U m ，u z表示本實施例中注入的三次諧波信號，u a、u b、u c分別為三相多電平變頻器的A相、B相、C相對應的第1三相正弦調製波信號， q為第1三相正弦調製波信號u a的相位。
第6圖係為本案第二實施例之第1三相正弦調製波信號及第2三相調製波信號的示意圖。和第一實施例類似，第6圖中的一個週期劃分為多個調製波區間，不同的調製波區間注入不同的三次諧波信號，得到本實施例的第2三相調製波信號u’ a、u’ b、u’ c。所需的三次諧波注入信號為分段式三次諧波信號，分段式三次諧波信號的表達式為： 當 時， ； 當 時， ； 當 時， ； 當 時， ； 當 時， ； 當 時， ； 當 時， ； 當 時， ； 當 時， ； 當 時， ； 當 時， ； 當 時， ； 其中，三相多電平變頻器的三角載波的幅值變化範圍為- U m ~ U m ，u z表示注入的三次諧波信號，u a、u b、u c分別為三相多電平變頻器的A相、B相、C相對應的第1三相正弦調製波信號，q為第1三相正弦調製波信號u a的相位。
值得注意的是，本案並不局限於上述注入的三次諧波信號，在其他實施例中設計者可根據設計需求相應調整注入的三次諧波信號，只要所注入的三次諧波信號使生成的第2三相調製波信號中的任兩相的絕對值在線電壓的峰值附近不相等即可。
將上述所獲得的三次諧波信號u z，根據劃分的調製區間注入第1三相正弦調製波信號u a、u b、u c中，得到第2三相調製波信號的表達式為： ， ， 。
在保證最高電壓利用率的條件下，上式中的第2三相調製波信號中的任兩相的絕對值在線電壓的峰值附近不相等，使三相多電平級聯型變頻器的橋臂輸出的線電壓不會產生兩電平跳變，進而減小了電機端的過電壓，從而保護電機絕緣，延長電機壽命。上述實施例中，峰值附近指的是第2三相調製波信號的幅值的絕對值達到最大的區間，如第5圖中以u’ b為例，峰值附近對應的區間為（π/2，5π/6）和（3π/2，11π/6），如第6圖中以u’ b為例，峰值附近對應的區間為（π/3，π/2）、（5π/6，π）（4π/3，3π/2）和（11π/6，2π）。
對第2三相調製波信號進行移相控制以產生脈衝寬度調變信號。其中移相控制包括載波移相調製和個別點脈衝寬度調變信號的移相控制。
載波移相調製可指單極性倍頻載波移相調製，具體地，將上述得到的第2三相調製波信號u’ a、u’ b、u’ c分別與載波信號進行交割產生各相之橋臂開關管T a11、T b11、T c11的脈衝寬度調變信號，橋臂開關管T a13、T b13、T c13的脈衝寬度調變信號分別與T a11、T b11、T c11的脈衝寬度調變信號反相。
將第2三相調製波信號u’ a、u’ b、u’ c分別與上述的載波信號的反相信號交割產生各相之橋臂開關管T a12、T b12、T c12的脈衝寬度調變信號，橋臂開關管T a14、T b14、T c14的脈衝寬度調變信號分別與橋臂開關管T a12、T b12、T c12的脈衝寬度調變信號反相。
類似的，對於每相中第N個功率模塊，將按照調製區間注入分段式三次諧波後獲得的第2三相調製波信號u’ a、u’ b、u’ c分別與移相角度為180°/N的載波信號進行交割產生各相橋臂開關管T aN1、T bN1、T cN1的脈衝寬度調變信號，橋臂開關管T aN3、T bN3、T cN3的脈衝寬度調變信號分別與橋臂開關管T aN1、T bN1、T cN1的脈衝寬度調變信號反相；
將第2三相調製波信號u’ a、u’ b、u’ c分別與上述的移相角度為180°/N的載波信號的反相信號交割產生各相橋臂開關管T aN2、T bN2、T cN2的脈衝寬度調變信號，橋臂開關管T aN4、T bN4、T cN4的脈衝寬度調變信號分別與橋臂開關管T aN2、T bN2、T cN2的脈衝寬度調變信號反相。
針對本案的調製方法，請參照第4B圖，第4B圖係為第4A圖中步驟3的分步流程圖；上述步驟3包含步驟31：對第2三相調製波信號進行載波移相調製以產生脈衝寬度調變信號；步驟32：在線電壓的峰值附近，實時計算第2三相調製波信號中每兩相的絕對值之差，並將該絕對值之差與一閾值比較；步驟33：當兩相的絕對值之差小於閾值時，將該兩相對應的脈衝寬度調變信號分別在同一個開關週期內進行移相。其中兩相中的一相對應的脈衝寬度調變信號與兩相中的另一相對應的脈衝寬度調變信號在所述開關週期內的移相方向相反，且移相時間相等。
