多重逆变电路和多电平逆变电路
多重逆变电路和多电平逆变电路的作用
多重逆变电路和多电平逆变电路的作用1.引言1.1 概述逆变电路是一种将直流电源转变为交流电源的电路。
在逆变电路中，多重逆变电路和多电平逆变电路是两种常见的形式。
多重逆变电路通过将直流电源的电流逆变为多个不同频率或幅值的交流电流输出，从而实现电能的有效利用和传输。
它能够对电力进行更加灵活的调节和控制，使得直流电能得以应用于各种不同的领域。
多电平逆变电路则是一种在逆变过程中输出多个不同电平的交流电信号，其关键在于控制逆变电路中的开关元件的通断状态。
这种电路能够产生多个电平的输出电压，实现对电能的更加精确的控制，从而满足不同设备对电源的需求。
在本文中，我们将就多重逆变电路和多电平逆变电路的定义和原理进行详细的介绍，并探讨其在各个应用领域中的作用和优势。
通过对这两种逆变电路的深入了解，将有助于我们更好地理解和应用逆变电路技术，从而提升电能转换的效率和质量。
总之，本文将通过对多重逆变电路和多电平逆变电路的研究，阐述它们在电力系统和电子设备中的作用和应用。
不仅为电能的有效转换提供了一种新的思路和方法，同时也促进了能源的可持续发展和利用。
1.2文章结构1.2 文章结构在本文中, 我将对多重逆变电路和多电平逆变电路的作用进行了详细探讨。
为了使读者更好地理解这两种电路的定义、原理和应用领域，本文将分为三个主要部分。
首先，引言部分将介绍本文的背景和意义。
在引言的概述中，将简要介绍多重逆变电路和多电平逆变电路的基本概念。
然后，将提出本文的目的，即探讨这两种电路的作用。
接下来，正文部分将详细分述多重逆变电路和多电平逆变电路的作用。
在2.1节中，解释了多重逆变电路的定义和原理。
我将详细介绍多重逆变电路的工作原理，并探讨其在各个领域的应用。
在2.2节中，将展开多电平逆变电路的作用，包括它的定义和原理。
还将探讨多电平逆变电路在不同领域的应用情况。
最后，结论部分将对多重逆变电路和多电平逆变电路的作用进行总结。
我将重点强调它们在实际应用中的重要性，并展望未来它们的发展趋势。
电力电子技术第4章 逆变电路
t
14
4.2.1 单相电压型逆变电路
◆工作原理 ☞设开关器件V1和V2的栅极信 号在一个周期内各有半周正偏，半 周反偏，且二者互补。 ☞输出电压uo为矩形波，其幅 值为Um=Ud/2。 ☞电路带阻感负载，t2时刻给 V1关断信号，给V2开通信号，则 V1关断，但感性负载中的电流io不 能立即改变方向，于是VD2导通续 流，当t3时刻io降零时，VD2截止， V2开通，io开始反向。
1 uNN' (uUN' uVN' uWN' ) 3 1 (uUN uVN uWN ) 3 1 = (uUN' uVN' uWN' ) 3
O
WN'
t
O
UV
t U
d
d) u e) u f)
O
U
NN'
t
d
O
2 U 3
d
6
t
U 3
d
UN
O iU
t
g) i h)
O
t
d
O
27
t
O
wt
7
4.1.2 换流方式分类
◆负载换流 ☞由负载提供换流电压的换流方式。
☞负载电流的相位超前于负载电压的场合，都可实现负 载换流，如电容性负载和同步电动机。
uo io O i O i iVT iVT
1
uo ωt
io
4
iVT
2
iVT
3
ωt ωt
4
O uVT
a) O
u VT
t1
1
uVT b)
ωt
8
a) Um O - Um io O
电力电子技术习题与答案
