第4章 4逆变电路多重化
(完整word版)电力电子技术第五版课后习题答案
电力电子技术第五版课后习题答案第二章 电力电子器件2. 使晶闸管导通的条件是什么？答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正向阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲）。
或：u AK >0且u GK >0。
3. 维持晶闸管导通的条件是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？ 答：维持晶闸管导通的条件是使晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最小电流，即维持电流。
要使晶闸管由导通变为关断，可利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下，即降到维持电流以下，便可使导通的晶闸管关断。
4. 图2-27中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，各波形的电流最大值均为I m ，试计算各波形的电流平均值I d1、I d2、I d3与电流有效值I 1、I 2、I 3。
002π2π2ππππ4π4π25π4a)b)c)图1-430图2-27 晶闸管导电波形解：a) I d1=π21⎰ππωω4)(sin t td I m =π2m I (122+)≈0.2717 I m I 1=⎰ππωωπ42)()sin (21t d t I m =2m I π2143+≈0.4767 I m b) I d2 =π1⎰ππωω4)(sin t td I m =πm I (122+)≈0.5434 I m I 2 =⎰ππωωπ42)()sin (1t d t I m =22mI π2143+≈0.6741I m c) I d3=π21⎰20)(πωt d I m =41 I m I 3 =⎰202)(21πωπt d I m =21 I m5. 上题中如果不考虑安全裕量,问100A 的晶闸管能送出的平均电流I d1、I d2、I d3各为多少？这时，相应的电流最大值I m1、I m2、I m3各为多少?解：额定电流I T(AV) =100A 的晶闸管，允许的电流有效值I =157A ，由上题计算结果知a) I m1≈4767.0I≈329.35， I d1≈0.2717 I m1≈89.48 b) I m2≈6741.0I≈232.90, I d2≈0.5434 I m2≈126.56 c) I m3=2 I = 314,I d3=41 I m3=78.5第三章 整流电路1. 单相半波可控整流电路对电感负载供电，L ＝20mH ，U 2＝100V ，求当α＝0︒和60︒时的负载电流I d ，并画出u d 与i d 波形。
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
逆变电路多重化的目的是什么？如何实现？串联多重和并联多重逆变电路各用于什么场合？
逆变电路多重化的目的是什么？如何实现？串联多重和并联多重逆变电路各用于什么场合？
逆变电路多重化的目的是提高系统可靠性和功率容量，并实现冗余和故障恢复能力。
通过多重化，可以减少单点故障对整个系统的影响，以及增加系统的灵活性和可扩展性。
实现逆变电路的多重化通常有两种方式：
1.串联多重（Series Multiplexing）：多个逆变电路按串联结构
连接，以增加电压容量。
每个逆变电路负责一部分电压输出，通过串联连接可以实现零序电压的增加和电压水平的提高。
2.并联多重（Parallel Multiplexing）：多个逆变电路按并联结
构连接，以增加电流容量。
每个逆变电路负责一部分电流输出，通过并联连接可以实现电流的叠加和电流容量的增加。
串联多重逆变电路适用于以下场合：
•高电压要求：当需要高电压输出时，可以将多个逆变电路按串联方式连接，以增加电压容量。
•故障恢复：当串联的逆变电路中一个发生故障时，其他正常的逆变电路仍可维持系统运行。
并联多重逆变电路适用于以下场合：
•高电流要求：当需要高电流输出时，可以将多个逆变电路按并联方式连接，以增加电流容量。
•高功率要求：当需要更大的功率输出时，可以将多个逆变电路按并联方式连接，以增加功率容量。
需要根据具体的应用需求和系统特点来选择适合的多重化方式，以提高逆变电路的可靠性和性能。
同时，多重化的设计和实施需要充分考虑电路的匹配和协调，以确保各个逆变电路之间的工作平衡和负载分担。
电力电子技术智慧树知到答案2024年哈尔滨工程大学
电力电子技术哈尔滨工程大学智慧树知到答案2024年第一章测试1.以第一只晶闸管的出现作为电力电子技术诞生的标志。
A:错 B:对答案:B2.从公共电网直接得到的电能是交流的，我们不需要进行电力变换就可以直接使用。
A:对 B:错答案:B3.整流变换是由直流电能变换成固定和可调的交流电能的变换过程。
A:错 B:对答案:A4.逆变变换是由直流电能变换成固定和可调的交流电能的变换过程。
A:错 B:对答案:B5.斩波变换把幅值固定或变化的直流电变换成可调或恒定直流电。
A:错 B:对答案:B第二章测试1.按载流子(电子和空穴)参与导电的情况分单极型、双极型、混合型三种。
A:对 B:错答案:A2.能用控制信号控制开通，但不能控制关断的功率半导体器件，称为半控型器件。
A:错 B:对答案:B3.使晶闸管维持导通所必需的最小电流称作维持电流。
A:对 B:错答案:A4.可关断晶闸管(GTO)是一种( )结构的半导体器件。
A:三层二结 B:五层三结 C:四层三结 D:三层三结答案:C5.电力MOSFET内部寄生了一个反向二极管，所以不能承受反向电压。
（）A:对 B:错答案:A6.下面哪种器件属于电压驱动型( )A:igbtB:gtrC:scrD:gto答案:A7.擎住效应是由于IGBT中寄生的二极管造成的。
A:错 B:对答案:A8.当GTR的集电极电压升高至击穿电压时，集电极电流I C迅速增大，这种首先出现的击穿是雪崩击穿，称为A:一次击穿 B:临界饱和 C:反向击穿 D:二次击穿答案:A9.下面属于外因过电压的是A:晶闸管反向阻断恢复过电压 B:IGBT关断过电压C:电力二极管关断过电压 D:雷击过电压答案:D10.晶闸管串联工作时为了防止静态不均压，可采用并联均压电阻的办法。
A:错 B:对答案:B第三章测试1.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90°。
A:错 B:对答案:A2.单相桥式全控整流电路接大电感负载时，控制角α最大移相范围是120°。
第二讲 三相逆变电路
+Vdc
G
+
Vdc /2
-
+
Vdc /2
-
VT1
R
VT4
iR
VT3
Y
VT6
iY