在某些特殊點，如第5圖中峰值區間的邊界點π/2、5π/6、3π/2和11π/6等，第2三相調製波信號中會出現兩相的絕對值近似相等，如第5圖中π/2處u’ b的絕對值近似等於u’ c的絕對值。因此為了避免在這些點處形成兩電平的跳變，需要將這些點對應的脈衝寬度調變信號在一個開關週期（對應載波信號的週期）內進行移相。
第7A圖係為A相和B相中各一個功率單元對應的脈衝寬度調變信號的移相示意圖。本案的調製波信號為工頻信號，頻率為50HZ，三角載波信號的頻率為600HZ，在載波信號的一個週期內u’ a和u’ b可近似為一條直線。如第7A圖所示，第2三相調製波信號u’ a和u’ b在同一載波週期的絕對值近似相等，即該兩相的絕對值差值小於設定的閾值，對由調製信號u’ a與三角載波信號及其反相信號交割產生的A相中功率單元對應的脈衝寬度調變信號P A1和P A2進行移相，對由調製信號u’ b與三角載波信號及其反相信號交割產生的B相中功率單元對應的脈衝寬度調變信號P B1和P B2進行移相。其中，閾值可根據需求自行設定。對脈衝寬度調變信號進行移相可通過很多種方式實現，如在進行載波移相調製時調整某時刻對應的調製信號的幅值，實現對應脈衝寬度調變信號的移相。如第7A圖所示，將調製信號u’ a產生的脈衝寬度調變信號右移T d，u’ b產生的脈衝寬度調變信號左移T d。具體實現方法為，t 1時刻在調製波u’ a上減去偏移量u d且t 4時刻在調製波u’ a上加上偏移量u d，使脈衝信號P A1向右偏移，且偏移時間為T d；t 2時刻在調製波u’ a上加上偏移量u d且t 3時刻在調製波u’ a上減去偏移量u d，使脈衝信號P A2向右偏移，且偏移時間為T d；t 1時刻在調製波u’ b上減去偏移量u d且t 4時刻在調製波u’ b上加上偏移量u d，使脈衝信號P B1向左偏移，且偏移時間為T d；t 2時刻在調製波u’ b上加上偏移量u d且t 3時刻在調製波u’ b上減去偏移量u d，使脈衝信號P B2向左偏移，且偏移時間為T d。最終，使A、B兩相對應的脈衝寬度調變信號在一個開關週期內進行移相，且A相對應的脈衝寬度調變信號P A1和P A2和B相對應的脈衝寬度調變信號P B1和P B2在所述開關週期內的移相方向相反，且移相時間相等。
需要說明的是，實現脈衝寬度調變信號移相的方法有很多種，本案僅列舉了其中一種進行說明。本案中主要以A相、B相為例，其它與上述原理類似，此處不再贅述。
根據移相後得到的脈衝寬度調變信號產生三相多電平變頻器的各功率單元的控制信號。
第7B圖係為一載波週期內，A相和B相的其中一功率單元輸出的相電壓及線電壓。如第7B圖所示，經由控制信號的控制，A相中的一功率單元輸出相電壓u A，B相中的一功率單元輸出相電壓u B，最終得到A、B兩相的線電壓u AB。第7B圖中，u’ a和u’ b在同一載波週期的絕對值近似相等，經過移相後，A相中的開關管和B相中的開關管不再同時導通，導通時間錯開了2T d。因此，最終得到AB相的線電壓u AB不會產生兩電平的跳變。
第8圖係為A相和B相之脈衝寬度調變信號移相後的三級級聯型系統輸出A、B相電壓和線電壓。請一併參考第8圖和第11圖，第11圖中的三相H橋級聯型變頻器每相包含三個級聯的功率單元，則每相中各功率單元對應的三角載波的移相角度為60°（即180°/N）。第8圖中以A相和B相為例，第2三相調製波信號u’ a和u’ b分別與三角載波信號進行交割以產生脈衝寬度調變信號，並對得到的脈衝寬度調變信號進行移相處理。根據移相後的脈衝寬度調變信號產生三相多電平變頻器的各功率單元的控制信號。經由控制信號的控制，變頻器的A相輸出相電壓u A，變頻器的B相輸出相電壓u B，最終得到A、B兩相的線電壓u AB。
請參照第3圖和第9圖，第9圖係為通過本案之調製方法進行調製之三相多電平變頻器輸出的線電壓波形及其局部放大示意圖。如第9圖所示，在一個工頻週期內，特別是線電壓的峰值附近都沒有出現兩電平的跳變。通過第3圖和第9圖可知，與傳統調製方法相比，本案提出的調製方法，使系統輸出線電壓的峰值附近不會出現兩電平的電壓跳變，當系統通過長電纜和電機連接時，使電機端因電纜分佈參數引起的電機端過電壓得到了減小，從而保護了電機的絕緣，延長了電機的壽命。
