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
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
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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
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。
多电平逆变器的核心电路结构及其工作原理
多电平逆变器的核心电路结构及其工作原理引言多电平逆变器是一种重要的功率电子设备，广泛应用于各种电力电子系统和新能源领域。
本文将介绍多电平逆变器的核心电路结构以及其工作原理。
核心电路结构多电平逆变器的核心电路结构由多个单元级并联连接而成。
每个单元级都由一个半桥变换电路组成，其中包括两个开关器件（一般为MOSFET或IGBT）和一个逆变电路，用于将直流电源转换成多种电平的交流输出。
在核心电路结构中，每个单元级的开关器件交替导通，以实现逆变过程中输出电压的多电平控制。
为了有效控制开关器件并保护其工作状态，通常还会添加电流互补的二极管并联于开关器件上。
此外，逆变电路通常由电感、电容和滤波器等元件组成，以实现对输出电压和电流的滤波和平滑。
工作原理多电平逆变器的工作原理基于 PWM（脉宽调制）技术，通过调节开关器件的导通时间和截止时间来控制输出电压的多种电平。
其具体步骤如下：1. 输入直流电源经过逆变电路，得到一个不稳定的三相交流电压。
2. 通过单元级的半桥变换电路，将不稳定的三相交流电压转换为稳定的多种电平的交流输出。
每个单元级的开关器件交替导通，通过调节导通时间和截止时间，可以获得不同电平的输出电压。
3. 经过电感、电容和滤波器等元件的处理，输出电压平滑过滤，并且去除杂散干扰，得到高质量的输出交流电压。
4. 控制系统不断采样检测输出电压和电流状态，并根据需要调节各个单元级的开关器件导通时间和截止时间，以动态调整输出电压。
多电平逆变器的工作原理可以灵活地控制输出电压的谐波含量和波形结构，从而满足不同应用领域对电力质量的要求。
同时，由于单元级的并联连接，故障发生时只需维修故障单元级，对整个逆变器的影响较小。
结论多电平逆变器是一种重要的功率电子设备，其核心电路结构由多个单元级并联连接而成。
通过 PWM 技术控制开关器件的导通时间和截止时间，可以实现多种电平的输出电压。
多电平逆变器的工作原理灵活，能够满足不同应用领域的需求，并且故障发生时维修代价相对较低。
五电平逆变器工作原理
五电平逆变器工作原理
“五电平逆变器工作原理”这句话的意思是“五电平逆变器的工作原理或工作方式”。
五电平逆变器是一种多电平逆变器，其工作原理基于虚拟直流电压技术。
核心部件是由五个开关管组成的电路，可以将直流电压转换为多个不同的交流电压水平。
这些不同的电压水平可以通过PWM技术进行调控，实现对交流电压的控制。
具体地说，五电平逆变器的工作分为两个阶段：
1.第一阶段：将直流电源转换为方波脉冲。
控制电路会根据输出电压的变化
情况，调节开关管的频率和占空比，控制方波脉冲的输出。
2.第二阶段：将方波脉冲转换为高质量的交流电源。
方波脉冲传到多电平输
出滤波器后，由于多电平输出滤波器中含有多个开关管，可以变换输出电平，从而达到输出多电平电源的效果。
总结来说，五电平逆变器的工作原理是通过开关管将直流电源转换为方波脉冲，再通过多电平输出滤波器将其转换为高质量的交流电源。
电力电子技术-多重逆变电路和多电平逆变电路
u UN'
a)
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2Ud 3
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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
多重逆变电路和多电平逆变电路
O
07.06.2020
t1
t2
t3
t
返a 回
30
图5-18 无换相器电动机的基本电路
脉冲分配器
VT1 VT3 VT5 U
Ud UdM VT4 VT6 VT2
V MS W3
BQ
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返a 回
31
图5-19 无换 相器电动机电
路工作波形
u
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VT
导
4
通
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VT
导
1
通 VT
▪ 此外，间接直流变流电路大量用于开关电源，其中 的核心电路仍是逆变电路
▪ 将在第8章介绍，学完第8章后，对逆变电路及其应 用将有更完整的认识
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13
图5-1 逆变电路及其波形举例
uo
S1 io 负载S3
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a)
