多电平逆变电路
多电平逆变器简介
多电平逆变器主要有三种拓扑结构：二极管箝位型、飞跨电容型和级联型。
二极管箝位型电路需要保证直流侧电容均压，控制困难，实际应用中还是三电平电路为主，一般不超过五电平。
飞跨电容型，亦称电容箝位型，同样存在电容电压平衡控制及冗余开关状态优化的问题，实际应用较少。
级联型多电平逆变器，又称链式逆变器，以普通的单相全桥（H桥）逆变器为基本单元，将若干个功率单元直接串联，串联数越多，输出电平数也越多。
它的优点是不存在电容平衡问题，电路可靠性提高，易于模块化，适合7电平、9电平及以上的多电平应用，是目前应用最广的多电平电路。
缺点是需要多路独立的直流电源且不易实现四象限运行。
多电平逆变器的PWM控制策略可分为：在上述的多电平逆变器的PWM控制法中，空间电压矢量控制法适用于三-五电平的逆变器，五电平以上的多电平逆变器空间电压矢量数目较多，控制算法复杂，不适合用该方法。
对于五电平以上的多电平逆变器，适合采用载波调制PWM控制法。
载波层叠PWM控制法和开关频率优化PWM控制法，既可用于二极管箝位型和飞跨电容型逆变器，也可以应用于具有独立直流电源的级联型逆变器。
载波移相PWM 控制法和开关频率优化PWM控制法，则适合于级联型多电平逆变器。
开关频率优化PWM控制法由于正弦调制波中加入了三次谐波，因而只适用于三相多电平逆变器。
对于三相具有独立直流电源的级联型多电平逆变器，载波移相和开关频率优化结合的PWM控制法，可提高等效开关频率，控制效果更好。
多电平三相逆变器中，空间矢量密集，可供选择的矢量模大小种类很多，电压合成更加接近正弦波，所以多电平的空间电压矢量法控制进度高，输出电压的谐波含量小。
但在电平数在5电平以上的多电平逆变器中，此时空间电压矢量法控制算法非常复杂。
PWM．型多电平逆变器一、NPC）2优点：1）可根据不同的需要选择不同的功率器件，提高功率器件的利用率；）3电平数越大，输出电压的谐波含量就越少，输出电压波形与正弦波就越接近；可直接实现大功率和高电压，功率变换装置的成本降低。
多重逆变电路和多电平逆变电路
uo
Ld id VT 1 Ed VT 2
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iVT
2
iVT
3
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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
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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
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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
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2,3
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Id t t4 t t5 t uo O t t6 t7 t t
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。
多电平逆变器技术介绍
多电平逆变器技术介绍摘要本文首先介绍了多电平逆变器的发展历史，然后根据单电源供电和多电源供电的不同分别阐述了中点钳位型、电容钳位型和级联H桥型等几种多电平逆变器拓扑和工作原理。
关键词多电平；逆变器；钳位；级联H桥德国的学者Holtz于1977年提出了一种三电平逆变器，他在两电平半桥式逆变器电路的基础上，加人了开关管辅助钳位电路，得到了三电平电压输出。
但这种三电平逆变器由于采用的是开关管辅助钳位结构形式，故只能得到三电平输出，即使增多开关管也不能得到多电平输出，所以只能算是一种多电平逆变器的雏形，还算不上是真正的多电平逆变器。