第10圖係為本案的三相多電平變頻器原理圖。如第10圖所示，三相多電平變頻器6包括控制環路61、調製裝置62和複數個功率單元63，控制環路61產生第1三相正弦調製波信號，調製裝置62電性耦接於控制環路61和功率單元63，調製裝置62向第1三相正弦調製波信號中注入三次諧波信號以產生第2三相調製波信號，並基於第2三相調製波信號產生脈衝寬度調變信號，各功率單元63接收脈衝寬度調變信號並產生控制信號，各功率單元63根據控制信號對應控制各橋臂開關管的導通和關斷；其中，通過注入三次諧波信號，在保證最高電壓利用率的條件下使第2三相調製波信號中的的任兩相的絕對值在線電壓的峰值附近不相等。
進一步地，調製裝置包含：信號注入模塊621，向第1三相正弦調製波信號中注入三次諧波信號，並輸出第2三相調製波信號。其中，所需的三次諧波注入信號為分段式三次諧波信號，分段式三次諧波信號的表達式可以為前述第一實施例或第二實施例中的分段式三次諧波信號的表達式，但本案並不以此為限，在其他實施例中設計者可根據設計需求相應調整注入的三次諧波信號，只要所注入的三次諧波信號使生成的第2三相調製波信號中的任兩相的絕對值在線電壓的峰值附近不相等即可，將上述所獲得的三次諧波信號u z，根據劃分的調製區間注入第1三相正弦調製波信號u a、u b、u c中，得到第2三相調製波信號的表達式為： ， ， 。
在保證最高電壓利用率的條件下，上式中的第2三相調製波信號中的任兩相的絕對值在線電壓的峰值附近不相等，使三相多電平級聯型變頻器的橋臂輸出的線電壓不會產生兩電平跳變，進而減小了電機端的過電壓，從而保護電機絕緣，延長電機壽命。上述實施例中，峰值附近指的是第2三相調製波信號的幅值的絕對值達到最大的區間，如第5圖中以u’ b為例，峰值附近對應的區間為（π/2，5π/6）和（3π/2，11π/6），如圖6中以u’ b為例，峰值附近對應的區間為（π/3，π/2）、（5π/6，π）（4π/3，3π/2）和（11π/6，2π）。
移相控制模塊622，電性耦接於信號注入模塊621，接收第2三相調製波信號，並對第2三相調製波信號進行移相控制以產生脈衝寬度調變信號，移相控制模塊622根據脈衝寬度調變信號產生三相多電平變頻器的各功率單元的控制信號。其中，移相控制模塊622具體工作過程參見前述的調製方法，在此就不再贅述了，需要說明的是移相控制包括載波移相調製和個別點脈衝寬度調變信號的移相控制。
進一步地，移相控制模塊622在線電壓的峰值附近，實時計算第2三相調製波信號中每兩相的絕對值之差，並將絕對值之差與一閾值比較；當兩相的絕對值之差小於閾值時，將該兩相對應的脈衝寬度調變信號分別在一開關週期內進行移相。其中兩相中的一相對應的脈衝寬度調變信號與兩相中的另一相對應的脈衝寬度調變信號在所述開關週期內的移相方向相反，且移相時間相等。其中，移相控制模塊622的移相方式參見前述的調製方法，在此就不再贅述了，需要說明的是，實現脈衝寬度調變信號移相的方法有很多種，本案僅列舉了其中一種進行說明。
請參照第13A圖及第13B圖，第13A圖係為採用傳統的馬鞍形調製波加單極性倍頻載波移相調製時三級級聯型變頻器的輸出線電壓FFT（快速傅裡葉變換）的示意圖，第13B圖係為本案的調製方法應用於三級級聯型變頻器的輸出線電壓FFT的示意圖。第13A圖與第13B圖的傅裡葉分析曲線相同，說明採用本案所提出的調製方案，系統輸出線電壓的諧波分佈，與採用傳統馬鞍形調製波加單極性倍頻載波移相調製時系統輸出線電壓的諧波分佈相同。即本案提出的方案既能消除線電壓峰值附件的兩電平跳變，又不會對線電壓的諧波分佈產生不利影響。
綜上所述，本案通過抑制三相多電平逆變器的橋臂輸出的線電壓兩電平跳變，減小了電機端的過電壓，從而保護電機絕緣，延長電機壽命。
須注意，上述僅是為說明本案而提出之較佳實施例，本案不限於所述之實施例，本案之範圍由如附申請專利範圍決定。且本案得由熟習此技術之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。