VT5
B
VT2
iR
ZY
ZR
ia
ib
ZB
N
曲阜师范大学 新能源技术研究所
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4.4.2 三相电压型逆变电路
当G点和N点不连接时，180O导电型工作过程，负载为阻性。6个功率 管的驱动信号如图6-20所示，其导通顺序为5、6、1；6、1、2；1、2、 3；2、3、4；3、4、5；4、5、6；5、6、1….；每组管子导通60度。 6个状态的等效电路如图6-21所示。
t
t 2
t
表示为电角度
(5-16) (5-17)
t 2
t
2
(5-18)
ω为电路工作角频率；r、β分别是tr、tβ对应的电角度
曲阜师范大学 新能源技术研究所
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4.4.1 单相电流型逆变电路
➢ 数量分析
忽略换流过程，io可近似成矩形波，展开成傅里叶级数
io
4Id
sin
t
1 sin 3t
解：U UN1
U UN1m 2
0.45Ud ＝0.45×200＝90（V）
U UN1m
2U d
0.637Ud ＝0.637×200＝127.4（V）
2 U UV1m
3U d
1.1Ud ＝ 1.1×200=220（V）
U UV1
U UV1m 2
6
Ud
0.78U d
＝ 0.78×200=156（V）
电子电子技术第4章 DC-AC变换电路
控制方式：开关器件T1和T2在一个输出电压基波周期 T0内互补地施加触发驱动信号，且两管驱动信号时间 都相等
当T1导通T2关断时 ，当T2导通T1关断时 ，所以电压波形为占空 比为50％的方波。改变T1和T2的驱动信号的频率，即可以改变 输出电压的频率，输出电压的基波频率
输出电压：
开T20 关t 管T0 时T2、，T开3，关当管负T载2、电T3被流触由发a流，向当b负时载，电电流流由经过b流D2向、aD时 3续，流电流流经
瞬时负载电流 ：
iL
n 1,3,5...
4VD n Zn
sin
(nt
n )
– 其中n次谐波阻抗 Zn R2 (nL)2
且直流侧需要两个电容器串联，工作时还要控制两个电容 器电压的平衡 半桥电路常用于几kw以下的小功率逆变电源
2.电压型单相全桥式逆变电路
电路特点：全桥电路可看作由两个半桥电路组成，有四个桥臂， 包括四个可控开关器件及反并联二极管，在直流母线上通常还 并联有滤波电容。
控制方式：T1和T4同时开通和关断，T2和T3同时开通和关断（存
b) 电流型逆变器：在直流测串联有大电感，可以抑制输出直流电
流纹波，使得直流测可以近似看作一个理想电流源。
按交流输出类型分类：
a) 当变换装置交流侧接在电网上，把直流电逆变成同频率的 交流电回馈到电网上去，称为有源逆变。
b) 当变换装置交流侧和负载连接时，将由变换装置直接给电 机等负载提供频率可变的交流电，这种工作模式被称为无 源逆变。
b) 负载换流：由负载提供换流电压称为负载换流，通常采用 的是负载谐振换流。
c) 强迫换流：通过附加的换流装置，给欲关断的器件强迫施 加反向电压或反向电流的换流方式称为强迫换流。
电力电子习题答案
第2章电力电子器件与信息电子电路中的二极管相比，电力二极管具有怎样的结构特点才能使它具有耐受高电压和大电流的能力解：1. 电力二极管是垂直导电结构，使得硅片中通过电流的有效面积增大，提高通流能力 2.电力二极管在P区和N区多了一层低掺杂区，可以承受很高的电压而不致被击穿；3.具有电导调制效应。
使晶闸管导通的条件是什么答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正相阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲）。
或者U AK >0且U GK>0维持晶闸管导通的条件是什么怎样才能使晶闸管由导通变为关断答：维持晶闸管导通的条件是使晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最小电流，即维持电流。
图2－27中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，各波形的电流最大值均为Im , 试计算各波形的电流平均值I d1,I d2,I d3与电流有效值I1，I2，I3解:a) Id1= Im I1==b) Id2== Im I2= Imc) Id3== Im I3== Im.上题中如果不考虑安全裕量,问100A的晶阐管能送出的平均电流Id1、Id2、Id3各为多少这时,相应的电流最大值Im1,Im2,Im3各为多少解:额定电流I T(AV)=100A的晶闸管,允许的电流有效值I=157A,由上题计算结果知a) Im1=I/=, ≈≈89.48Ab) Im2=I/ = Id2= =c) Im3=2I=314 Id3= =和普通晶闸管同为PNPN结构,为什么GTO能够自关断,而普通晶闸管不能答: GTO之所以能够自行关断,而普通晶闸管不能,是因为GTO与普通晶闸管在设计和工艺方面有以下几点不同：l)GTO 在设计时2α较大,这样晶体管V2控制灵敏,易于GTO 关断;2)GTO 导通时21αα+的更接近于l,普通晶闸管5.121≥+αα,而GTO 则为05.121≈+αα，GTO 的饱和程度不深,接近于临界饱和,这样为门极控制关断提供了有利条件;3)多元集成结构使每个GTO 元阴极面积很小, 门极和阴极间的距离大为缩短,使得P2极区所谓的横向电阻很小, 从而使从门极抽出较大的电流成为可能。
第4章 4逆变电路多重化
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。
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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。
110kV 馈线A 27.5kV 馈线B 27.5kV
Lfa Cdc Cdc
Tb
Cdc
Cdc
Cdc
Cdc
独立直流电源型
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110kV
--电力电子技术-110kV
馈线A 27.5kV
馈线B 27.5kV
馈线A 27.5kV
馈线B 27.5kV
Ta
Cdc
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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°。
5
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6U d n
n次谐波有效值为： U U1n