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返a 回
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图5-8 带中心抽头变压器的逆变电
路
负载
io
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多电平逆变器的主电路结构及其工作原理
多电平逆变器的主电路结构及其工作原理1. 引言多电平逆变器是一种广泛应用于电力电子领域的电路结构，它可以将直流电能转换为多个不同电平的交流电能，使得电能的输出更加稳定和高效。
本文将介绍多电平逆变器的主电路结构以及其工作原理。
2. 主电路结构多电平逆变器的主电路结构主要包括直流电源、开关器件、电容和电感等元件组成。
2.1 直流电源直流电源是多电平逆变器的输入端，通常是通过整流器将交流电能转换为直流电能。
直流电源的电压和容量决定了多电平逆变器的输出能力。
2.2 开关器件开关器件是控制多电平逆变器工作的关键组成部分。
常用的开关器件包括MOSFET、IGBT和GTO等。
通过控制开关器件的导通和关断过程，可以实现直流电能到交流电能的转换。
2.3 电容和电感电容和电感是用来滤波和储能的元件。
电容可以平滑输出电压和电流，减小输出的波动性；而电感则可以储存电能，并提供稳定的电流输出。
3. 工作原理多电平逆变器的工作原理是通过调整开关器件的导通和关断时间，控制输出电压的波形和电平数量。
具体工作原理如下：1. 初始化阶段：启动逆变器时，在给定的电压和电流条件下，控制开关器件的初始状态。
2. 正常工作阶段：在逆变器正常工作时，开关器件按照预设的控制规律进行导通和关断。
通过合理的开关频率和占空比控制，可以实现多电平输出，从而提高输出的波形质量和效率。
3. 故障恢复阶段：当逆变器遇到故障或异常情况时，及时进行故障检测和处理，保证逆变器的安全稳定运行。
4. 应用领域多电平逆变器广泛应用于电网无功补偿、电力传输、工业控制和新能源领域等。
它的高效稳定的输出特性，使得它成为了现代电力电子系统中不可缺少的关键技术。
5. 结论多电平逆变器的主电路结构和工作原理已在本文中进行了简单介绍。
深入了解和研究多电平逆变器的电路结构和工作原理，对于提高电能转换的效率和质量具有重要意义。
以上是关于多电平逆变器的主电路结构及其工作原理的文档，希望对您有所帮助。
多电平逆变电路主要有哪几种形式？各有什么特点？
多电平逆变电路主要有哪几种形式？各有什么特点？多电平逆变电路是一种通过在输出电压上产生多个离散电平的逆变器结构。
常见的多电平逆变电路形式包括以下几种：
1.多电平PWM逆变电路：利用多种开关模式和多级逆变电
路，通过PWM调制技术在输出电压上实现多个离散的电
平。
其中较为常见的是三电平和五电平的PWM逆变电路。
o三电平PWM逆变电路：具有三个输出电平（正、零和负），可以实现更低的谐波和更接近正弦波形的输
出。
o五电平PWM逆变电路：具有五个输出电平，进一步降低了输出谐波含量和提高了输出波形质量。
2.多电平逆变电路：通过多级串联逆变器实现多个输出电平，
每个级别可以控制并输出不同的电压水平。
这种电路可根
据需要灵活地增加级数，以增加输出电压水平的数量。
以上多电平逆变电路的特点包括：
•低谐波含量：通过产生更多的离散电平，能够有效降低逆变器输出的谐波含量，接近于正弦波形输出。
•更高的输出质量：多电平逆变电路可以提供更平滑、更接近正弦波的输出电压，减小谐波畸变和噪声。
•更低的电磁干扰：由于输出波形更接近正弦波形，多电平逆变电路产生的电磁干扰较少。
多电平逆变电路通常适用于对输出波形质量要求较高的应用，
如电力电子领域、可再生能源逆变器、电机驱动等。
然而，多电平逆变电路的设计和控制较为复杂，电路结构和开关模式的选择需要根据具体应用需求和性能要求进行仔细的分析和优化。
多电平逆变电路的控制方法仿真研究
器 的数 学模型 ， 解决 传统 多电平 空 间矢量 Ｐ Ｍ 方 法 复 杂 ， 以应 用 于 实际 系统 的 问题 ， 为 Ｗ 难 提 出 了一 种 新 型 多 电 平 的 Ｓ Ｗ Ｍ 方 法． 验 证 新 方 法 的 正 确 性 ， 行 了 Ｍａｌｂ ． ／ ｉ ｌ ｌ ＶＰ 为 进 ｔ ７ ｏ ｓｍｕｉ ￣ ａ ｎ 系统 仿 真 ， 果 初 步 验 证 了新 型 多 电 平 Ｓ Ｗ Ｍ 方 法 的 可 行 性 ， 多 电 平 空 间 矢 量 Ｐ Ｍ 方 结 ＶＰ 为 Ｗ
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收 稿 日期 ： ０ ００ — １ ２ １—９１
作 者 简介 ： 彦 京 （９ ６ ， ， 北 省 宁晋 县 人 ， 授 ， 士 ， 究 方 向 ： 力 电子 与 电 力传 动 、 场 总线 技 术 及 其 在 电力 传 动 中 的应 用 孟 １ ５ 一） 男 河 教 硕 研 电 现
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８ ・ ６
法 的 实 际 应 用提 供 了一 种 新 的 思 路 ．
关键 词 ： 电平逆 变 器 ；电压 空 间矢量 ； ＷＭ 控 制 ； 真研 究 多 Ｐ 仿
中 图法分 类号 ： ＴＭ１ ３ 文 献 标 识 码 ：Ａ
０ 前 言
在 电力 电子领域 ， 随着 电力 电子技术的发展 ， 高压大功率变换器 已获得广泛应用 ， 特别是在交 通 、 冶金 、 石油
