電力電子技術(shù)chapter4-1ppt課件

1、安徽省高等學(xué)校精品課程合肥工業(yè)大學(xué)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院 張興1234概述概述 電壓型逆變器電壓型逆變器VSIVSI） 空間矢量空間矢量PWMPWM控制控制 基本內(nèi)容電流型逆變器電流型逆變器 DC-AC變換器是指能將一定幅值的直流輸入電壓或電流變換器是指能將一定幅值的直流輸入電壓或電流變換成一定幅值、一定頻率的交流輸出電壓或電流），變換成一定幅值、一定頻率的交流輸出電壓或電流），并向無源負(fù)載如電機(jī)、電爐、或其它用電器等供電的并向無源負(fù)載如電機(jī)、電爐、或其它用電器等供電的電力電子裝置。電力電子裝置。 DC-AC變換器又稱為無源逆變電路，常簡(jiǎn)稱作逆變器變換器又稱為無源逆變電路，常簡(jiǎn)稱作逆變器Inve

2、rter）。）。 能把一定幅值的直流輸入電壓或電流變換成一定幅值、能把一定幅值的直流輸入電壓或電流變換成一定幅值、一定頻率的交流輸出電壓或電流），并向電網(wǎng)供電的電一定頻率的交流輸出電壓或電流），并向電網(wǎng)供電的電力電子裝置稱為有源逆變電路力電子裝置稱為有源逆變電路,習(xí)慣作為整流器電路的饋能習(xí)慣作為整流器電路的饋能運(yùn)行來討論運(yùn)行來討論 本章將只討論無源逆變電路本章將只討論無源逆變電路逆變器。逆變器。 4.1 概述 在工程與民用鄰域,逆變器具有廣泛的應(yīng)用，如： 電氣傳動(dòng)中的變頻器、熱處理中的感應(yīng)加熱電源、通訊與辦公系統(tǒng)中的不間斷電源UPS）、特種電源中的電鍍電源和焊接電源、風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)中的逆變電源等

3、。 可見，逆變器是一種將直流電能變換為交流電能并向無源負(fù)載供電的重要電力電子電路 重點(diǎn)學(xué)習(xí)內(nèi)容: 逆變器的電路結(jié)構(gòu)、分類及主要性能指標(biāo)。 逆變器的三種基本變換方式方波變換、階梯波變換、正弦波變換。 方波逆變器的基本電路及其特點(diǎn)。4.1 概述 重點(diǎn)學(xué)習(xí)內(nèi)容: 逆變器的電路結(jié)構(gòu)、分類及主要性能指標(biāo)。 逆變器的三種基本變換方式方波變換、階梯波變換、正弦波變換。 方波逆變器的基本電路及其特點(diǎn)。 階梯波逆變器的基本電路及其特點(diǎn)。 正弦波逆變器及其SPWM控制。 空間矢量PWM控制的基本問題原理、矢量分布、矢量合成。 back Next4.1 概述4.1.1 逆變器的基本原理 如何完成直流交流這一變換呢？

4、 考慮采用開關(guān)切換的方式將直流量變換成交流量 完成直流電壓變換的逆變器稱為電壓型逆變器 完成直流電流變換的逆變器則稱為電流型逆變器。 圖4-1a所示電壓型逆變器直流側(cè)采用足夠容量的電容濾波，因此直流側(cè)電壓基本不變 逆變器的輸出電壓為幅值與直流電壓幅值相等的方波電壓，其輸出電流波形取決于負(fù)載對(duì)方波電壓的響應(yīng) 若考慮到負(fù)載的無功緩沖，則圖4-1a中的開關(guān)管必須具有電流雙向流通的能力，為此可采用單向功率管反向并聯(lián)續(xù)流二極管的組合來實(shí)現(xiàn)開關(guān)管的電流雙向流通特性4.1.1 逆變器的基本原理 圖4-1b所示電流型逆變器直流側(cè)采用足夠容量的電感濾波，因此直流側(cè)電流基本不變 逆變器的輸出電流為幅值與直流電流幅

5、值相等的方波電流，其輸出電壓波形取決于負(fù)載對(duì)方波電流的響應(yīng) 若考慮到直流電流的單向性以及負(fù)載的無功緩沖，則圖4-1b中的開關(guān)管必須具有電流反相阻斷的能力，考慮到常規(guī)功率管弱的反向阻斷特性，為此可采用單向功率管順向串聯(lián)二極管的組合來實(shí)現(xiàn)開關(guān)管的反相電流阻斷特性。 4.1.1 逆變器的基本原理 以圖4-2a所示的單相電壓型全橋逆變器原理電路來討論逆變器的基本原理。 圖4-2a中，當(dāng)功率管VT1VD1和VT4VD4導(dǎo)通而VT2VD2和VT3VD3關(guān)斷時(shí)，輸出電壓為正的方波電壓；當(dāng)功率管VT2VD2和VT3VD3導(dǎo)通而VT1VD1和VT4VD4關(guān)斷時(shí)，輸出電壓為負(fù)的方波電壓。 單相全橋電路的輸出波形如

6、圖4-2b所示，顯然，輸出的正、負(fù)方波電壓幅值相等 若使輸出的正、負(fù)方波電壓寬度相等，則輸出電壓的正、負(fù)半周的面積相等，從而實(shí)現(xiàn)了直流電壓到交流電壓的變換，這就是實(shí)現(xiàn)逆變器的基本思路。4.1.1 逆變器的基本原理實(shí)現(xiàn)DC-AC變換功能的逆變器有那些變換方式呢？ 方波變換方式方波變換方式 方波變換方式是實(shí)現(xiàn)方波變換方式是實(shí)現(xiàn)DC-AC最簡(jiǎn)單的變換最簡(jiǎn)單的變換方式，一般而言，方波變換時(shí)逆變器的交方式，一般而言，方波變換時(shí)逆變器的交流輸出有兩種基本調(diào)制方式：脈沖幅值調(diào)流輸出有兩種基本調(diào)制方式：脈沖幅值調(diào)制制PAMPluse Amplitude Modulation和單脈沖調(diào)制和單脈沖調(diào)制SPMSin

7、gle Pluse Modulation）。）。 脈沖幅值調(diào)制脈沖幅值調(diào)制PAM是指：逆變器的輸是指：逆變器的輸出頻率可由出頻率可由180方波如圖方波如圖4-3a所示或所示或120方波如圖方波如圖4-3b所示的周期來控制所示的周期來控制如圖如圖4-3c所示），而逆變器輸出基波的所示），而逆變器輸出基波的幅值則由輸出方波的幅值即逆變器直流側(cè)幅值則由輸出方波的幅值即逆變器直流側(cè)電壓或電流的幅值來控制，如圖電壓或電流的幅值來控制，如圖4-3d所示。所示。 顯然，采用顯然，采用PAM控制方式時(shí)，其方波的導(dǎo)控制方式時(shí)，其方波的導(dǎo)通角恒定通角恒定180方波或方波或120方波）。方波）。4.1.1 逆變器的

8、基本原理 方波變換方式方波變換方式 單脈沖調(diào)制單脈沖調(diào)制SPM是指：逆變器是指：逆變器的輸出頻率仍由方波的周期來控制，的輸出頻率仍由方波的周期來控制，而逆變器輸出基波的幅值則由逆變而逆變器輸出基波的幅值則由逆變器輸出方波的導(dǎo)通角進(jìn)行控制，即器輸出方波的導(dǎo)通角進(jìn)行控制，即可使導(dǎo)通角在可使導(dǎo)通角在0180范圍調(diào)節(jié)，范圍調(diào)節(jié)，逆變器的輸出波形如圖逆變器的輸出波形如圖4-3e所示。所示。 顯然，采用顯然，采用SPM控制方式時(shí)，逆變控制方式時(shí)，逆變器輸出方波的幅值即逆變器直流側(cè)器輸出方波的幅值即逆變器直流側(cè)電壓或電流的幅值恒定。電壓或電流的幅值恒定。4.1.1 逆變器的基本原理4.1.1 逆變器的基本原