《电力电子技术》试卷A一、填空（每空1分，36分）1、请在正确的空格内标出下面元件的简称：电力晶体管GTR；可关断晶闸管GTO；功率场效应晶体管MOSFET；绝缘栅双极型晶体管IGBT ；IGBT 是MOSFET和GTR的复合管。
2、晶闸管对触发脉冲的要求是要有足够的驱动功率、触发脉冲前沿要陡幅值要高和触发脉冲要与晶闸管阳极电压同步。
3、多个晶闸管相并联时必须考虑均流的问题，解决的方法是串专用均流电抗器。
4、在电流型逆变器中，输出电压波形为正弦波，输出电流波形为方波。
5、型号为KS100-8的元件表示双向晶闸管晶闸管、它的额定电压为800V伏、额定有效电流为100A。
6、180°导电型三相桥式逆变电路，晶闸管换相是在同一桥臂上的上、下二个元件之间进行；而120º导电型三相桥式逆变电路，晶闸管换相是在不同桥臂上的元件之间进行的。
7、当温度降低时，晶闸管的触发电流会增加、正反向漏电流会下降；当温度升高时，晶闸管的触发电流会下降、正反向漏电流会增加。
8、在有环流逆变系统中，环流指的是只流经逆变电源、逆变桥而不流经负载的电流。
环流可在电路中加电抗器来限制。
为了减小环流一般采控用控制角α大于β的工作方式。
9、常用的过电流保护措施有快速熔断器、串进线电抗器、接入直流快速开关、控制快速移相使输出电压下降。
（写出四种即可）10、双向晶闸管的触发方式有Ⅰ+、Ⅰ-、Ⅲ＋、Ⅲ- 四种。
二、判断题,（每题1分，10分）（对√、错×）1、在半控桥整流带大电感负载不加续流二极管电路中，电路出故障时会出现失控现象。
（√）2、在用两组反并联晶闸管的可逆系统，使直流电动机实现四象限运行时，其中一组逆变器工作在整流状态，那么另一组就工作在逆变状态。
（×）3、晶闸管串联使用时，必须注意均流问题。
（×）4、逆变角太大会造成逆变失败。
（×）5、并联谐振逆变器必须是略呈电容性电路。
电力电子技术复习题及答案
1、单相桥式半控整流电路的两只晶闸管的触发脉冲依次应相差（180）度。
15、在单相全控桥整流电路中，两对晶闸管的触发脉冲，应依次相差（180度）。
2、α为（30度）时，三相半波可控整流电路，电阻性负载输出的电压波形，处于连续和断续的临界状态。
18、α=(60_)度时，三相全控桥式整流电路带电阻负载电路，输出负载电压波形处于连续和断续的临界状态。
5、在一般可逆电路中，最小逆变角βmin选在下面那一种范围合理（30º-35º）17、由晶闸管构成的可逆调速系统中，逆变角βmin选（300~350）时系统工作才可靠。
6、在下面几种电路中，不能实现有源逆变的电路有哪几种BCD。
A、三相半波可控整流电路。
B、三相半控整流桥电路。
C、单相全控桥接续流二极管电路。
D、单相半控桥整流电路。
7、在有源逆变电路中，逆变角的移相范围应选（=35º~90º）为最好。
8、晶闸管整流装置在换相时刻（例如：从U相换到V相时）的输出电压（等于u U+u V的一半即：）9、三相全控整流桥电路，如采用双窄脉冲触发晶闸管时，下图中哪一种双窄脉冲间距相隔角度符合要求。
请选择B。
11、下面哪种功能不属于变流的功能（C、变压器降压）13、如某晶闸管的正向阻断重复峰值电压为745V，反向重复峰值电压为825V，则该晶闸管的额定电压应为（B、750V）14、单相半波可控整流电阻性负载电路中，控制角α的最大移相范围是(0º-180°)16、可实现有源逆变的电路为(单相全控桥可控整流电路) 。
4、可实现有源逆变的电路为（三相半波可控整流电路）。
19、变流装置的功率因数总是(C、小于1 )。
20、变流器工作在逆变状态时，控制角α必须在(90°-150°)度。
21、三相半波可控整流电阻性负载电路，如果三个晶闸管采用同一相触发脉冲，α的移相范围D、0º--150º。