电力等领域 ， 对变换器容量的要求 也越 来越大ｌ ． １ 由于受 到功率器 件容量 的限制 ， ］ 在高压 大容量 的应用场合 ， 传 统 电路一般采用 ２ 种方法来实现 ： 一种是用 中低压变换 器采用 多重化技 术实现 ； 另一 种是低压 器件 串联 应用实 现高压输出． 但是上述 ２种方法均存在较大缺点 ， 多重化技术 需要庞 大的变压 器 ， 其系统造 价提 高、 降低 了系统 效率 ， 同时因变压器磁性材料的特性 ， 变换器在低 频（ ０Ｈ ） ＜２ ｚ 时能量传 输 困难 ， 大大 限制 了该 方法在低 频变换 器上的应用． 而器件 串联应用则存在器件均压 问题 ， 不论静 态均压还是 动态均压 电路 ， 均会 使系统 电路 复杂 ， 可 靠性 降低． 为此 ， 研究人员努力寻求一种既无需 变压器 ， 又无需 均压 电路 的变换 器拓扑结 构 ，多 电平变 换器” “ 的 出现引起 了人们的注意并 受到越来越多 的关注． ９７ ， 国学者 Ｈｏ ｚ １７ 年 德 ｌ 首次提 出三电平变换拓 扑 ， 主电路采 ｔ 其 用常规 的两 电平 电路 ， 仅在其每相桥臂带 一对开关 管作为辅 助 中点进 行钳位． ｂｅＡ 等人将辅 助开关 管换成 Ｎａａ
多电平逆变器主电路拓扑结构综述
多 电平 逆 变 器 主 电路 拓 扑 结 构 综 述
Ｓｕ ｒ ｖ ｅ ｙ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ Ｔｏ ｐ ｏ ｌ ｏ ｇｉ ｃ ａ ｌ Ｓｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｏ ｆ Ｍａ ｉ ｎ Ｃｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ｏ ｆ Ｍｕ ｌ ｔ ｉ ｌ ｅ ｖ ｅ ｌ Ｉ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ
ａ ｎ ｄ ｄ ｉ ｓ ａ ｄ ｖ ａ ｎ ｔ ａ ｇ ｅ ｓ ｏ ｆ ｔ ｒ ａ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｔ ｏ ｐ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ａ ｎ ｄ ａ ｐ ｐｌ ｉ ｃ ａ ｂｌ ｅ ｓ ｃ ｏ ｐｅ ｏ ｆ ｍｕ ｈ ｉ ｌ ｅ ｖ ｅ ｌ ｉ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ ａ ｒ ｅ ｄ ｅ ｓ ｃ ｒ ｉ ｂ ｅ ｄ ｉ ｎ ｄ ｅ ｔ ａ ｉ ｌ ，ａ ｎ ｄ ｔ ｈｅ ｏ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎａ ｌ ｐ ｒ ｉ ｎ ｃ ｉ ｐ ｌ ｅ ｓ ｏ ｆ ｓ ｅ ｖ ｅ ｒ ａ ｌ ｎ ｏ ｖ ｅ ｌ ｔ ｙ ｐ ｅ ｓ ｏ ｆ ｔ ｏ ｐ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｅ ｓ舭 ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｅ ｍｐ ｈ ａ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｌ ｙ ． Ｂｙ ｃ ｏ ｍｐ ａ ｒ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｎ ｅ ｗ ｔ ｏ ｐ ｏ ｌ ｏ ｙ ｇ ａ ｎ ｄ ｔ ｒ ａ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｔ ｏ ｐ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ。ｉ ｔ ｉ ｓ ｋ ｎ ｏ ｗｎ ｔ ｈ ａ ｔ ｒ ｅ ｄ ｕ ｃ ｉ ｎｇ
文献 标 志码 ： Ａ
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｍｕｌ ｔ ｉ ｌ ｅ ｖ ｅ ｌ ｉ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ ｆ ｅ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｓ ｈ ｉ ｇ ｈ ｅ ｒ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ ｌ ｅ ｖ ｅ ｌ ，ｉ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｉ ｎ ｇ ｅ ｆ ｉ ｆ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｙ，ｑ ｕ ａ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｏ ｕ ｔ ｐ ｕ ｔ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉｃ ｒ ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ， ａ ｎ ｄ ｌ ｅ ｓ ｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ
多电平逆变电路的拓扑结构及仿真优化
多电平逆变电路的拓扑结构及仿真优化摘要:近年来，在高压大功率应用领域多电平功率变换技术得到了广泛的关注，成为电力电子领域中学者研究的热点。
与传统逆变器相比多电平逆变器的主要缺点需要很多开关器件，但是由于电压在开关器件或单元模块的平均分配，可采用低耐压的功率器件，所以多电平逆变电路并没有在开关方面成本增加。
本文在电平钳位基础上对多电平逆变电路拓扑结构进行了分类，分析了几种典型多电平电路拓扑的优缺点。
对几种多电平电路的PWM控制方法进行了比较分析，讨论了各种方法适用的主电路结构。
主要是在研究传统级联多电平、混合级联多电平、飞跨电容型多电平逆变电路、二极管钳位级联多电平的基础上，提出了一种基于基本单元组合的多电平逆变电路设计方法。
根据本文的研究思想，不仅可以得到已有的多电平逆变电路的拓扑，而且可以推导得到一系列新的拓扑结构从而将多电平逆变拓扑结构的研究统一在基本结构单元的范畴之内，并结合PSpice软件仿真分析。
关键词：多电平；电平钳位；拓扑结构；级联式；基本单元组合The multilevel inverter circuit topology structure andsimulation optimizationAbstract：In recent years, the high pressure high-power application field multilevel power transformation technology is received extensive attention, become the power electronic field scholars research hot spot. Compared with the traditional inverter multilevel inverter the main disadvantage need many switching device, but because the voltage in switching device or unit of the module average distribution, can use the low voltage power components, so the multilevel inverter circuits and not in the switch of increased cost.In this paper based on the clamping level of multilevel inverter circuit topology structure are classified, and analyzes some typical multilevel circuit topology advantages and disadvantages. Several of the circuit of multilevel PWM control methods were compared and analyzed, and the method is discussed a wide main circuit structure. Mainly in the study of traditional cascade multilevel, mixed cascade multilevel, diodes clamping cascade multilevel was put forward on the basis of a basic unit based on the combination of multilevel inverter circuit design method. According to this paper the research idea, not only can receive the existing multilevel inverter circuit topology, and can be a series of new topological structure is derived and the topological structure of the multilevel inverter unified in basic research structure unit within the category, and combined with MATLAB software copy.KeyWords：The multilevel; Level the clamping; The topological structure; Cascade; The basic unit目录第1章绪论 (1)1.1 多电平逆变技术概述 (1)1.2多电平逆变技术进展与现状 (4)1.3 研究目的 (4)1.4多电平逆变器的应用 (5)第二章多电平逆变电路的主电路拓扑分析 (8)2.1 二极管或电容钳位的多电平逆变电路拓扑 (8)2.1.1二极管箝位型多电平逆变电路的工作原理 (8)2.1.2 