9、理 方波變換方式方波變換方式 采用采用SPM變換方式時(shí)，由于逆變器輸出方波的幅值一定，因此變換方式時(shí)，由于逆變器輸出方波的幅值一定，因此逆變器直流側(cè)可采用較為簡(jiǎn)單的不變幅值的直流電源整流輸入逆變器直流側(cè)可采用較為簡(jiǎn)單的不變幅值的直流電源整流輸入方式如二極管整流電路）。方式如二極管整流電路）。 但是但是SPM方式由于需要調(diào)節(jié)方波的導(dǎo)通角，因而需要采用快速方式由于需要調(diào)節(jié)方波的導(dǎo)通角，因而需要采用快速功率元件如功率元件如IGBT等）等） PAM方式由于需要控制逆變器輸出方波的幅值，因此逆變器直方式由于需要控制逆變器輸出方波的幅值，因此逆變器直流側(cè)必須采用可變幅值的直流電源整流輸入方式如采用相控流側(cè)

10、必須采用可變幅值的直流電源整流輸入方式如采用相控整流電源），因而直流側(cè)電路與控制相對(duì)復(fù)雜。整流電源），因而直流側(cè)電路與控制相對(duì)復(fù)雜。 但是但是PAM方式由于輸出方波的導(dǎo)電角恒定，因此無需采用快速方式由于輸出方波的導(dǎo)電角恒定，因此無需采用快速的全控型功率元件如的全控型功率元件如IGBT等）等） 階梯波變換方式階梯波變換方式 采用方波變換方式時(shí)，雖然逆變器的控制較為簡(jiǎn)單，但交流輸采用方波變換方式時(shí)，雖然逆變器的控制較為簡(jiǎn)單，但交流輸出諧波較大。出諧波較大。 研究表明：對(duì)于研究表明：對(duì)于180方波變換方式，其輸出波形的諧波總畸變方波變換方式，其輸出波形的諧波總畸變率率THD 約為約為48，而對(duì)于，而

11、對(duì)于120方波變換方式，其輸出波形的方波變換方式，其輸出波形的諧波總畸變率諧波總畸變率THD約為約為30。 為何為何120方波變換方式的輸出波形的方波變換方式的輸出波形的THD比比180方波變換方式方波變換方式的的輸出波形的的的輸出波形的THD要低呢？要低呢？ 因此，為減少因此，為減少DC-AC變換時(shí)的交流輸出諧波，可以考慮采用方變換時(shí)的交流輸出諧波，可以考慮采用方波變換疊加以增加輸出交流波形的輸出電平數(shù)波變換疊加以增加輸出交流波形的輸出電平數(shù) 。 THDTotal Harmonic Distortion，衡量，衡量諧波含量的重要指標(biāo)諧波含量的重要指標(biāo)4.1.1 逆變器的基本原理4.1.1 逆

12、變器的基本原理 階梯波變換方式階梯波變換方式 由于這種多電平輸出的交流波由于這種多電平輸出的交流波形形似階梯波形，因此采用方形形似階梯波形，因此采用方波疊加的波疊加的DC-AC變換方式成為變換方式成為交流階梯波變換，如圖交流階梯波變換，如圖4-4a所示。所示。 4-4a所示的交流階梯波是由三組所示的交流階梯波是由三組采用方波變換的疊加組合而成，采用方波變換的疊加組合而成，該階梯波的該階梯波的THD為為9.48%，遠(yuǎn)低，遠(yuǎn)低于于120和和180方波變換時(shí)的方波變換時(shí)的THD。 實(shí)現(xiàn)這種交流階梯波變換的原實(shí)現(xiàn)這種交流階梯波變換的原理電路如圖理電路如圖4-4b所示所示分相疊分相疊加的組合逆變器結(jié)構(gòu)，

13、通過多加的組合逆變器結(jié)構(gòu)，通過多組采用方波變換的逆變器進(jìn)行組采用方波變換的逆變器進(jìn)行移相疊加組合移相疊加組合 4.1.1 逆變器的基本原理 階梯波變換方式階梯波變換方式 由于這種多電平輸出的交由于這種多電平輸出的交流波形形似階梯波形，因流波形形似階梯波形，因此也可采用基于全橋基本此也可采用基于全橋基本單元疊加的級(jí)連型多電平單元疊加的級(jí)連型多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如下圖。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如下圖。 基于全橋基本單元疊加的級(jí)連型多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)4.1.1 逆變器的基本原理 斬控調(diào)制方式斬控調(diào)制方式 脈沖寬度調(diào)制脈沖寬度調(diào)制PWM）：）： 在一定的開關(guān)調(diào)制頻率在一定的開關(guān)調(diào)制頻率條件下，調(diào)制脈沖的幅值條件下，調(diào)制脈沖

14、的幅值恒定，而調(diào)制脈沖的寬度恒定，而調(diào)制脈沖的寬度可調(diào)。若調(diào)制脈沖的寬度可調(diào)。若調(diào)制脈沖的寬度按正弦分布，則稱之為正按正弦分布，則稱之為正弦脈沖寬度調(diào)制弦脈沖寬度調(diào)制SPWM），基于），基于SPWM控制的逆變器輸出波形如控制的逆變器輸出波形如圖圖4-5a所示。所示。4.1.1 逆變器的基本原理 斬控調(diào)制方式斬控調(diào)制方式 脈沖頻率調(diào)制脈沖頻率調(diào)制PFM）：）： 這種控制方式是指調(diào)制這種控制方式是指調(diào)制脈沖寬度和幅值固定不變，脈沖寬度和幅值固定不變，而脈沖調(diào)制頻率可調(diào)。基而脈沖調(diào)制頻率可調(diào)。基于于PFM控制的逆變器輸出控制的逆變器輸出波形如圖波形如圖4-5b所示。所示。PFM控制方式由于需要很寬的

15、控制方式由于需要很寬的開關(guān)頻率變化范圍，考慮開關(guān)頻率變化范圍，考慮到輸出濾波器設(shè)計(jì)的困難，到輸出濾波器設(shè)計(jì)的困難，因此在逆變器中一般較少因此在逆變器中一般較少采用。采用。 4.1.2 逆變器的分類 按直流側(cè)儲(chǔ)能元件的性質(zhì)，逆變器可分為電壓型逆變器VSIVoltage Source Inverter和電流型逆變器CSICurrent Source Inverter）。 逆變器中直流側(cè)必須設(shè)置儲(chǔ)能元件，如電感元件和電容元件。 儲(chǔ)能元件的作用： 直流側(cè)的濾波作用； 緩沖負(fù)載的無功能量。 當(dāng)逆變器直流側(cè)設(shè)置電容元件且電容容量足夠大時(shí)，此時(shí)由于直流側(cè)的低輸出阻抗，因而呈現(xiàn)出電壓源特性 當(dāng)逆變器直流側(cè)設(shè)置