第5章 逆变电路
也叫电流换流。
图5-3直接耦合式 强迫换流原理图
图5-4 电感耦合式 强迫换流原理图
5.1.2 换流方式分类
换流方式总结：
器件换流——适用于全控型器件。 其余三种方式——针对晶闸管。 器件换流和强迫换流——属于自换流。 电网换流和负载换流——属于外部换流。 当电流不是从一个支路向另一个支路转移，而 是在支路内部终止流通而变为零，则称为熄灭。
5.2.1 单相电压型逆变电路
阻感负载时，还可采用 移相得方式来调节输出 电压－移相调压。
V3的基极信号比V1落后θ （0＜θ ＜180 °）。V3、 V4的栅极信号分别比V2、
V1的前移180°－θ 。输出
电压是正负各为θ的脉冲。
改变θ就可调节输出电压。
uG1
a)
O
t
u G2
O
t
u G3
θ
O
t
电流型逆变电路中，采用半控型器件的电路仍应用较多。 换流方式有负载换流、强迫换流。
5.3 电流型逆变电路
5.3.1 单相电流型逆变电路 5.3.2 三相电流型逆变电路
5.3.1 单相电流型逆变电路
1) 电路原理
由四个桥臂构成，每个 桥臂的晶闸管各串联一 个电抗器，用来限制晶 闸管开通时的di/dt。
负载中点和电源中点间电压
uNN'
1 3
(uUN'
uVN'
uWN'
)
1 3
(uUN
uVN
uWN )
(5-6)
负载三相对称时有uUN+uVN+uWN=0，于是
1 uNN' 3 (uUN' uVN' uWN' )
电力电子技术 判断题大全
二、判断题（每题1分，共10分）1、晶闸管的门极既可以控制它的导通，也可以控制它的关断。
（错）2、晶闸管的门极既不能控制它的导通，也不能控制它的关断。
（错）3、晶闸管的门极可以控制它的导通，但不能控制它的关断。
（对）4、晶闸管的门极不可以控制它的导通，但能控制它的关断。
（错）5、额定电流为100A的晶闸管，允许通过的最大平均电流为157A。
（对）6、在室温下门极断开时，元件从较大的通态电流降至刚好能保持导通的最小阳极电流为维持电流。
（对）7、在室温下门极断开时，晶闸管从较大的通态电流降至刚好能保持导通的最小阳极电流称为掣住电流。
( 错)8、在晶闸管加上触发电压，当元件从阻断状态刚好转为导通状态就去除触发电压，此时要保持元件导通所需要的最小阳极电流称为掣住电流。
（对）9、在晶闸管加上触发电压，当元件从阻断状态刚好转为导通状态就去除触发电压，此时要保持元件导通所需要的最小阳极电流称为维持电流。
（错）10、反励式变换器是指开关管导通时电源将电能转换为磁能储存在电感中，开关管截止时再将磁能转换为电能传送给负载。
（对）并联谐振式逆变电路，为了实现负载换流，要求补偿后的总负载呈容性。
（对）12、并联谐振式逆变电路，为了实现负载换流，要求补偿后的总负载呈感性。
（错）13、直流测为电流源的逆变电路称为电流型逆变电路。
（对）14、直流测接大电感的逆变电路称为电流型逆变电路。
（对）直流测接大电容的逆变电路称为电流型逆变电路。
（错）16、电压型逆变电路其直流电压基本无脉动，直流回路呈现低阻抗。
（对）17、电压型逆变电路其直流电压基本无脉动，直流回路呈现高阻抗。
（错）18、电压型逆变电路其交流侧电压波形为矩形波，电流波形接近三角波或正弦波。
（对）19、电压型逆变电路其交流侧电流波形为矩形波，电压波形接近三角波或正弦波。
（错）20、电流型逆变电路其直流电流基本无脉动，直流回路呈现高阻抗。
（对）21、有源逆变是将直流电逆变成与交流电网同频率的交流电回馈电网。
一、填空题29分1、双向晶闸管的...