二极管钳位式多电平逆变电路 (10)2.1.3电容悬浮式多电平逆变电路 (12)2.1.4电容电压自平衡式多电平逆变电路 (13)2.2 飞跨电容型多电平逆变电路 (14)2.2.1 飞跨电容型多电平逆变电路结构和工作原理 (14)2.2.1 飞跨电容型多电平逆变电路的优缺点 (16)2.3 级联式多电平逆变电路 (16)2.3.1 级联型多电平逆变电路的结构和工作原理 (17)2.3.2 H桥逆变单元 (17)2.3.3 对称全桥逆变电路 (18)2.3.5 混合电路串联逆变电路 (19)2.3.4 级联型多电平逆变电路优缺点 (21)2.3 本章小结 (22)第三章基于基本单元的级联式多电平逆变电路 (23)3.1基本单元的介绍 (23)3.2由基本结构得到的多电平逆变拓扑 (23)3.3 功率单元串联级电平逆变电路 (26)3.4 本章小节 (27)第四章仿真研究 (28)4.1 仿真平台 (28)4.2 仿真及结果 (28)4.3 本章小节 (30)结论 (31)致谢 (32)参考文献 (33)第一章绪论近年来，在大功率应用领域多电平功率变换技术得到了很广泛的应用。
三电平逆变电路的基本原理
三电平逆变电路的基本原理嘿，朋友们！今天咱来聊聊三电平逆变电路的基本原理哈。
咱就说啊，这三电平逆变电路就像是一个神奇的魔法盒子。
你看，它里面有好多复杂的结构和线路，但就是能变出我们想要的交流电来。
想象一下，电就像一群调皮的小精灵，在这个电路里跑来跑去。
而三电平逆变电路呢，就像是一个超级厉害的驯兽师，能把这些小精灵管理得服服帖帖的。
它的工作原理其实也不难理解啦。
简单来说，就是通过一系列的开关动作，把直流电转换成交流电。
这就好比你在整理房间，把乱七八糟的东西归置得整整齐齐，然后呈现出一个整洁有序的状态。
在这个过程中，那些开关就像是房间里的各个柜子和抽屉，它们开合的时机和方式决定了最终的结果。
如果开关没控制好，那可就乱套啦，就像房间整理得一塌糊涂一样。
三电平逆变电路的好处可不少呢！它能让输出的交流电更加平稳，就像我们走路一样，稳稳当当的，不会颠得难受。
而且它还能提高效率，让电精灵们更欢快地工作，给我们带来更多的好处。
你说这神奇不神奇？就这么个小小的电路，却有着这么大的能耐。
它在我们生活中的好多地方都发挥着重要作用呢，比如那些大型的电器设备里，都有它的身影。
咱再想想，如果没有三电平逆变电路，那我们的生活得变成啥样啊？很多电器可能都没法正常工作了，那可真是不敢想象啊！
所以说啊，这三电平逆变电路可真是个了不起的发明。
它就像一个默默工作的小英雄，为我们的生活带来了便利和舒适。
总之呢，三电平逆变电路就是这么厉害，这么重要！咱可得好好感谢那些发明和研究它的人，是他们让我们的生活变得更加美好！。
理解电力电子技术中的多电平逆变器原理
理解电力电子技术中的多电平逆变器原理在电力电子技术领域中，多电平逆变器是一种重要的器件，具有广泛的应用。
本文将为您介绍多电平逆变器的原理和工作原理，以帮助更好地理解这一技术。
多电平逆变器是一种能够将直流电能转换为交流电能的电子设备。
它通过在逆变器电路的输出端采用多个电平的电压波形来减小输出电压的谐波含量，从而提高逆变器的性能。
多电平逆变器的主要优点包括：降低谐波失真、提高输出电压质量、降低电磁干扰等。
多电平逆变器的核心元件是功率开关器件和电力电容。
在多电平逆变器中，功率开关器件通常是IGBT（绝缘栅双极型晶体管）或MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）。
功率开关器件通过开关操作来控制电流的流向，并将直流电压转换为具有多电平的交流电压。
为了实现多电平输出，多电平逆变器采用了多个电源，每个电源输出的电压可以分别调节。
通常情况下，这些电源的电压范围是相互叠加的，并且相位差为π/6或π/3。
多电平逆变器的工作原理可以简单概括为以下几个步骤：1. 直流电压输入：多电平逆变器的输入为直流电压，可以通过整流器从交流电源获取。
直流电压的大小根据应用需求而定。
2. 逆变器控制：通过控制信号来控制功率开关器件的导通和截止。
控制信号通常由微控制器或数字信号处理器生成，通过PWM（脉宽调制）技术来实现。
3. 多电平输出：根据控制信号的不同，多个电源的电压经过变换和叠加，形成具有多个电平的交流电压。
这样的多电平输出可以有效减小谐波含量，提高输出波形的质量。
4. 滤波器和输出传输：为了进一步提高输出电压的质量，通常还需要使用滤波电路来滤除谐波信号。
输出电压可以通过变压器等传输装置输送给目标负载。
多电平逆变器在许多领域中都有广泛的应用，包括工业控制、电力调节、再生能源等。
它可以有效地改善电力质量，降低对电网的干扰，并提高系统的效能和可靠性。
总结起来，多电平逆变器是一种电力电子技术中重要的器件。
它通过控制功率开关器件和多电源电压的变换叠加，实现了具有多电平的交流电压输出。
多电平逆变电路
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。
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：
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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。