16、電感元件且電感值足夠大時(shí)，此時(shí)由于直流側(cè)的高輸出阻抗，因而呈現(xiàn)出電流源特性。 4.1.2 逆變器的分類 按逆變器輸出波形的不同，逆變器可分為方波逆變器、階梯波逆變器、以及正弦波逆變器等。 方波逆變器常采用脈沖幅值調(diào)制PAM控制 階梯波逆變器常采用移相疊加控制或多電平控制 正弦波逆變器則常采用脈沖寬度調(diào)制PWM控制 按逆變器功率電路結(jié)構(gòu)形式的不同，逆變器可分為半橋逆變器、全橋逆變器、推挽式逆變器等。 按逆變器功率電路的功率器件的不同，逆變器可分為半控型逆變器和全控型逆變器。 半控型逆變器功率電路的功率器件采用半控型功率器件 全控型逆變器功率電路的功率器件采用全控型功率器件 4.1.2 逆變器的分

17、類 按逆變器輸出頻率的不同，逆變器可分為工頻逆變器、中頻逆變器以及高頻逆變器。 按逆變器輸出交流電的相數(shù)的不同，逆變器可分為單相逆變器、三相逆變器以及多相逆變器。 按逆變器輸入、輸出是否隔離，逆變器可分為隔離型逆變器和非隔離型逆變器。其中隔離型逆變器又可分為低頻隔離型逆變器和高頻隔離型逆變器兩類。 按逆變器輸出電平的不同，逆變器可分為兩電平逆變器和多電平逆變器。4.1.3 逆變器的性能指標(biāo)1逆變器的輸出波形性能指標(biāo) 諧波系數(shù)HFHarmonic Factor）:表征實(shí)際波形中第n次諧波與基波相比的相對(duì)值。第n次諧波系數(shù)HFn定義為第n次諧波分量有效值Un與基波分量有效值U1之比，即 總諧波畸變

18、系數(shù)THDTotal Harmonic Distortion Factor）表征實(shí)際波形同基波分量的接近程度?？傊C波畸變系數(shù)THD定義為各次諧波分量有效值Unn=2、3）平方之和的開方與基波分量有效值U1之比，即1UUHFn213 , 2211 nnUUTHD對(duì)于理想正弦波而言，其THD為零。 4.1.3 逆變器的性能指標(biāo)1逆變器的輸出波形性能指標(biāo) 畸變系數(shù)DFDistortion Factor）表征一個(gè)實(shí)際波形中諧波分量對(duì)波形畸變的影響程度 。DF定義為：考察第n次諧波對(duì)波形畸變的影響程度，可定義第n次諧波的畸變系數(shù)DFn為 最低次諧波LOHLowest-Order Harmonic）213

19、 , 2221n1 nnUUDF21nUUDFnn4.1.3 逆變器的性能指標(biāo)2其它主要性能指標(biāo) 額定容量 逆變效率 輸出頻率精度 功率密度 輸出直流分量 過載能力 短路能力 允許輸入電壓 輸出電壓精度 負(fù)載功率因數(shù) 平均無故障間隔時(shí)間MTBF）4.2 電壓型逆變器VSI） 電壓型逆變器的直流側(cè)以電容為能量緩沖元件，從而使其直流側(cè)呈現(xiàn)出電壓源特性。電壓型逆變器有以下主要特點(diǎn)：直流側(cè)有足夠大的儲(chǔ)能電容元件，直流側(cè)呈現(xiàn)出電壓源特性。逆變器輸出電壓波形為方波或方波脈沖，該波形與負(fù)載無關(guān)。逆變器輸出的電流波形則取決于負(fù)載，且輸出電流的相位隨負(fù)載功率因數(shù)的變化而變化。逆變器輸出電壓的控制可以通過PAM

20、和PWM來實(shí)現(xiàn)。依據(jù)電壓型逆變器的控制方式和結(jié)構(gòu)的不同，電壓型逆變器主要可分為方波型、階梯波型、正弦波型PWM型三類。4.2.1 電壓型方波逆變器 按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的不同可分為多種結(jié)構(gòu)，主要包括：?jiǎn)蜗嗳珮蚰孀兤鲉蜗喟霕蚰孀兤魍仆焓侥孀兤魅鄻蚴侥孀兤靼此捎霉β势骷牟煌譃椋喊肟匦腿匦陀捎陔妷盒湍孀兤饕演^少采用基于晶閘管的半控型結(jié)構(gòu)，因此，以下將只討論全控型電壓型逆變器。 電壓型單相方波逆變器以不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可分為電壓型單相全橋逆變器、電壓型單相半橋逆變器以及帶中心抽頭變壓器的電壓型單相推挽式逆變器等。1 電壓型單相全橋方波逆變器 該逆變器由四個(gè)橋臂構(gòu)成。這種電壓型單相全橋方波逆變器的輸出波形控

21、制主要有脈沖幅值調(diào)制PAM和單脈沖調(diào)制SPM兩類，而單脈沖調(diào)制又包含對(duì)稱單脈沖調(diào)制和移相單脈沖調(diào)制。 4.2.1.1 電壓型單相方波逆變器 上橋臂下橋臂4.2.1.1 電壓型單相方波逆變器 1)脈沖幅值調(diào)制主電路的四個(gè)功率管采用180互補(bǔ)控制模式逆變器輸出的電壓為180導(dǎo)電的交流方波電壓其方波電壓幅值即為逆變器的直流電壓幅值，其互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)信號(hào)與輸出波形如圖4-7所示。 功率管的實(shí)際導(dǎo)通角則與負(fù)載電功率管的實(shí)際導(dǎo)通角則與負(fù)載電流電壓相位角有關(guān)。流電壓相位角有關(guān)。 4.2.1.1 電壓型單相方波逆變器 4.2.1.1 電壓型單相方波逆變器 4.2.1.1 電壓型單相方波逆變器 1)脈沖幅值調(diào)制 若令

22、逆變器輸出電壓有效值為Uab而瞬時(shí)值為uab，則Uab、uab分別為：輸出基波電壓的有效值U1為: 改變方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)周期即可改變交流輸出電壓頻率對(duì)于PAM控制方式，逆變器輸出電壓的基波幅值則由直流電壓進(jìn)行控制，因而需要設(shè)置可控整流電源，因而PAM控制方式在電壓型逆變器中運(yùn)用不多，而在基于晶閘管的電流型逆變器中運(yùn)用較多 d21202dsabsd2UtUTUT（4-5） , 5 , 3 , 1dabsin4)(ntnnUtu（4-6） dd19 . 024UUU（4-7） 4.2.1.1 電壓型單相方波逆變器 2) 對(duì)稱單脈沖調(diào)制特點(diǎn)：每半個(gè)輸出周期對(duì)稱改變一次逆變器的開關(guān)狀態(tài)，并通過調(diào)整方波脈沖

23、的寬度來控制逆變器輸出電壓的基波大小，相關(guān)波形如圖4-8所示。(對(duì)于電阻性負(fù)載 ) 4.2.1.1 電壓型單相方波逆變器 2) 對(duì)稱單脈沖調(diào)制要改變輸出電壓的基波幅值，只需改變其中矩形調(diào)制波幅值Urm的大小，而三角載波的幅值Ucm則固定不變。 改變矩形調(diào)制波的幅值大小就可以線性改變功率管驅(qū)動(dòng)信號(hào)的寬度，從而改變輸出方波電壓的寬度，即改變輸出電壓的基波幅值若需改變輸出電壓的頻率，則只要同步改變?nèi)禽d波和矩形調(diào)制波的周期Ts即可 4.2.1.1 電壓型單相方波逆變器 2) 對(duì)稱單脈沖調(diào)制輸出方波電壓的寬度為 : M為調(diào)制系數(shù)，且定義MUrm/Ucm。rmcmUMU（4-8） )(d22d2)(2)