1980年，日本长冈科技大学的南波江章(A. Kira Nabae)等人对其进行了改进与发展，在IEEE工业应用(IAS)年会上提出了二极管钳位式三电平逆变器主电路的结构。
这才开始进入到多电平逆变器的研发新阶段。
由于电力系统的发展、高压大功率交流电动机变频调速的发展和环保节能的需要，又促使高电压大功率多电平逆变器的研究进入到一个新高潮。
随着Akira Nabae二极管钳位式三电平逆变器的出现，1983年，P. M. Bhagwat等人将三电平扩展到五电平、七电平和多电平二极管钳位式逆变器。
1999年，Xiaoming Yuan提出了二极管自钳位多电平逆变器。
1992年，法国学者T. A. Meynard和H. Foch，提出了飞跨电容钳位式多电平逆变器。
2000年由Fang Z.Peng在综合了多种钳位式多电平逆变器(如二极管钳位式、飞跨电容钳位式以及二极管与飞跨电容混合钳位式多电平逆变器)的特点以后，在2000年的IEEE 工业应用(IAS)年会上，提出了一种通用式的多电平逆变器的主电路结构。
这种电路结构可以不需要借助于附加电路来抑制直流侧电容的电压偏移问题，并从理论上实现了一个真正的有实际应用价值的多电平逆变器的主电路结构。
此电路结构是以飞跨电容钳位的半桥式结构为基本单元组成的电容电压自平衡式通用钳位多电平逆变器。
t型三电平电路
t型三电平电路T型三电平电路是一种特殊的多电平逆变器电路，它可以将直流电源供电的负载转换为交流电源供电的负载。
T型三电平电路由两个可控开关管和一个不可控二极管组成，可以实现更高效的电能转换。
首先，让我们来了解一下T型三电平电路的工作原理和结构。
T型三电平电路的工作原理是通过控制两个可控开关管的开关状态来实现电能转换。
在这个电路中，可控开关管分为上臂和下臂，可以分别调节电流的流动方向。
不可控二极管则用于电流的正向导通。
当上臂开关管和下臂开关管均关闭时，电流可以通过不可控二极管流动。
当上臂开关管打开时，电流可以从直流电源流向负载；当下臂开关管打开时，电流可以从负载流回到直流电源。
T型三电平电路的结构非常简单。
它由两个可控开关管和一个不可控二极管组成，它们通常被放置在桥臂结构中。
上臂的可控开关管和下臂的可控开关管连接在一个共同的交流电源上，而不可控二极管则连接在另一个电源上。
T型三电平电路有许多优点。
首先，它可以实现高电压、高频率和高功率的电能转换。
同时，由于它采用了多电平逆变技术，可以更有效地减少电能转换过程中的电磁干扰。
此外，T型三电平电路还具有较低的谐波含量和更好的波形质量，可以满足负载对电能质量的要求。
在实际应用中，T型三电平电路有着广泛的应用。
它可以用于风能发电系统、太阳能发电系统和电动汽车等领域。
在这些应用中，T型三电平电路可以将不稳定的直流电源转换成稳定的交流电源，并提供可靠的电能供应。
此外，T型三电平电路还可以与其他逆变器电路结合使用，以实现更高效的电能转换。
例如，它可以与谐振逆变器、多电平逆变器和多电平逆变器等电路结合使用，以满足不同负载对电能转换效率和电能质量的需求。
总之，T型三电平电路是一种高效、高频率和高功率的电能转换电路，可以满足负载对电能转换效率和电能质量的要求。
它具有简单的结构、广泛的应用领域和多种电能转换方式的优点。
在未来的发展中，T型三电平电路有望实现更高效、更稳定和更可靠的电能转换。
多电平逆变器简介
多电平逆变器拓扑结构及其控制策略的比较多电平逆变器主要有三种拓扑结构：二极管箝位型、飞跨电容型和级联型。
二极管箝位型电路需要保证直流侧电容均压，控制困难，实际应用中还是三电平电路为主，一般不超过五电平。
飞跨电容型，亦称电容箝位型，同样存在电容电压平衡控制及冗余开关状态优化的问题，实际应用较少。
级联型多电平逆变器，又称链式逆变器，以普通的单相全桥（H桥）逆变器为基本单元，将若干个功率单元直接串联，串联数越多，输出电平数也越多。
它的优点是不存在电容平衡问题，电PWM控弦波，5电平以一、NPC型多电平逆变器优点：1）可根据不同的需要选择不同的功率器件，提高功率器件的利用率；2）电平数越大，输出电压的谐波含量就越少，输出电压波形与正弦波就越接近；3）可直接实现大功率和高电压，功率变换装置的成本降低。
