多电平逆变器

多电平逆变器
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4.3 多电平逆变器拓扑结构
1. 直流侧电压相同的串联H桥逆变器
串联H桥逆变器采用由多个直流电源分别供电的H桥单元 ，各单元的输出串联连接输出高交流电压。
5电平串联H桥逆变器:结构如下图所示，其中每相有两个 H桥单元，分别由电压为E的两个独立直流电源供电。
此直流电源可以采用多脉波二极管整流器实现。
H: H桥逆变器单元数
NOTE: 串联H桥逆变器的电平数目总是奇数
多电平逆变器
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串联H桥逆变器可完全扩展到任意电平数。下图给出了 7电平和9电平逆变器一相的结构。
在7电平逆串联H桥逆变器中，每相有3个H桥单元，9 电平逆变器中每相有4个H桥单元。
多电平逆变器
14
A
S11
S31
E
vH1
S 41
S 21
E S12
S 32
S 42
S 22
vH 2
S13
S33
E
S43
S23
vH 3
S11
S31
E
S 41
S 21
A
vH1
S12
S 32
E
S42 S22
vH 2
S13 S33
E
S43 S23
vH 3
S14
S 34
E
S44
S 24
vH 4
7电平和9电平串联H桥逆变器一相的结构
多电平逆变器
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A
A6
13电平串联H桥逆变器结构
S2
D2
S4
D4
多电平逆变器
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4.2 H 桥逆变器
H桥逆变器包括两个桥臂，每个桥壁有两个IGBT串联组成。 逆变器直流母线电压固定不变，输出的交流电压可通过PWM 方法进行调节，即双极性调制法和单极性调制法。
g1 S1
g D1 3 S3
D3
Vd
Cd
v AB
g2 S2
g D2 4 S4
D4
多电平逆变器
忽略。
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单极性调制法
两个极性相反三角波：Vcr和Vcr-，它们的幅值和频率相同，相位互差180°
两个三角波都与同一个正弦 波Va进行比较，产生两个门 信号Vg1和Vg3，分别驱动 H桥逆变器上部的两个器件 S1和S3。
单极性调制法： Vab逆变器 输出电压在正半周期中只在 0和+Vd之间切换，在负半 周期，则只在0和-Vd之间 切换。
A5
每相6个功率单元
A4
百度文库
每个功率单元电压为630V
输出相电压为630V
A3
线电压达6600V
A2 VAC
VBA
A1 C1
120 o TYP.
C2
N
C3
B1
C4
B2
C5 C6
100% 电压输出
B3 B4
C
B5
VCB
B6
B
多电平逆变器
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6KV系列高压变频器结构 (36脉冲整流)
一体式整流干式隔离变压器
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串联H桥多电平逆变器：
由多个单相H桥逆变器(也称为功率单元)组成的，把每个功率单元的交 流输出串联连接，来实现中压输出，并减小输出电压的谐波。是中压大功
率传动系统中应用最为广泛的逆变器拓扑结构之一。
主要有两种方法：基于载波的PWM方法，即移相调制法和移幅调制法。
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1. 双极性调制法
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多电平逆变器
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结论：某些电压电平可由超过一种的开关状态实现。
例如：对于电压E，它可以由四种不同的开关状态实现。 这种冗余性的开关状态在多电平逆变器中非常普遍，使开 关状态的设计变得很灵活。
串联H桥逆变器输出电压的电平数为m，器件数为nSM：
m2H1
m：逆变器输出电平数
nSM6(m1)
nSM: 器件数
3.当S31、S41、S32和S42导通时，为
H1
-2E。
S 32
4.其他三个可以输出的电压电平分别为
E，0和-E，它们分别对应不同的开关
vH2
S 22
状态组合。 NOTE：逆变器输出的相电压Van并不
一定和负载相电压Vao相等，其中Vao
H2
N
为负载侧端点A相对于负载的中性点O 的电压。
多电平逆变器
多电平逆变器
9
O
5电平串联H桥逆变器结构
S11
S31
E
S 41
S 21
A E
vH1
S12
E
S 42
H1
S 32
vHE2
S 22
B
E
E
H2
多电平逆变器
N
C
10
S11
E
S 41
S12
E
S 42
工作过程
1.逆变器每相可输出含有5个不同电平
A
的相电压。
S31
vH1
S 21
2.当S11 、 S21、S12和S22导通时， H桥单元H1和H2的输出都为E，即： VH1=VH2=E。则逆变器输出的相电压 Van ，例如端点A相对于逆变器中性点 N的电压为2E。
Vm：正弦调制波 Vcr：三角载波 Vg1、Vg3：上部器件S1和S3的门 极驱动信号 Vg2、Vg4：下部器件S2和S4的门 极驱动信号
同一桥臂中，上部器件和下部器件为 互补运行方式：一个导通时，另一个 必须关断。
Vab=Van-Vbn
双极性调制法：Vab的波形在 正负直流电压之间切换。
多电平逆变器
LOCAL CONTROLS
POWER CELL B3
POWER CELL C3
FIBER OPTICS
CENTRAL
第4部分： 多电平逆变器
多电平逆变器
1
4.1 简 介 4.2 H 桥逆变器
4.3 多电平逆变器拓扑结构
4.4 基于载波的PWM调制法 4.5 阶梯波调制法 4.6 应用实例
多电平逆变器
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4.1 简 介
串联H桥逆变器: 英文Cascaded H-Bridge, CHB
S1
D1
S3
D3
Vd
Cd
v AB
多电平逆变器
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三相高压输入
集成一体式 变压器
三相变压变频 高压输出
3KV高压变频器结构 单元串联多电平移相式电压源型逆变器
POWER CELL A1
POWER CELL B1
POWER CELL C1
功率单元
POWER CELL A2
POWER CELL B2
POWER CELL C2
POWER CELL A3
多电平逆变器
单极性调制法： Vab逆变器 输出电压在正半周期中只在 0和+Vd之间切换，S3和S2 互补。在负半周期，则只在 0和-Vd之间切换，S1和S4 互补。
谐波：以边带频谱形式出现
在第2mf及其整数倍谐波处。
例如2mf，4mf等的两边。
阶次高于/低于（2mf+/-2）
的电压谐波成分幅值很小,可
Vabn：第n次谐波电压的有效值。 mf：载波比。 谐波：以边带频谱形式出现在第mf 及其整数倍谐波处。例如2mf，3mf 等的两边。阶次高于/低于（mf+/-2） 的电压谐波成分幅值很小,可忽略。
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2. 单极性调制法
两个极性相反的正弦调制波：Vm和Vm-，它们的幅值和频率相同，相位互差180°
两个调制波都与同一个三角 波Vcr进行比较，产生两个 门信号Vg1和Vg3，分别驱 动H桥逆变器上部的两个器 件S1和S3。