24、(2dabUtUU（4-9） 顯然，M1， 。根據(jù)傅立葉分析，對(duì)于圖4-8所定義的時(shí)間坐標(biāo)原點(diǎn)，寬度為的方波電壓有效值Uab和瞬時(shí)值uab分別為tnnnUtunnsin) 1(2sin4)(, 5 , 3 , 121dab （4-10） 4.2.1.1 電壓型單相方波逆變器 2) 對(duì)稱單脈沖調(diào)制n次諧波電壓幅值Unm和基波電壓幅值U1m分別為 )7 , 5 , 3(2sin4dnmnnnUU（4-11） 2sin4d1mUU（4-12）進(jìn)一步分析表明：對(duì)稱單脈沖調(diào)制時(shí)，改變方波寬度可以有效地控制逆變器輸出電壓基波的大小，但不能有效地抑制輸出電壓的諧波。例如：當(dāng)2/3時(shí)，三次諧波幅值為零，即不存

25、在三次諧波；而當(dāng)時(shí)，三次諧波幅值則為基波幅值的33。對(duì)稱單脈沖無法在感性負(fù)載上實(shí)現(xiàn)，因?yàn)闃虮劾m(xù)流二極管的續(xù)流！ 4.2.1.1 電壓型單相方波逆變器 3移相單脈沖調(diào)制特點(diǎn)：為實(shí)現(xiàn)對(duì)感性負(fù)載的驅(qū)動(dòng)，可使單相全橋逆變器四個(gè)功率管驅(qū)動(dòng)信號(hào)均為180方波，并且負(fù)載一端上下橋臂的驅(qū)動(dòng)信號(hào)相位固定，而負(fù)載另一端上下橋臂的驅(qū)動(dòng)信號(hào)相位可移動(dòng)。一般稱驅(qū)動(dòng)信號(hào)相位固定的橋臂為超前橋臂，稱驅(qū)動(dòng)信號(hào)可移相的橋臂為滯后橋臂。調(diào)節(jié)超前橋臂與滯后橋臂間的相角，就可以調(diào)節(jié)單相全橋逆變器的輸出方波寬度，從而控制逆變器輸出電壓的基波幅值。圖4-9移相單脈沖調(diào)制時(shí)驅(qū)動(dòng)信號(hào)與輸出波形tuG10tuG20tuG30tuG402. 電

26、壓型單相半橋方波逆變器電壓型單相半橋方波逆變器 對(duì)于一定直流側(cè)電壓且采用單脈沖調(diào)制的電壓型單對(duì)于一定直流側(cè)電壓且采用單脈沖調(diào)制的電壓型單相全橋逆變器，當(dāng)需要逆變器在較低的輸出交流相全橋逆變器，當(dāng)需要逆變器在較低的輸出交流電壓范圍運(yùn)行時(shí)，其輸出方波脈沖相對(duì)較窄電壓范圍運(yùn)行時(shí)，其輸出方波脈沖相對(duì)較窄這種情況下，一方面輸出脈沖的調(diào)節(jié)范圍會(huì)變小，這種情況下，一方面輸出脈沖的調(diào)節(jié)范圍會(huì)變小，另一方面逆變器輸出的諧波分量將變大。另一方面逆變器輸出的諧波分量將變大。造成上述情況的原因主要是由于電壓型單相全橋逆造成上述情況的原因主要是由于電壓型單相全橋逆變器工作時(shí)，其輸出的方波電壓幅值總是等于直變器工作時(shí)，其

27、輸出的方波電壓幅值總是等于直流電壓幅值，因此若要輸出較低的交流電壓，則流電壓幅值，因此若要輸出較低的交流電壓，則必然使輸出方波的寬度調(diào)窄必然使輸出方波的寬度調(diào)窄那么一定的直流側(cè)電壓條件下，如何改善較低交流那么一定的直流側(cè)電壓條件下，如何改善較低交流電壓輸出時(shí)電壓型單相逆變器的性能呢？電壓輸出時(shí)電壓型單相逆變器的性能呢？4.2.1.1 電壓型單相方波逆變器 2. 電壓型單相半橋方波逆變器電壓型單相半橋方波逆變器 為此，可考慮降低逆變器輸出方波電壓的電壓幅值以為此，可考慮降低逆變器輸出方波電壓的電壓幅值以使輸出方波電壓的脈沖寬度變寬。使輸出方波電壓的脈沖寬度變寬。但是要在不降低逆變器直流電壓且采用

28、單脈沖控制的但是要在不降低逆變器直流電壓且采用單脈沖控制的條件下，適當(dāng)降低逆變器輸出方波電壓的電壓幅條件下，適當(dāng)降低逆變器輸出方波電壓的電壓幅值，則必須對(duì)電壓型單相全橋方波逆變器的電路值，則必須對(duì)電壓型單相全橋方波逆變器的電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造。結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造。將逆變器的直流電壓分解為兩個(gè)相等的電壓源串聯(lián)，將逆變器的直流電壓分解為兩個(gè)相等的電壓源串聯(lián)，并將串聯(lián)電壓源的電壓中心點(diǎn)與負(fù)載一端相連，并將串聯(lián)電壓源的電壓中心點(diǎn)與負(fù)載一端相連，而負(fù)載的另一端與橋臂支路的輸出端相連，這種而負(fù)載的另一端與橋臂支路的輸出端相連，這種只有一相橋臂支路的電壓型單相逆變器稱為電壓只有一相橋臂支路的電壓型單相逆變器稱為電壓型

29、單相半橋逆變器型單相半橋逆變器電路結(jié)構(gòu)和采用電路結(jié)構(gòu)和采用180導(dǎo)電的交流方波調(diào)制時(shí)的相關(guān)波導(dǎo)電的交流方波調(diào)制時(shí)的相關(guān)波形如圖形如圖4-10所示。所示。4.2.1.1 電壓型單相方波逆變器 4.2.1.1 電壓型單相方波逆變器 2. 電壓型單相半橋方波逆變器電壓型單相半橋方波逆變器 在在0tTs/2期間，期間，VT1得到驅(qū)動(dòng)，得到驅(qū)動(dòng)，VT2截止，逆變器的輸出電截止，逆變器的輸出電壓壓uanUd/2 ； 在在Ts/2tTs期間，期間，VT2得到驅(qū)得到驅(qū)動(dòng)，動(dòng)，VT1截止，逆變器的輸截止，逆變器的輸出電壓出電壓uanUd/2 在直流側(cè)電壓相同的情況下，電在直流側(cè)電壓相同的情況下，電壓型單相半橋逆

30、變器輸出方壓型單相半橋逆變器輸出方波電壓的幅值只有電壓型單波電壓的幅值只有電壓型單相全橋逆變器輸出方波電壓相全橋逆變器輸出方波電壓的一半。的一半。 4.2.1.1 電壓型單相方波逆變器 電壓型單相半橋方波逆變器與電壓型單相全橋方波逆變器相比 :少用了一半的功率器件當(dāng)直流側(cè)電壓相等時(shí)，180調(diào)制時(shí)的輸出電壓有效值Uan、瞬時(shí)值uan以及輸出基波分量的有效值U1均降低了一半在直流側(cè)電壓和輸出功率相等條件下，功率器件的耐壓值比全橋逆變器功率器件的耐壓值相等，但電流定額比全橋逆變器功率器件的電流定額提高一倍適合于“高電壓輸入且“低電壓輸出的變流應(yīng)用場(chǎng)合 由于只有一相橋臂，單相半橋方波由于只有一相橋臂，