缺点：1）每相桥臂开关器件的工作频率不同，造成了各开关器件的负荷不一致；2）对于m电平电路来说，每个桥臂需要（m-1）（m-2）个箝位二极管，即随着电平数的增加，所需箝位二极管数目将快速增加，成本增加；3）电平数越大，利用冗余开关状态来平衡分压电容的电压平衡的控制算法就越复杂。
二极管箝位型三电平逆变器1.拓扑结构三电平逆变器共有33=27的空间电压矢量，3个零矢量，独立的空间电压矢量有19（=1+1*6+2*6）个，60°区域小三角形个数为1+3=4。
2.控制策略1实际上，2运算34①坐标变换采用的60°坐标系为g-h坐标系，取g轴与α轴重合，逆时针旋转60°为h轴，设参考矢量，坐标系α-β到g-h坐标系的坐标变换公式为：则坐标系a-b-c到g-h坐标系的坐标变换公式为：归一化处理后（矢量坐标整数化），将三电平逆变器的基本矢量变换至g-h坐标系，得到的变换到60°坐标系下三电平逆变器的空间矢量图如图所示：②矢量分区方法扇区的确定方法：空间矢量图可分成6个扇区（A-F），设参考电压矢量在60°坐标系中的坐标为。
多电平逆变电路的三种控制方法
多电平逆变电路的三种控制方法多电平变换器PWM控制方法可分为两大类：三角载波PWM技术和直接数字技术（空间电压矢量法SVPWM），它们都是2电平P WM在多电平中的扩展。
1. 三角载波PWM方法①消谐波PWM（SHPWM）法消谐波PWM法的原理是电路的每一相使用一个正弦调制波和几个三角波进行比较，在正弦波与三角波相交的时刻，如果正弦波的幅值大于某个三角波的值，则开通相应的开关器件，否则，则关断该器件。
为了使M－1个三角载波所占的区域是连续的，它们在空间上是紧密相连且对称地分布在零参考量的正负两侧。
消谐波PWM是2电平三角载波PWM在多电平中的扩展。
②开关频率最优PWM（SFOPWM）法开关频率最优法是由2电平三角载波PWM扩展而来。
它的载波要求与SHPWM法相同，不同的是它在正弦调制波中注入了零序分量。
对于一个三相系统，这个零序分量是三相正弦波瞬态最大值和最小值的平均值，所以SFOPWM的调制波是三相正弦波减去零序分量后所得到的波形。
这种方法通过在调制波中注入零序分量而使得电压调制比达到1.15。
但是该方法只能用于三相系统。
因为在单相系统中注入的零序分量无法互相抵消，从而在输出波形中存在三次谐波，而在三相系统中就不会有这种问题。
实际上，这种零序分量注入的方法在本质上与电压空间矢量法是一致的，它相当于零矢量在半开关周期始末两端均匀分布的空间电压矢量法。
所以，SFOPWM法可以看成是2电平空间电压矢量法在多电平变换器控制中的推广。
③三角波移相PWM（PSPWM）法三角载波移相PWM法是一种专门用于级联型多电平变换器的P WM方法。
这种控制方法与SHPWM方法不同，每个模块的SPWM 信号都是由一个三角载波和一个正弦波比较产生，所有模块的正弦波都相同，但每个模块的三角载波与它相邻模块的三角载波之间有一个相移，这一个相移使得各模块所产生的SPWM脉冲在相位上错开，从而使得各模块最终叠加输出的SPWM波的等效开关率提高到原来的Keff倍，在不提高开关频率的条件下大大减小了输出谐波。
多电平逆变电路
多电平逆变电路
多电平逆变电路是一种能将直流电源转换为可变频率、可变幅
值交流电源的电路。
它由多个电平组成，通过在电路中加入电容、电感等元器件，可以得到不同的输出电压，实现对输出波形的调节。
多电平逆变电路主要由以下几部分组成：
1. 直流输入模块：该模块主要由直流电源、电容滤波器和直流
输入端元件组成。
直流输入模块的作用是将输入的脉冲直流电源
转换为平滑的直流电源，为后续的逆变模块提供直流电源。
2. 逆变模块：该模块的核心是由多个电平组成的全桥逆变电路，包括两组双开关电路和一个输出变压器。
逆变模块的作用是将直
流电源转换成交流电源，通过调节电容、电感等元器件的参数，
可以得到不同的输出电压。
3. 控制模块：该模块主要由控制器和驱动电路组成，用于控制
逆变模块的开关电器的开关时间和状态，实现对输出波形的控制。
4. 输出滤波模块：该模块主要由输出电路滤波器和负载组成，
用于滤除逆变模块输出波形中的谐波和噪声，提高波形的质量，
并将电能输出到负载中。