一、填空题（29分）1、双向晶闸管的触发方式有：I+ 触发：第一阳极T1接 正 电压，第二阳极T 2接 负 电压；门极G 接正 电压，T2接 负 电压。
I- 触发：第一阳极T1接 正 电压，第二阳极T2接 负 电压；门极G 接 负 电压，T2接 正 电压。
Ⅲ+触发：第一阳极T1接 负电压，第二阳极T2接正 电压；门极G 接正电压，T2接 负 电压。
Ⅲ-触发：第一阳极T1接 负电压，第二阳极T2接 正电压；门极G 接 负电压，T2接 正 电压。
2、由晶闸管构成的逆变器换流方式有 负载 换流和 强迫（脉冲）换流。
3、按逆变后能量馈送去向不同来分类，电力电子元件构成的逆变器可分为 有源 逆变器与 无源 逆变器两大类。
4、有一晶闸管的型号为KK200－9，请说明KK 快速晶闸管 ； 200表示表示 200A ，9表示 900V 。
5、单结晶体管产生的触发脉冲是 尖脉冲 脉冲；主要用于驱动 小 功率的晶闸管；锯齿波同步触发电路产生的脉冲为 强触发脉冲 脉冲；可以触发 大 功率的晶闸管。
6、一个单相全控桥式整流电路，交流电压有效值为220V ，流过晶闸管的大电流有效值为15A ，则这个电路中晶闸管的额定电压可选为V 2202)25.1(倍-；晶闸管的额定电流可选为A 57.115)35.1(倍-。
二、判断题（２0分）对打（√），错打（×）1、两个以上晶闸管串联使用，是为了解决自身额定电压偏低，不能胜用电路电压要求，而采取的一种解决方法，但必须采取均压措施。
（ √ ）2、逆变失败，是因主电路元件出现损坏，触发脉冲丢失，电源缺相，或是逆变角太小造成的。
（ √ ）3、 变流装置其功率因数的高低与电路负载阻抗的性质，无直接关系。
（ √ ）4、并联与串联谐振式逆变器属于负载换流方式，无需专门换流关断电路。
（ √ ）5、触发普通晶闸管的触发脉冲，也能触发可关断晶闸管。
（ × ）6、三相半波可控整流电路，不需要用大于60º小于120º的宽脉冲触发，也不需要相隔60º的双脉冲触发，只用符合要求的相隔120º的三组脉冲触发就能正常工作。
电力电子技术-多重逆变电路和多电平逆变电路
u UN'
a)
O
Ud
u VN'
2
b)
O
t
u WN'
c)
O
t
u UV
Ud
d)
O
t
e) u NNO' u UN
f)
O
iU
g)
O
id
h)
O
2Ud 3
Ud 6
t
Ud 3
t
t
t
电压型三相桥式逆变电路 的工作波形
直流－交流变换器(6)
三电平逆变电路 三电平逆变电路
也称中点钳位型逆变电路（Neutral Point Clamped） z每桥臂由两个全控器件串联构成，两者中点通过钳位二极管和直流 侧中点相连 。 z以N’为参考点，输出相电压有Ud/2,-Ud/2和0三种电平，故称为三 电平逆变电路。
逆变电路分类方法 可按换流方式、直流电源的性质、控制方式等分类： 换流方式：由全控型器件构成的逆变电路采用器件换流方式。采用 半控型器件构成的逆变电路采用其它换流方式。 直流电源的性质：按直流侧电源性质分类的方法，分为电压型和电 流型两类。 控制方式：方波型逆变电路，PWM型逆变电路。方波型控制方式 是基础，实际逆变电路多采用PWM控制方式。
第4章 习题（2）
直流－交流变换器(6)
本章总结
第4章 直流－交流变换器 的主要内容是： 4.1 逆变电路概述 4.2 单相方波型逆变电路 4.3 三相方波型逆变电路 4.4 逆变电路输出电压及波形的控制 4.5 PWM型逆变电路的控制方法 4.6 多重逆变电路和多电平逆变电路
直流－交流变换器(6)
u UVUd
O
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uo
Ld id VT 1 Ed VT 2
t
iVT
2
iVT
3
t t t
t1
uVT
1
uVT
4
b) 图5-2 返回
15
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图5-3 直接耦合式强迫换流原理图
S VT
+
负载
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返回
16
图5-4 电感耦合式强迫换流原理图
S VD VT S
+
C VD VT
+C
L
L
负载
图5-22 三相电压型二重逆变电路
UU1(UA1) UUN UA21 UU2 -UB22
图5-23 二次侧基波电压合成相量图 图5-23