31、單相半橋方波逆變器無法采用移相單脈沖調(diào)制！逆變器無法采用移相單脈沖調(diào)制！4.2.1.1 電壓型單相方波逆變器 3. 帶中心抽頭變壓器的電壓型單相推帶中心抽頭變壓器的電壓型單相推挽式方波逆變器挽式方波逆變器 電壓型單相半橋方波逆變器較適合于電壓型單相半橋方波逆變器較適合于“高電壓輸入且高電壓輸入且“低電壓輸出低電壓輸出的變流應(yīng)用場(chǎng)合。的變流應(yīng)用場(chǎng)合。若實(shí)際應(yīng)用是要求逆變器與輸出負(fù)載若實(shí)際應(yīng)用是要求逆變器與輸出負(fù)載隔離或者負(fù)載電壓與逆變器直流隔離或者負(fù)載電壓與逆變器直流電壓的幅值相差較大時(shí)，如何設(shè)電壓的幅值相差較大時(shí)，如何設(shè)計(jì)出滿足要求的電壓型單相逆變計(jì)出滿足要求的電壓型單相逆變器電路呢？器電路呢

32、？圖圖4-11所示的帶中心抽頭變壓器的電所示的帶中心抽頭變壓器的電壓型單相推挽式逆變器電路就能壓型單相推挽式逆變器電路就能滿足這一要求。滿足這一要求。圖4-11帶中心抽頭變壓器的電壓型單相推挽式方波逆變器電路與單相全橋方波逆變器相比，帶中心抽頭變壓與單相全橋方波逆變器相比，帶中心抽頭變壓器的電壓型單相推挽式方波逆變器器件少用了器的電壓型單相推挽式方波逆變器器件少用了一倍，但在直流側(cè)電壓相同的情況下其開關(guān)管一倍，但在直流側(cè)電壓相同的情況下其開關(guān)管耐壓卻要高出一倍！耐壓卻要高出一倍！4.2.1.2 電壓型三相橋式方波逆變器 方波調(diào)制是DC-AC變換最簡(jiǎn)單的一種控制方式。若以圖4-12所示的逆變器直

33、流電壓中心點(diǎn)為電位參考點(diǎn)，控制相應(yīng)的功率管使逆變器各相輸出相位互差120的交流方波電壓，即可實(shí)現(xiàn)電壓型三相DC-AC的變換。逆變器每相的方波變換可采用180導(dǎo)電方式和120導(dǎo)電方式 。 圖4-12電壓型三相橋式逆變器電路結(jié)構(gòu) 電壓型三相橋式方波逆變器電壓型三相橋式方波逆變器4.2.1.2 電壓型三相橋式方波逆變器 180導(dǎo)電方式有以下特征：導(dǎo)電方式有以下特征：每相的上下橋臂均采用每相的上下橋臂均采用180互補(bǔ)控制模式?；パa(bǔ)控制模式。相鄰相的橋臂驅(qū)動(dòng)信號(hào)相位互差相鄰相的橋臂驅(qū)動(dòng)信號(hào)相位互差120任何時(shí)刻有且只有三個(gè)橋臂導(dǎo)電，或兩個(gè)上橋任何時(shí)刻有且只有三個(gè)橋臂導(dǎo)電，或兩個(gè)上橋臂一個(gè)下橋臂導(dǎo)電，或一

34、個(gè)上橋臂兩個(gè)下臂一個(gè)下橋臂導(dǎo)電，或一個(gè)上橋臂兩個(gè)下橋臂導(dǎo)電橋臂導(dǎo)電圖4-13電壓型三相橋式逆變器180導(dǎo)電方式時(shí)的相關(guān)波形按圖所標(biāo)功率器件的序號(hào)，相鄰序號(hào)的功率管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)相位互差60180導(dǎo)電方式4.2.1.2 電壓型三相橋式方波逆變器 180導(dǎo)電方式方式有以下特征：導(dǎo)電方式方式有以下特征：若逆變器直流側(cè)電壓為若逆變器直流側(cè)電壓為Ud，當(dāng)負(fù)載為星形對(duì)，當(dāng)負(fù)載為星形對(duì)稱負(fù)載時(shí)，則逆變器輸出相電壓波形為交流稱負(fù)載時(shí)，則逆變器輸出相電壓波形為交流六階梯波波形六階梯波波形相電壓波形每間隔相電壓波形每間隔60就發(fā)生一次電平的突就發(fā)生一次電平的突變，且電平取值分別為變，且電平取值分別為Ud/3、2Ud/

35、3若逆變器直流側(cè)電壓為若逆變器直流側(cè)電壓為Ud，則逆變器輸出線，則逆變器輸出線電壓波形為電壓波形為120導(dǎo)電的交流方波波形，其方導(dǎo)電的交流方波波形，其方波幅值為波幅值為Ud 。圖4-13電壓型三相橋式逆變器180導(dǎo)電方式時(shí)的相關(guān)波形4.2.1.2 電壓型三相橋式方波逆變器 對(duì)于對(duì)于180導(dǎo)電方式的電壓型三相橋式逆變器電路，總共有導(dǎo)電方式的電壓型三相橋式逆變器電路，總共有238個(gè)個(gè)開關(guān)模式開關(guān)模式去除三個(gè)上橋臂全通和三個(gè)下橋臂全通這兩個(gè)零電壓開關(guān)模式，則去除三個(gè)上橋臂全通和三個(gè)下橋臂全通這兩個(gè)零電壓開關(guān)模式，則采用采用180導(dǎo)電方式的三相橋式方波逆變器共有六個(gè)非零電壓開關(guān)模導(dǎo)電方式的三相橋式方波

36、逆變器共有六個(gè)非零電壓開關(guān)模式式對(duì)應(yīng)每個(gè)非零電壓開關(guān)模式的逆變器等值電路及其輸出電壓如下表對(duì)應(yīng)每個(gè)非零電壓開關(guān)模式的逆變器等值電路及其輸出電壓如下表所示。所示。4.2.1.2 電壓型三相橋式方波逆變器 考慮180導(dǎo)電方式的電壓型三相橋式逆變器的相電壓波形，該波形為交流六階梯波波形。如果取時(shí)間坐標(biāo)為相電壓階梯波的起點(diǎn)，并利用傅立葉分析，則不難求得逆變器輸出a相電壓的瞬時(shí)值uan為圖4-13電壓型三相橋式逆變器180導(dǎo)電方式時(shí)的相關(guān)波形)13sin13111sin1117sin715sin51(sin2)(dan tttttUtu（4-13）4.2.1.2 電壓型三相橋式方波逆變器 從式4-13分

37、析可知， 顯然，180導(dǎo)電方式的電壓型三相橋式逆變器的輸出相電壓波形中不含偶次和3次諧波，而只含有5次及5次以上的奇次諧波6K1)，且諧波幅值與諧波次數(shù)成反比其中相電壓基波幅值Uan1m為 tttttUtu13sin13111sin1117sin715sin51sin2)(dandanlm2UU（4-14） 4.2.1.2 電壓型三相橋式方波逆變器 另外，考慮180導(dǎo)電方式時(shí)的電壓型三相橋式逆變器的線電壓波形，該波形為120的交流方波波形。如果取時(shí)間坐標(biāo)為線電壓零電平的中點(diǎn)，并利用傅立葉分析，則不難求得逆變器輸出線電壓的瞬時(shí)值uab為圖4-13電壓型三相橋式逆變器180導(dǎo)電方式時(shí)的相關(guān)波形)1