多电平逆变电路具有如下优点：
1. 输出电压、频率、幅值可自由调节，适用范围广。
2. 电路结构简单，易于实现。
3. 效率高，输出波形质量好。
4. 适合多种负载，能够满足不同的应用需求。
总之，多电平逆变电路是一种十分实用的电路，在工业生产、交通运输、电力能源等领域有着广泛应用。
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即有，
在第二个节拍中开关管T6T1T2 导通，A端接在电源的P 端，B端接在电源的Q端，C端接在电源的Q端，负载联 接关系如下图所示： VAN电压为：
即有，
在第三个节拍中开关管T1T2T3 导通，A端接在电源的P 端，B端接在电源的P端，C端接在电源的Q端，负载联 接关系如下图所示： VAN电压为：
（1）VAO 电压波形分析 在前三个节拍（T5T6T1），（T6T1T2），（T1T2T3） 中，开关管T1一直导通，A端一（T2T3T4），（T3T4T5），（T4T5T6） 中，开关管T4一直导通，A端一直接在电源的Q端，故有：
VAO 电压周期波形如下图所示
在第6节拍（T4T5T6）中T4T6同时导通A端接在电源的Q 端，B端也接在电源的Q端，故有AB之间的电压降VAB：
VAB电压周期波形如下图所示
（3）VAN电压波形分析 在第一个节拍中开关管T5T6T1 导通，A端接在电源的P 端，B端接在电源的Q端，C端接在电源的P端，负载联 接关系如下图所示： VAN电压为：
（2）VAB电压波形分析 在第1,2节拍（T5T6T1），（T6T1T2）中T1T6一直导通 A端接在电源的P端，B端接在电源的Q端，故有AB之间的 电压降VAB：
在第3节拍（T1T2T3）中T1T3同时导通A端接在电源的P 端，B端也接在电源的P端，故有AB之间的电压降VAB：
在第4,5节拍（T2T3T4），（T3T4T5）中T3T4一直导通 A端接在电源的Q端，B端接在电源的P端，故有AB之间的 电压降VAB：
（3）Sa=2：如右图，当iA 为正值时，电流iA从P点经 T1、T2流入负载A点；当iA 为负值时，电流 iA从A端经 D2，D1流至P点，因此， 无论iA为何值，Ａ端都接到 P点，故有：
归纳：
我们可以总结出VAO关于Sa的函数表达式：
同理可以总结出
输出线电压可表示为：
写成矩阵形式：
A、B、C每相都有三种开关状态，三相共有27种状态。 每一种状态的各相电压都可以表示成一个电压矢量在各 相上的投影。27种开关状态对应是矢量图
多电平逆变电路
s20110318
1 三相二电平逆变电路
1.1三相二电平逆变电路原理图
图4.19 （a）三相二电平逆变电路
1.2三相二电平逆变电路工作原理 三相二电平逆变电路工作的每个周期可分为六个节拍， 每个节拍持续1/6周期（也就是60度角度），开关状态 如下图所示。
图4.19 （b）三相二电平逆变电路矢量
以电压矢量V24为例。矢量V24对应着开关变量 （Sa，Sb，Sc）=（2,2,0）逆变电路负载实际联接如下图
三相三电平逆变器输出波形图
（1）Sa=0：如右图，当iA 为正值时，电流iA从电源负 端Q经D4、D3流入负载A点； 当iA为负值时，电流 iA从A 端经T3，T4流至Q端，因此， 无论iA为何值，Ａ端都接到 Ｑ点，故有：
（2）Sa=1：如右图，当iA 为正值时，电流iA从O点经 D5、T2流入负载A点；当iA 为负值时，电流 iA从A端经 T3，D6流至O点，因此， 无论iA为何值，Ａ端都接到 O点，故有：
即有，
至此，我们已经分析了在一个开关周期的前半周期内， 电压降VAN函数值，用同样的分析方法，我们可以得 出后半周期的VAN电压函数值如下：
VAN电压周期波形如下图所示
2 三相三电平电平逆变电路
2.1三相二电平逆变电路波形图
2.2三相三电平逆变电路原理图
2.2三相二电平逆变电路工作原理 对各桥臂开关状态进行如下定义： 用变量Sa，Sb，Sc分别表示A，B，C三相桥臂，变量取值 以Sa为例； T1、T2关断，T3、T4导通，Sa=0； T1、T4关断，T2、T3导通，Sa=1； T3、T4关断，T1、T2导通，Sa=2； Sb，Sc定义与之类似。