1、2、3、4、31、32、33：三相多電平變頻器之調製方法的步驟 A、B、C：相序 u a、u b、u c：第1三相正弦調製波信號 u’ a、u’ b、u’ c：第2三相調製波信號 - U m ~ U m ：三相多電平變頻器的三角載波的幅值變化範圍u z：三次諧波信號 q：第1三相正弦調製波信號u a的相位 T a11、T b11、T c11、T a12、T b12、T c12、T a13、T b13、Tc 13、T a14、T b14、T c14、T aN1、T bN1、T cN1、T aN2、T bN2、T cN2、T aN3、T bN3、T cN3、T aN4、T bN4、T cN4：橋臂開關管 P A1、P A2、P B1、P B2：脈衝寬度調變信號 t 1、t 2、t 3、t 4：時刻 T d：偏移時間 u d：偏移量 u A、u B：相電壓 u AB：線電壓 6：三相多電平變頻器 61：控制環路 62：調製裝置 621：信號注入模塊 622：移相控制模塊 63：功率單元
第1圖係為三相正弦調製波u a、u b、u c和注入三次諧波後的傳統馬鞍形調製波u’ a、u’ b、u’ c的波形示意圖；
第2圖係為採用單極性倍頻調製時的示意圖；
第3圖係為採用傳統的馬鞍形調製波加單極性倍頻載波移相調製時，三相多電平變頻器輸出的線電壓及其局部放大示意圖；
第4A圖係為本案三相多電平變頻器的調製方法的步驟流程圖；
第4B圖係為第4A圖中步驟3的分步流程圖；
第5圖係為本案第一實施例之第1三相正弦調製波信號及第2三相調製波信號的示意圖；
第6圖係為本案第二實施例之第1三相正弦調製波信號及第2三相調製波信號的示意圖；
第7A圖係為A相和B相中各一個功率單元對應的脈衝寬度調變信號的移相示意圖；
第7B圖係為一載波週期內，A相和B相的其中一功率單元輸出的相電壓及線電壓；
第8圖係為A相和B相之脈衝寬度調變信號移相後的三級級聯型系統輸出A、B相電壓和線電壓；
第9圖係為通過本案之調製方法進行調製之三相多電平變頻器輸出的線電壓波形及其局部放大示意圖；
第10圖係為本案之三相多電平變頻器的原理圖；
第11圖係為習知三相H橋多電平變頻器的電路結構示意圖；
第12A圖是第11圖中A相之功率單元的電路結構示意圖；
第12B圖是第11圖中B相之功率單元的電路結構示意圖；
第12C圖是第11圖中C相之功率單元的電路結構示意圖；
第13A圖係為採用傳統的馬鞍形調製波加單極性倍頻載波移相調製時，三級級聯型變頻器的輸出線電壓FFT的示意圖；
第13B圖係為本案的調製方法應用於三級級聯型變頻器的輸出線電壓FFT的示意圖。

Claims (12)

  1. 一種三相多電平變頻器的調製方法，包含如下步驟：步驟1：該三相多電平變頻器的控制環路產生一第1三相正弦調製波信號；步驟2：向該第1三相正弦調製波信號中注入一三次諧波信號以產生一第2三相調製波信號，在保證最高電壓利用率的條件下使該第2三相調製波信號中的任兩相的絕對值在一線電壓的峰值附近不相等，其中該三次諧波信號為分段式三次諧波信號；步驟3：基於該第2三相調製波信號產生一脈衝寬度調變信號；步驟4：根據該脈衝寬度調變信號產生該三相多電平變頻器的各功率單元的控制信號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之調製方法，其中該步驟3包含：步驟31：對該第2三相調製波信號進行載波移相調製以產生該脈衝寬度調變信號；步驟32：在該線電壓的峰值附近，實時計算該第2三相調製波信號中每兩相的一絕對值之差，並將該絕對值之差與一閾值比較。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之調製方法，其中該步驟3還包含步驟33：當該第2三相調製波信號之其中兩相的該絕對值之差小於該閾值時，將該兩相對應的脈衝寬度調變信號分別在一開關週期內進行移相。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之調製方法，該兩相中的一相對應的該脈衝寬度調變信號與該兩相中的另一相對應的該脈衝寬度調變信號在該開關週期內的移相方向相反，且移相時間相等。