☞输出相电压uUN的基波电压有效值为：
U UN1
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2 6U d
1.56U d
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4U d u1 sin nt n 1 n
n=1,3,5...
4U d u2 sin n(t - ) 3 n 1 n
n=1,3,5...
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2、三电平逆变器（Threelevel 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。
Ud VTj1 , VTj2导通，VTj3 , VTj4关断; 2 , ukN 0, VTj2 , VTj3导通，VTj1 , VTj4关断; ( j 1, 2,3;k=u,v,w) U d , VTj3 , VTj4导通，VTj1 , VTj2关断. 2
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◆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。
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2.Three-phase Series 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°。
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Lf
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Cdc
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链式逆变器
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独立直流电源型
单元串联逆变器
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0.78U d
6U d n
n次谐波有效值为： U U1n
☞输出相电压uUN的基波电压有效值为：
U UN1
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2 6U d
1.56U d
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其n次谐波有效值为:
U UNn 2 6U d 1 U UN1 n n
式中，n=12k±1，k为自然数，在uUN中已不含5次、7次等谐波。
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作业:
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三 相 两 重 逆 变 器 波 形
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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。
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2)基本的数量关系
☞uU1傅里叶级数：
2 3U d 1 k u U1 sin t ( 1) sin n t n n
式中，n=6k±1，k为自然数。 ☞uU1的基波分量有效值为：
U U11 6U d
2.Three-phase Multiple Inverter
二、Multiple Inverter Topology 三、Multilevel Inverter 1.Two-level Inverter 2.Three-level Inverter
2
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目的:改善输出波形,使其更接近于正弦波。
拓展：七电平
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飞跨电容三电平逆变器 （Flying-Capacitor Inverter） 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； 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； --The END-19
第四章 逆变电路（DC-AC）
Inverter
主讲：伍文俊
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§4.5 多重逆变电路和多电平逆变电路
(Multiple Inverter and Multilevel Inverter)
一、Multiple Inverter Principle
1.Single-phase Multiple Inverter
馈线B 27.5kV
Ta
Cdc
Tb Cdc
变压器隔离型
特殊变压器隔离型
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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。
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三、Multilevel Inverter 1、两电平逆变器（Twolevel Inverter）
Ud , 上桥臂导通 2 u jn (j u, v, w) U d , 下桥臂导通 2
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一、Multiple Inverter Principle
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 Series 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。
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。
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二、Multiple 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。