第4章 4逆变电路多重化.ppt

自动化与信工程学院电气系 --电力电子技术-- Inverter 主讲：伍文俊 第四章 逆变电路（DC-AC） * §4.5 多重逆变电路和多电平逆变电路 (Cascaded Inverter and Multilevel Inverter) 目的:改善输出波形,使其更接近于正弦波； 一、Cascaded Inverter 1.Single-phase Cascaded Inverter 思路：把两个逆变电路的输出按一定的相位差组合起来，使它们所含的某些主要谐波分量相互抵消，就可以得到较为接近正弦波的波形。 * ◆两个单相全桥逆变电路组成，输出通过变压器T1和T2串联起来。 ◆输出波形 ?u1和u2是180°矩形波。 ?u1和u2相位错开?=60°, 变压器串联合成后，3次谐波互相抵消，总输出电压中不含3次谐波。 ? uo波形是120°矩形波，含6k±1次谐波，3k次谐波都被抵消。 * n=1,3,5... n=1,3,5... * 2.Three-phase Cascaded Inverter 1)电路结构分析 ?由两个三相桥式逆变电路构成，输出通过变压器串联合成。 ?两个逆变电路均为180°导通方式。 ?工作时，逆变桥II的相位比逆变桥I滞后30°。 * * 式中，n=6k±1，k为自然数。 ?uU1的基波分量有效值为： n次谐波有效值为： 2)基本的数量关系 ?uU1傅里叶级数： ?输出相电压uUN的基波电压有效值为： * 其n次谐波有效值为: 式中，n=12k±1，k为自然数，在uUN中已不含5次、7次等谐波。 该三相电压型二重逆变电路的直流侧电流每周期脉动12次，称为12脉波逆变电路。一般来说，使m个三相桥式逆变电路的相位依次错开 运行，连同使它们输出电压合成并抵消上述相位差的变压器，就可以构成脉波数为6m的逆变电路。 * 3. Cascaded Inverter Topology 由若干个基本变换单元，例如H桥逆变器、两电平逆变器、三电平逆变器等，通过串联或并联连接而形成的单相或三相逆变器。每一个逆变单元可以输出方波或阶梯波，通过输出波形的叠加合成，形成更多电平台阶的阶梯波，以逼近正弦输出电压或电流。 独立直流电源型 * 特殊变压器隔离型 变压器隔离型 * 各个逆变器单元功率开关器件的开关频率低，在中、高压应用中无需均压电路，可避免大的du/dt所导致的电机负载绝缘等问题； 当各串联或并联连接的级联单元中有一个单元故障时，可通过把此单元短接而退出工作，其它单元仍然能够正常工作，保证系统正常运行； 使模块化变换器产品的封装，生产和制造成为可能，扩展容易。 随着变换器级联数目的增加，输出电压或电流的电平数增加，从而使得输出电压或电流波形的谐波含量减小； 特点： * 二、Multilevel Inverter 1、两电平逆变器（Two-level Inverter） * 2、三电平逆变器（Three-level Inverter） 二极管箝位三电平逆变器（Neutral Point Clamped Inverter--NPC） 1981年，由日本长冈大学教授Nabae A.等人提出。 * 特点： ?输出相电压有±Ud/2和0 三种电平，线电压有±Ud、±Ud/2和0五种电平。 ?输出电压谐波可大大少于两电平逆变电路。 ?三电平逆变电路另一突出优点：每个主开关器件承受电压为直流侧电压的一半。 * 拓展：七电平 * 飞跨电容三电平逆变器（Flying-Capacitor Inverter） 缺点：逆变器每个桥臂需要的电容数量随输出电平数增加而增加，再加上直流侧的大量电容使得系统成本高且封装困难； 优点：在电压合成方面，开关状态的选择具有更大的灵活性；由于电容的引进，可通过在同一电平上不同开关的组合，使直流侧电容电压保持均衡； --The END-- * 作业: * 三相两重逆变器波形 自动化与信工程学院电气系 --电力电子技术--