38、3sin13111sin1117sin715sin51(sin32)(dab tttttUtu（4-15）4.2.1.2 電壓型三相橋式方波逆變器 從式4-15分析可知， 180導(dǎo)電方式的電壓型三相橋式逆變器的輸出線電壓波形中不含偶次和3次諧波，而只含有5次及5次以上的奇次諧波，且諧波幅值與諧波次數(shù)成反比，其中線電壓的基波幅值Uabm1為 tttttUtu13sin13111sin1117sin715sin51sin32)(dabddablm1 . 132UUU（4-16） 4.2.1.2 電壓型三相橋式方波逆變器 這種調(diào)制方式要求逆變器中功率管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)為120方波，其有以下特征：每相的上下

39、橋臂均采用120控制且有60導(dǎo)通間隙。相鄰相的橋臂驅(qū)動(dòng)信號(hào)相位互差120任何時(shí)刻有且只有兩個(gè)橋臂導(dǎo)電，即一個(gè)上橋臂和一個(gè)下橋臂導(dǎo)電相鄰序號(hào)功率管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)相位互差60（2） 120導(dǎo)電方式：4.2.1.2 電壓型三相橋式方波逆變器 （2） 120導(dǎo)電方式：若逆變器直流側(cè)電壓為Ud，當(dāng)負(fù)載為星形對(duì)稱負(fù)載時(shí)，負(fù)載相電壓波形為120導(dǎo)電的交流方波波形，其方波幅值為Ud/24.2.1.2 電壓型三相橋式方波逆變器 （2） 120導(dǎo)電方式：若逆變器直流側(cè)電壓為Ud，則逆變器輸出線電壓波形為交流六階梯波波形，即每間隔60就發(fā)生一次電平的突變，且電平取值分別為Ud、Ud/2。4.2.1.2 電壓型三相橋式方

40、波逆變器 （2） 120導(dǎo)電方式：由于每相的上下橋臂均采用120控制且有60導(dǎo)通間隙，因而避免了換流時(shí)上下橋臂的直通。由于任何時(shí)刻只有兩個(gè)橋臂導(dǎo)電，從而導(dǎo)致功率器件的利用率較低，因此電壓型三相橋式逆變器一般不采用120導(dǎo)電方式，而采用180導(dǎo)電方式。4.2.1.2 電壓型三相橋式方波逆變器 （2） 120導(dǎo)電方式：120導(dǎo)電方式運(yùn)用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，由于存在一相的斷流，因此換流時(shí)存在電壓尖峰，需要加濾波電路120導(dǎo)電方式主要運(yùn)用于電流型三相橋式逆變器的控制中4.2.2 電壓型階梯波逆變器 電壓型階梯波逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)種類主要包括：變壓器移相疊加結(jié)構(gòu)、級(jí)聯(lián)移相疊加結(jié)構(gòu)以及多電平結(jié)構(gòu)。 電壓型階梯波逆

41、變器電壓型階梯波逆變器變壓器移相疊加結(jié)構(gòu)多電平結(jié)構(gòu)三電平）4.2.2.1采用變壓器移相疊加結(jié)構(gòu)的電壓型階梯波逆變器單相變壓器串聯(lián)移相疊加結(jié)構(gòu)單相變壓器串聯(lián)移相疊加結(jié)構(gòu)圖圖4-15a為兩個(gè)單相電壓型逆變?yōu)閮蓚€(gè)單相電壓型逆變器的串聯(lián)移相疊加結(jié)構(gòu)器的串聯(lián)移相疊加結(jié)構(gòu)當(dāng)每個(gè)逆變器采用單脈沖方波當(dāng)每個(gè)逆變器采用單脈沖方波調(diào)制且脈沖寬度為調(diào)制且脈沖寬度為若兩個(gè)變壓器的變比為若兩個(gè)變壓器的變比為1:1，并，并且使兩個(gè)單相逆變器輸出方波且使兩個(gè)單相逆變器輸出方波的相位角錯(cuò)開的相位角錯(cuò)開角度后再進(jìn)行角度后再進(jìn)行串聯(lián)疊加串聯(lián)疊加則串聯(lián)疊加后的電壓波形為則串聯(lián)疊加后的電壓波形為8階梯波電壓波形，如圖階梯波電壓波形，

42、如圖4-15b所示。所示。圖4-15兩個(gè)單相電壓型逆變器的串聯(lián)移相疊加及其相關(guān)波形4.2.2.1采用變壓器移相疊加結(jié)構(gòu)的電壓型階梯波逆變器單相變壓器串聯(lián)移相疊加結(jié)構(gòu)單相變壓器串聯(lián)移相疊加結(jié)構(gòu)根據(jù)傅立葉分析，每個(gè)逆變器的根據(jù)傅立葉分析，每個(gè)逆變器的輸出電壓輸出電壓u1、u2以及其疊加輸出以及其疊加輸出電壓電壓uo分別為。分別為。)2(sin2sin14, 5 , 3 , 11 ntnnnEu (4-17) )2(sin2sin14, 5 , 3 , 12 ntnnnEu(4-18)0121,3,5,42sincossin ()22nEnnuuuntn(4-19）4.2.2.1采用變壓器移相疊加結(jié)

43、構(gòu)的電壓型階梯波逆變器單相變壓器串聯(lián)移相疊加結(jié)構(gòu)單相變壓器串聯(lián)移相疊加結(jié)構(gòu)值得一提的是：為消除第值得一提的是：為消除第n次諧波，則次諧波，則cos(n/2)=0，即，即(n/2)2k/2，其，其中中k0，1，2，3，因此移相角滿足：，因此移相角滿足：（4k）/ n。分析可得，在消除分析可得，在消除3次諧波時(shí)，次諧波時(shí)，n為為3以及以及3的奇數(shù)倍。同理的奇數(shù)倍。同理, 在消除在消除5次諧波次諧波時(shí)，時(shí)，n為為5以及以及5的奇數(shù)倍。的奇數(shù)倍。如果移相角如果移相角/3，則不僅消除了，則不僅消除了3次諧波，而且同時(shí)也消除了次諧波，而且同時(shí)也消除了3的奇次倍的奇次倍諧波；諧波；如果移相角如果移相角/5，

44、則不僅消除了，則不僅消除了5次諧波，而且同時(shí)也消除了次諧波，而且同時(shí)也消除了5的奇次倍的奇次倍諧波諧波可見，相對(duì)于方波逆變器而言，階梯波逆變器的輸出諧波將大為減小?？梢?，相對(duì)于方波逆變器而言，階梯波逆變器的輸出諧波將大為減小。 4.2.2.1采用變壓器移相疊加結(jié)構(gòu)的電壓型階梯波逆變器1:2單相變壓器串聯(lián)移相疊加結(jié)構(gòu)單相變壓器串聯(lián)移相疊加結(jié)構(gòu)圖為三個(gè)單相電壓型逆變器的串聯(lián)移相圖為三個(gè)單相電壓型逆變器的串聯(lián)移相疊加的電路結(jié)構(gòu)疊加的電路結(jié)構(gòu)三個(gè)單相電壓型逆變器的串聯(lián)移相疊加三個(gè)單相電壓型逆變器的串聯(lián)移相疊加的基波電壓合成相量構(gòu)思：的基波電壓合成相量構(gòu)思：每個(gè)逆變器采用單脈沖方波調(diào)制且脈沖每個(gè)逆變器采

