第4章4逆变电路多重化

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串联多重：多用于电压型逆变电路并联多重：多用于电流型逆变电路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。2两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。314Ud

sin

ntnn1u

234Ud

sin

n(t-

)nu

n136

5

6

7n

1

nuo

u1

u2

4U

d1

[sin

nt

sin

n(t

)]

2

3U

d

1

sin

11(t

)

1

sin

13(t

)

...]11

6

13

66(n

6k

1)sin(t

)

1

sin

5(t

)

1

sin

7(t

）n=1,3,5...n=1,3,5...42.Three-phase

Cascaded

Inverter1)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°。56

nku1

sint

n

(1)

sin

nt

2 3Ud

U1式中，n=6k±1，k为自然数。☞uU1的基波分量有效值为：dU11

0.78UU

6U

dn次谐波有效值为：UU1n6U

dn2)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：dUN1U

1.56U

2

6U

d7其n次谐波有效值为:UN1UNnnU

1

U

2

6U

dn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

/(3m)

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。83.

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。 T

a

T

b

1

1

0

k

V馈线A2

7

.5

k

V馈线B

2

7.5

k

VC

d

cC

d

cC

d

cC

d

cC

d

cC

d

cC

d

cC

d

cC

d

cC

d

cL

f

L

f

独立直流电源型9Cdc110kV馈线A

27.5kV馈线B

27.5kVTaCdcTb110kV馈线A

27.5kV馈线B

27.5kV特殊变压器隔离型变压器隔离型10特点：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；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。11二、Multilevel

Inverter1、两电平逆变器（Two-level

Inverter）jn2u

2(j

u,v,w)

U

Ud

,上桥臂导通

d

,下桥臂导通122、三电平逆变器（Three-level

Inverter）二极管箝位三电平逆变器（Neutral

Point

ClampedInverter--NPC）1981年，由日本长冈大学教授Nabae

A.等人提出。kN22

Ud

,u

0,(j

1,

2,3;k=u,v,w)

U

d

,VTj1,VTj2导通，VTj3,VTj4关断;VTj2

,VTj3导通，VTj1,VTj4关断;VTj3,VTj4导通，VTj1,VTj2关断.13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。14拓展：七电平15飞跨电容三电平逆变器（Flying-CapacitorInverter）优点：在电压合