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之調製方法，該三相多電平變頻器的三角載波變化範圍為-Um~Um，該三次諧波信號的表達式為： 當0 θ<時，； 當 θ<時，；當 θ<時，；當 θ<時，；當 θ<時，；當 θ<時，； 當 θ<2π時，； 其中uz為該三次諧波信號，ua、ub、uc分別為該三相多電平變頻器的A相、B相、C相對應的該第1三相正弦調製波信號，θ為該第1三相正弦調製波信號ua的相位。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之調製方法，該三相多電平變頻器的三角載波變化範圍為-Um~Um，該三次諧波信號的表達式為： 當0 θ<時，； 當 θ<時，；當 θ<時，； 當 θ<時，；當 θ<時，； 當 θ<π時，； 當π θ<時，； 當 θ<時，；當 θ<時，；當 θ<時，；當 θ<時，； 當 θ<2π時，；其中uz為該三次諧波信號，ua、ub、uc分別為該三相多電平變頻器的A相、B相、C相對應的該第1三相正弦調製波信號，θ為該第1三相正弦調製波信號ua的相位。
  7. 一種三相多電平變頻器，包含一調製裝置、一控制環路和複數個功率單元，該控制環路產生一第1三相正弦調製波信號，該調製裝置係電性耦接於該控制環路和該複數個功率單元，該調製裝置向該三相正弦調製波信號中注入一三次諧波信號以產生一第2三相調製波信號，並基於該第2三相調製波信號產生一脈衝寬度調變信號，將該脈衝寬度調變信號分別傳送給該複數個功率單元，該複數個功率單元根據該脈衝寬度調變信號產生複數個控制信號；其中，通過注入該三次諧波信號，在保證最高電壓利用率的條件下使該第2三相調製波信號中的任兩相的絕對值在一線電壓的峰值附近不相等，其中該三次諧波信號為分段式三次諧波信號。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之三相多電平變頻器，該調製裝置包含： 一信號注入模塊，該信號注入模塊向該第1三相正弦調製波信號中注入該三次諧波信號，並輸出該第2三相調製波信號；一移相控制模塊，係電性耦接於該信號注入模塊，該移相控制模塊接收並對該第2三相調製波信號進行載波移相調製以產生該脈衝寬度調變信號，在該線電壓的峰值附近，實時計算該第2三相調製波信號中每兩相的一絕對值之差，並將該絕對值之差與一閾值比較。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之三相多電平變頻器，當該第2三相調製波信號之其中兩相的該絕對值之差小於該閾值時，該移相控制模塊將該兩相對應的該脈衝寬度調變信號分別在一開關週期內進行移相。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之三相多電平變頻器，該兩相中一相對應的該脈衝寬度調變信號與該兩相中另一相對應的該脈衝寬度調變信號在該開關週期內的移相方向相反，且移相時間相等。
  11. 如申請專利範圍第7項所述之三相多電平變頻器，該三相多電平變頻器的三角載波變化範圍為-Um~Um，該三次諧波信號的表達式為： 當0 θ<時，； 當 θ<時，；當 θ<時，；當 θ<時，；當 θ<時，；當 θ<時，； 當 θ<2π時，；其中uz為該三次諧波信號，ua、ub、uc分別為該三相多電平變頻器的A相、B相、C相對應的該第1三相正弦調製波信號，θ為該第1三相正弦調製波信號ua的相位。
  12. 如申請專利範圍第7項所述之三相多電平變頻器，該三相多電平變頻器的三角載波變化範圍為-Um~Um，該三次諧波信號的表達式為： 當0 θ<時，； 當 θ<時，；當 θ<時，；當 θ<時，；當 θ<時，； 當 θ<π時，；當π θ<時，；當 θ<時，；當 θ<時，；當 θ<時，；當 θ<時，；當 θ<2π時，； 其中uz為該三次諧波信號，ua、ub、uc分別為該三相多電平變頻器的A相、B相、C相對應的該第1三相正弦調製波信號，θ為該第1三相正弦調製波信號ua的相位。
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