45、用單脈沖方波調(diào)制且脈沖寬度為寬度為120若逆變器若逆變器1、逆變器、逆變器3輸出變壓器的變比輸出變壓器的變比均為均為1：1，而逆變器而逆變器2輸出變壓器的變比為輸出變壓器的變比為 ，并且使三個(gè)單相逆變器輸出方波的相位并且使三個(gè)單相逆變器輸出方波的相位角依次錯(cuò)開角依次錯(cuò)開45后再進(jìn)行串聯(lián)疊加。后再進(jìn)行串聯(lián)疊加。1:2三個(gè)單相電壓型逆變器二次側(cè)基波電壓合成相量 4.2.2.1采用變壓器移相疊加結(jié)構(gòu)的電壓型階梯波逆變器單相變壓器串聯(lián)移相疊加結(jié)構(gòu)單相變壓器串聯(lián)移相疊加結(jié)構(gòu)三個(gè)單相逆變器輸出方波的相位角依次錯(cuò)開三個(gè)單相逆變器輸出方波的相位角依次錯(cuò)開45后再進(jìn)行串聯(lián)疊加，后再進(jìn)行串聯(lián)疊加，則串聯(lián)疊加后的電

46、壓波形為則串聯(lián)疊加后的電壓波形為12階梯波電壓波形。階梯波電壓波形。 4.2.2.1采用變壓器移相疊加結(jié)構(gòu)的電壓型階梯波逆變器單相變壓器串聯(lián)移相疊加結(jié)構(gòu)單相變壓器串聯(lián)移相疊加結(jié)構(gòu)若以疊加后輸出電壓若以疊加后輸出電壓u的向量為基準(zhǔn)，則各逆變器的輸出電壓的向量為基準(zhǔn)，則各逆變器的輸出電壓u1、u2、u3以及疊加后的輸出電壓以及疊加后的輸出電壓u分別為分別為)4(sin2sin14, 5 , 3 , 11tnnnEun (4-21)tnnEunsin2sin124, 5 , 3 , 12(4-22) )4(sin2sin14, 5 , 3 , 13tnnnEun (4-23)(sin)4cos21

47、(2sin1U24, 5 , 3 , 1d321tnnnnuuuun (4-24) 4.2.2.1采用變壓器移相疊加結(jié)構(gòu)的電壓型階梯波逆變器單相變壓器串聯(lián)移相疊加結(jié)構(gòu)單相變壓器串聯(lián)移相疊加結(jié)構(gòu)其中基波與各次諧波的幅值為其中基波與各次諧波的幅值為)4cos21 (2sin124d)m(nnnnUu (4-25) 顯然，若要消除第n次諧波則應(yīng)使Um(n)0，即 ，因此，當(dāng)n為某些次數(shù)時(shí)，對(duì)應(yīng)的這些次數(shù)的諧波幅值為零，即n/4=2k+/4, k0，1，2，3，n =8k +41。可見當(dāng)k0時(shí)，n =3，5；當(dāng)k1時(shí)，n =11，13；當(dāng)k2時(shí)，n =19，21； .以上分析表明：當(dāng)在輸出電壓u中消除

48、3，5，11，13，19，21，次諧波時(shí)，則輸出電壓u中將不包含8k +41次諧波。另外，進(jìn)一步分析式(4-24)可知，輸出電壓u中的諧波含量與脈沖寬度有關(guān)，當(dāng)150時(shí)，輸出電壓u中的諧波含量最少。當(dāng)調(diào)節(jié)脈沖寬度時(shí)，輸出電壓u的基波幅值和諧波含量均會(huì)發(fā)生變化。0)4/cos(21n)(sin)4cos21 (2sin1U24, 5 , 3 , 1d321tnnnnuuuun (4-24) 4.2.2.1采用變壓器移相疊加結(jié)構(gòu)的電壓型階梯波逆變器三相變壓器串聯(lián)移三相變壓器串聯(lián)移相疊加結(jié)構(gòu)相疊加結(jié)構(gòu)與單相變壓器串聯(lián)與單相變壓器串聯(lián)移相疊加結(jié)構(gòu)相類移相疊加結(jié)構(gòu)相類似，三相階梯波電似，三相階梯波電壓型

49、逆變器也可以壓型逆變器也可以采用三相變壓器串采用三相變壓器串聯(lián)移相疊加結(jié)構(gòu)加聯(lián)移相疊加結(jié)構(gòu)加以實(shí)現(xiàn)，圖以實(shí)現(xiàn)，圖4-17為為兩個(gè)三相電壓型逆兩個(gè)三相電壓型逆變器逆變器變器逆變器1、逆、逆變器變器2采用變壓器采用變壓器串聯(lián)移相的疊加結(jié)串聯(lián)移相的疊加結(jié)構(gòu)。構(gòu)。圖4-17兩個(gè)三相電壓型逆變器采用變壓器串聯(lián)移相疊加的電路結(jié)構(gòu) 4.2.2.1采用變壓器移相疊加結(jié)構(gòu)的電壓型階梯波逆變器三相變壓器串聯(lián)移相三相變壓器串聯(lián)移相疊加結(jié)構(gòu)疊加結(jié)構(gòu)與單相變壓器串聯(lián)移與單相變壓器串聯(lián)移相疊加結(jié)構(gòu)相類似，相疊加結(jié)構(gòu)相類似，三相階梯波電壓型逆三相階梯波電壓型逆變器也可以采用三相變器也可以采用三相變壓器串聯(lián)移相疊加變壓器串聯(lián)

50、移相疊加結(jié)構(gòu)加以實(shí)現(xiàn)；結(jié)構(gòu)加以實(shí)現(xiàn)；圖為兩個(gè)三相電壓型圖為兩個(gè)三相電壓型逆變器逆變器逆變器逆變器1、逆變器逆變器2采用變壓采用變壓器串聯(lián)移相的相量疊器串聯(lián)移相的相量疊加構(gòu)想加構(gòu)想圖4-18變壓器T1、T2的二次側(cè)基波電壓合成相量 4.2.2.1采用變壓器移相疊加結(jié)構(gòu)的電壓型階梯波逆變器圖4-17兩個(gè)三相電壓型逆變器采用變壓器串聯(lián)移相疊加的電路結(jié)構(gòu) 圖4-18變壓器T1、T2的二次側(cè)基波電壓合成相量 圖4-19串聯(lián)移相疊加輸出一相的相關(guān)波形 4.2.2.1采用變壓器移相疊加結(jié)構(gòu)的電壓型階梯波逆變器三相變壓器串聯(lián)移三相變壓器串聯(lián)移相疊加結(jié)構(gòu)相疊加結(jié)構(gòu)采用采用180導(dǎo)電方式導(dǎo)電方式控制時(shí)，其逆變器控

51、制時(shí)，其逆變器輸 出 線 電 壓 應(yīng) 為輸 出 線 電 壓 應(yīng) 為120方波電壓。方波電壓。為了形成串聯(lián)移相為了形成串聯(lián)移相疊加的階梯波電壓，疊加的階梯波電壓，可使逆變器可使逆變器2的輸出的輸出電壓相位滯后于逆電壓相位滯后于逆變器變器1的輸出電壓相的輸出電壓相位位30。降低輸出電壓諧波降低輸出電壓諧波 變壓器的接法變壓器的接法 圖4-17兩個(gè)三相電壓型逆變器采用變壓器串聯(lián)移相疊加的電路結(jié)構(gòu) 輸出變壓器T1繞組采用D/Y形接法 輸出變壓器T2一次側(cè)繞組采用D形接法，而二次側(cè)繞組則采用曲折Y形接法 若使變壓器T1的二次側(cè)輸出電壓幅值與變壓器T2的二次側(cè)輸出電壓幅值相等，變壓器T1、T2的變比分別為

