多电平电路演示

（优选）第章多电平电路当前1页，总共19页。7.1概述

PWM多电平电路的工作背景

PWM多电平电路的分类当前2页，总共19页。7.1.1PWM多电平电路的工作背景（1)由于器件和单机容量的限制，大功率电路需要由多个器件或多个单元电路通过串/并联连接实现。（2)由于高压大电流操作，电路对电网和环境的污染严重，EMI强度高。（3)高可靠性：对于电力系统和大型生产设备的电力传动系统等应用场合，故障将产生严重后果，故要求有高可靠性运行。■多电平电路泛指其输出量具有多个电平的电路（在多电平整流电

路则指其输入电流），而采用PWM控制方式的多电平电路则称为PWM多电平电路。■多电平电路的工作背景

◆大功率应用的特点◆扩容和谐波抑制的基本思想

多电平电路不依靠高开关频率来实现谐波抑制，它通过新型电路拓扑提高电路的总容量和输出电压的总电平数，并使它接近正弦，从而实现容量扩大和谐波抑制。当前3页，总共19页。

PWM多电平电路的分类多电平电路直耦式磁耦式电路构成控制方式电能变换二极管钳位电容钳位有源钳位方波电路PWM电路整流电路逆变电路直流变换电路交流变换电路多重化电路中点钳位电路混合电路耦合方式叠加方式串联叠加并联叠加当前4页，总共19页。7.2多重化方波电路多重化方波整流电路

多重化电压源方波逆变电路

当前5页，总共19页。7.2.1多重化方波整流电路◆移相30构成的串联2重联结电路

☞整流变压器二次绕组分别采用星形和三角形接法构成相位相差30、大小相等的两组电压，接到相互串联的2组整流桥。

☞因绕组接法不同，变压器一次绕组和两组二次绕组的匝比如图所示，为1:1:。

☞该电路为12脉波整流电路。补充1

移相30串联2重联结电路当前6页，总共19页。7.2.1多重化方波整流电路图7-1两重方波整流电路

a)并联电路结构b)串联电路结构c)网侧电流波形当前7页，总共19页。8/131☞其他特性如下：

√直流输出电压多重化方波整流电路☞对波形iA进行傅里叶分析，可得其基波幅值Im1和n次谐波幅值Imn分别如下：即输入电流谐波次数为12k±1，其幅值与次数成反比而降低。√功率因数(7-2)(7-3)√位移因数当前8页，总共19页。7.2.1多重化方波整流电路◆利用变压器二次绕阻接法的不同，互相错开20，可将三组桥构成串联3重联结电路

☞整流变压器采用星形三角形组合无法移相20，需采用曲折接法。

☞整流电压ud在每个电源周期内脉动18次，故此电路为18脉波整流电路。

☞交流侧输入电流谐波更少，为18k±1次（k=1,2,3…），ud的脉动也更小。☞输入位移因数和功率因数分别为：cos1=cos=0.9949cos◆将整流变压器的二次绕组移相15，可构成串联4重联结电路

☞为24脉波整流电路。

☞其交流侧输入电流谐波次为24k±1，k=1，2，3…。☞输入位移因数功率因数分别为：cos1=cos=0.9971cos当前9页，总共19页。7.2.2多重化电压源方波逆变电路■二重单相电压型逆变电路

◆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

☞两个单相的输出u1和u2是180°矩形波。☞u1和u2相位错开=60°,其中的3次谐波就错开了3×60°=180，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。■由此得出的一些结论

◆把若干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。

◆多重逆变电路有串联多重和并联多重两种方式，电压型逆变电路多用串联多重方式，电流型逆变电路多用并联多重方式。补充2

二重单相逆变电路

120°60°180°tOtOtO三次谐波三次谐波u1u2uo补充3

二重逆变电路的工作波形

当前10页，总共19页。7.3多重化PWM直流变换电路

■多相多重斩波电路

◆是在电源和负载之间接入多个结构相同的基本斩波电路而构成的。

◆相数:一个控制周期中电源侧的电流脉波数。

◆重数：负载电流脉波数。■3相3重降压斩波电路

◆电路及波形分析

☞相当于由3个降压斩波电路单元并联而成。图7-7

N=3多重化PWM单象限降压型电路

a)主电路结构b)电量波形☞总输出电流为3个斩波电路单元输出电流之和，其平均值为单元输出电流平均值的3倍，脉动频率也为3倍。当前11页，总共19页。7.3多重化PWM直流变换电路

☞总输出电流最大脉动率（电流脉动幅值与电流平均值之比）与相数的平方成反比，其总的输出电流脉动幅值变得很小，所需平波电抗器总重量大为减轻。

☞当上述电路电源公用而负载为3个独立负载时，则为3相1重斩

波电路，当电源为3个独立电源，向一个负载供电时，则为1相3重斩

波电路。☞电源电流的谐波分量比单个斩波电路时显著减小。■多相多重斩波电路还具有备用功能，各斩波电路单元可互为备用，万一某一斩波单元发生故障，其余各单元可以继续运行，使得总体的可靠性提高。当前12页，总共19页。7.4多重化PWM逆变电路

补充4

二重PWM型逆变电路

补充5

二重PWM型逆变电路输出波形

■二重化后，输出电压中所含谐波的

角频率仍可表示为nc+kr，但其

中当n为奇数时的谐波已全部被除

去，谐波的最低频率在2c附近，

相当于电路的等效载波频率提高了

一倍。

当前13页，总共19页。7.4多重化PWM逆变电路

图7-10多重化PWM电压源逆变电路

a)变压器输出方式b)直接输出方式

1—输入整流变压器2—三相不控整流电路3—驱动电路4—单相逆变电路

5—输出变压器6—N相三角形载波发生器7—单相正弦波发生器当前14页，总共19页。7.5中点钳位式逆变电路

■回顾图3-16三相电压型桥式逆变，以N’为参考点，输出相电压

有Ud/2和-Ud/2两种电平，称为两电平逆变电路。■多电平逆变电路

◆逆变器能承受更高的电压，而且相电压的波形更接近正弦波。◆常用的多电平逆变电路有中点钳位型逆变电路，飞跨电容型逆变电路，以及单元串联多电平逆变电路。◆飞跨电容型逆变电路由于要使用较多的电容，而且要控制电容上的电压，因此使用较少。

补充6

飞跨电容型三电平逆变电路

当前15页，总共19页。7.5中点钳位式逆变电路

■中点钳位型（NPC——NeutralPointClamped）逆变电路。(以三电平方波逆变电路为例进行分析）

◆电路构成☞直流滤波电容由Cd1和Cd2串联连接，Cd1=Cd2，Ud1=Ud2=Ud/2=Us，故点O'为直流电压源中点。☞每个桥臂由两个全控器件串联构成，两者都反并联了二极管。☞每个桥臂中点通过钳位二极管和直流侧中点相连。图7-17三相中点钳位式方波逆变电路

a)主电路b)～e)电量波形f)开关时序（7-37）当前16页，总共19页。7.5中点钳位式逆变电路

◆电路工作原理分析

☞控制极信号时序如图7-17b。

图7-17三相中点钳位式方波逆变电路

a)主电路b)～e)电量波形f)开关时序图7-18图7-17中各时区的等效电路当前17页，总共19页。7.5中点钳位式逆变电路

☞各相对电源中点O'电压有±Us和0三种电平——三电平电路(如图7-17c)。

☞相电压相减得到线电压(如图7-17d)。三电平逆变电路的输出线电压有±Ud、±Ud/2和0五种电平。☞与图3-16相比，NPC电路输出电压谐波相对减少。☞三电平逆变电路另