2013-7-14 4
3.2.1
多重逆变电路
UU1 (UA1) O UA21 O -UB22 O UU2 2 E 3 d Ed 1 Ed 3 t
T1为Δ/ Y联结，线电压变 比为 （一次和 二次绕组匝数相等） 1: 3 T2 一次侧Δ联结，二次侧 两绕组曲折星形接法，其 二次电压相对于一次电压 而 言 ， 比 T1 的 接 法 超 前 30°，以抵消逆变桥II比 逆变桥I滞后的30°。这 样，uU2 和uU1 的基波相位 就相同
Ld Id VT 1 LT1 LT2 R VT 2 B
2013-7-14
A VT 3 LT3 LT4 L VT 4
io
C uo
返回
25
uG1 ,4 O uG2 ,3 O iT O io O t1 Id t 2 t3 t iVT
1,4
iVT
2,3
t
Id t t4 t t5 t uo O t t6 t7 t t
U V W
M 3
2013-7-14
图5-15 返回
28
图5-16 换流过程各阶段的电流路 径
VT 1 C13 VD 1 VT 3
+-
VT 1 VT 3 C13
+-
VT 1 VT 3 C13 VD 3 VD 1VD 3 U iU=Id-iV iV V W iV VD 2 Id VT 2 Id
- +
VT 1 VT 3 C13 VD 1VD 3 U V W VD 2 VT 2
2 o
120° t
二重逆变电路的工作波形 图5-21
3
2013-7-14
3.2.1
多重逆变电路
Ⅰ U T1 A1 uU1 B1 C1 uUN T2 A21 B22 N 图5-22 B21 C22 C 21 Ⅱ A22 uU2 Ud V W
三相电压型二重逆 变电路
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 逆变桥II的相位比逆 变桥I滞后30°
V12
Ls
+
VD V 每桥臂由两个全控器件串联构 成，两者中点通过钳位二极管 图5-25 图5-25 三电平逆变电路 和直流侧中点相连
42 42
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8
3.2.2
多电平逆变电路
U相工作情况与输出相电压的电平
V11和V12（或VD11和VD12）通，V41和V42断，UO'间电 位差为Ud/2 V41和V42（或VD41和VD42）通，V11和V12断，UO’间电 位差为-Ud/2 V12和V41导通，V11和V42关断时，UO‘间电位差为0 V12和V41不能同时导通 iU>0时，V12和VD1导通 iU<0时，V41和VD4导通
3.2
多重逆变电路和多电平逆变电路
电压型——输出电压是矩形波，电流型——输出电流 是矩形波，谐波多 多重逆变电路把几个矩形波组合起来，接近正弦 多电平逆变电路输出较多电平，使输出接近正弦 电压型、电流型都可多重化，以电压型为例 单相电压型二重逆变电路
3.2.1 多重逆变电路
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
3.2.2
多电平逆变电路
回顾图5-9三相电压型桥式逆变电路和图5-10的波形 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 三电平逆变电路 图5-25，也称中点钳位型 （Neutral Point Clamped）逆变 电路
+ +
VD 11 VD 1 VD 12 Ud O' VD 4 VD 41 U V V41 W V11 iU Rs
O uG2 O uG3 O uG4 O uo io O t1 t2 b) io uo t3
t t
t t
-
t
a)
2013-7-14
返回
20
图5-8 带中心抽头变压器的逆变电 路
负载 io uo
+
Ud V1 VD 1 VD 2 V2
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返回
21
图5-9 三相电压型桥式逆变电 路
+
V1
(5-23)
U U11
6U d
0.78U d
(5-24)
n次谐波有效值 U U1n (5-25)
6U d n
6
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3.2.1
多重逆变电路
输出相电压uUN展开成傅里叶级数，可得其基波有效值 (5-26)
n次谐波有效值