52、1:1和1:1/3，且變壓器T1、T2的一次側(cè)繞組匝數(shù)應(yīng)相等。需要注意的是，圖4-17中變壓器T2的二次側(cè)平行繞組應(yīng)繞在同一鐵芯上變壓器T1、T2的二次側(cè)基波電壓合成相量圖如圖4-18所示4.2.2.1采用變壓器移相疊加結(jié)構(gòu)的電壓型階梯波逆變器圖4-17兩個(gè)三相電壓型逆變器采用變壓器串聯(lián)移相疊加的電路結(jié)構(gòu) 圖4-18變壓器T1、T2的二次側(cè)基波電壓合成相量 圖4-19串聯(lián)移相疊加輸出一相的相關(guān)波形 4.2.2.1采用變壓器移相疊加結(jié)構(gòu)的電壓型階梯波逆變器 由圖4-17、4-19并根據(jù)傅立葉分析，可得變壓器T1、T2 的一相U相二次側(cè)各繞組輸出電壓分別為, 3 , 2, 1161Asin) 1(

53、1sin32kknktnntUud(4-26), 3 , 2, 11621A)30(sin) 1(1)30sin(32kknktnntUud(4-27) )30(sin) 1(1)30sin(32, 3 , 2, 11622BkknktnntUud （ 4-28)4.2.2.1采用變壓器移相疊加結(jié)構(gòu)的電壓型階梯波逆變器 顯然，每個(gè)繞組的輸出電壓只含有6k1k1，2，3）次諧波，即含有5次、7次等奇次諧波，而不含有3次諧波 將變壓器T1、T2 的一相U相二次側(cè)各繞組輸出電壓疊加，則采用變壓器輸出串聯(lián)移相疊加后的三相階梯波電壓型逆變器的一相U相的輸出電壓為)sin) 1(1(sin34, 3 ,

54、2, 1112UNkknktnntUud(4-29) 采用變壓器輸出串聯(lián)移相疊加后的三相階梯波電壓型逆變器的一相U相） 輸出電壓只含有12k1次諧波，即含有11次、13次等奇次諧波，而不含有5次、7次諧波實(shí)際上，變壓器T1、T2 的一相U相二次側(cè)各繞組輸出電壓波形均為120方波，而120方波可由兩個(gè)互差60的180方波疊加而成。其各自的基波相位互差60，而各自3次諧波的相位則互差360180，因此120方波中不含有3次諧波4.2.2.1采用變壓器移相疊加結(jié)構(gòu)的電壓型階梯波逆變器 若將兩個(gè)120方波的相位互差180/536，則其各自的基波相位互差36，而各自5次諧波的相位則互差536180，因此

55、兩個(gè)相位互差36的120方波疊加，其疊加后的波形中將不含有5次諧波。 同理，若將兩個(gè)120方波的相位互差180/724.7并進(jìn)行疊加，則疊加后的波形中將不含有7次諧波。 顯然，若通過兩個(gè)相位互差適當(dāng)角度的方波直接進(jìn)行移相疊加，其疊加后的波形中只能消除某一特定次諧波。但是，若兩個(gè)相位互差適當(dāng)角度的方波通過變壓器進(jìn)行移相疊加，只要適當(dāng)選擇變壓器的變比和二次側(cè)繞組的電壓合成方式，就可以同時(shí)消除2個(gè)特定次諧波如5次、7次諧波）。 利用串聯(lián)移相疊加的逆變器組數(shù)越多，其輸出階梯波的階梯數(shù)就越多，能消除的諧波也就越多。 4.2.2.2 采用多電平結(jié)構(gòu)的電壓型階梯波逆變器 引言引言 多電平逆變器多電平逆變器(

56、Multilevel Inverter)，就是，就是通過對(duì)直流側(cè)的分壓和開關(guān)動(dòng)作的不同組通過對(duì)直流側(cè)的分壓和開關(guān)動(dòng)作的不同組合，實(shí)現(xiàn)多電平階梯波電壓的輸出，從而合，實(shí)現(xiàn)多電平階梯波電壓的輸出，從而使波形更加正弦化。使波形更加正弦化。 三電平拓?fù)湓诟邏捍蠊β蕡?chǎng)合中應(yīng)用時(shí)，三電平拓?fù)湓诟邏捍蠊β蕡?chǎng)合中應(yīng)用時(shí)，一方面降低了器件承受的開關(guān)應(yīng)力，減小一方面降低了器件承受的開關(guān)應(yīng)力，減小器件的開關(guān)損耗；另一方面降低了電路運(yùn)器件的開關(guān)損耗；另一方面降低了電路運(yùn)行中的行中的du/dt 、di/dt和輸出波形諧波含量和輸出波形諧波含量等。等。 因此，三電平變換器已經(jīng)在高壓大功率變因此，三電平變換器已經(jīng)在高壓大功

57、率變頻調(diào)速系統(tǒng)、電力系統(tǒng)有源濾波和動(dòng)態(tài)無頻調(diào)速系統(tǒng)、電力系統(tǒng)有源濾波和動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償?shù)阮I(lǐng)域得到了高泛的研究與應(yīng)用。功補(bǔ)償?shù)阮I(lǐng)域得到了高泛的研究與應(yīng)用。4.2.2.2 采用多電平結(jié)構(gòu)的電壓型階梯波逆變器 三電平逆變器橋路基本結(jié)構(gòu)三電平逆變器橋路基本結(jié)構(gòu)二極管鉗位式三電平橋 電容鉗位式三電平橋 4.2.2.2 采用多電平結(jié)構(gòu)的電壓型階梯波逆變器 圖4-20中點(diǎn)箝位式三電平逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 二極管箝位式三電平逆變器又稱NPCNeutral Point Clamped三電平逆變器。 這種逆變拓?fù)湓陂_關(guān)器件承受相對(duì)兩電平結(jié)構(gòu)二分之一壓降和更低的開關(guān)頻率情況下，得到與兩電平相同或者更好的輸出波形。二極管箝位式

58、三電平逆變器二極管箝位式三電平逆變器4.2.2.2 采用多電平結(jié)構(gòu)的電壓型階梯波逆變器 三電平逆變器工作原理三電平逆變器工作原理直流側(cè)電壓通過兩個(gè)串聯(lián)的分直流側(cè)電壓通過兩個(gè)串聯(lián)的分壓電容、將電壓分為三個(gè)等級(jí)，壓電容、將電壓分為三個(gè)等級(jí)，將兩個(gè)電容串聯(lián)的中點(diǎn)定義為將兩個(gè)電容串聯(lián)的中點(diǎn)定義為中性點(diǎn)中性點(diǎn)n。每一相需要每一相需要4個(gè)功率開關(guān)管，個(gè)功率開關(guān)管，4個(gè)續(xù)流二極管，兩個(gè)箝位二極個(gè)續(xù)流二極管，兩個(gè)箝位二極管。管。箝位二極管能在中間兩個(gè)功率箝位二極管能在中間兩個(gè)功率開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)把電平箝在零電開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)把電平箝在零電位，同時(shí)在開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)提供位，同時(shí)在開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)提供電流通道防止電容短路。電流通道防止電容短路。其中每一個(gè)功率開關(guān)管承受正其中每一個(gè)功率開關(guān)管承受正向阻斷電壓為向阻斷電壓為 。 圖4-20中點(diǎn)箝位式三電平逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 2dcV4.2.2.2 采用多電平結(jié)構(gòu)的電壓型階梯波逆變器 三電平逆變器工作原理三電平逆變器工作原理所謂三電平是指逆變器交流側(cè)每相輸所謂三電平是指逆變器交流側(cè)每相輸出電壓相對(duì)于直流側(cè)電壓有三種可能出電壓相對(duì)于直