U UN1
2 6U d
2
1.56U d
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10
本章小结
讲述基本的逆变电路的结构及其工作原理
四大类基本变流电路中，AC/DC和DC/AC两类电路更 为基本、更为重要 分为外部换流和自换流两大类，外部换流包括电网换 流和负载换流两种，自换流包括器件换流和强迫换流 两种 晶闸管时代十分重要，全控型器件时代其重要性有所 下降
uo Um O
-Um
io O t 1 t2 t 3 t4 t 5 t6 V2 b) V1 V2
t
Ud
Ud 2
t
a)
2013-7-14
ON
V1
VD 1 VD 2 VD 1 VD 2
返回
19
图5-7 单相全桥逆变电路的移 相调压方式
uG1
+
V1 VD 1 Ud C V2 R io L uo VD 2 V4 VD 4 V3 VD 3
1 20 ° O t
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图5-21
返回
34
图5-22
三相电压型二重逆变电路
Ⅰ U T1 A1 uU1 B1 C1 uUN T2 A21 B22 N 图5-22
35
V
W
Ud
A22 B21 C22 C 21 uU2
Ⅱ
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返回
负载
a)
2013-7-14
b) 图5-4 返回
17
图5-5 电压型逆变电路举例 （全桥逆变电路）
+
V1 C V2 V3 VD 1 R io L uo VD 2 V4 VD 4 VD 3
Ud
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返回
18
图5-6 单相半桥电压型逆变电 路及其工作波形
+
Ud 2
V1 VD 1 io R L uo V2 VD 2
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9
3.2.2
多电平逆变电路
线电压的电平
相电压相减得到线电压 两电平逆变电路的输出线电压有±Ud和0三种电平 三电平逆变电路的输出线电压有±Ud、±Ud/2和0五种 电平 三电平逆变电路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
t
图5-10 电 压型三相桥 式逆变电路 的工作波形
t
t
t
e)
t
2Ud 3 Ud 3
f)
t
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返回
t23
图5-11 电流型三相桥式逆变电路
id VT 3 VT 5 VT 1 Ud VT 4 U V VT 6 W VT 2
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返回
24
图5-12 单相桥式电流型（并联 谐振式）逆变电路
1
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3.2.1
多重逆变电路
3次谐波 u 和 u 相 位 错 开 j =60° ， 其 中 3 次 谐 波 就 错 开 了 1 2 3X60°=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 u 波形是120°矩形波，含6k±1次谐波，3k次谐波 o 都被抵消 T
图5-18 无换相器电动机的基本电 路
脉冲分配器
Ud UdM
VT 1 VT 3 VT 5 U V W VT 4 VT 6 VT 2
MS 3
BQ
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返回
31
u
uU
uV
uW
O
t
VT 4导通 VT 1导通 VT 3导通 VT 6导通 VT 2导通 VT 5导通
iU O iV O iW O uVT
13
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图5-1
逆变电路及其波形举例
uo S1 Ud S2 a)
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io
负载
S3
io t1 t2 t
uo S 4
b)
返回