电力电子第四章第2讲及作业

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4.4 多重逆变电路和多电平逆变电路 P112
4.4.2 多电平逆变电路 P114
回顾三相电压型桥式逆变电路和波形，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。 通过U,V,W三个输出点电平相减可得到线电压： 以uUV为例： uUV= ①-②
uUV uUN' uVN'
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P103
设负载为三相对称负载，则有：
uUN uVN uWN 0 (uUN’ 式右端第2项为0)
故可得N点与N’点之间的电压:
1 u NN' (u UN' u VN' u WN' ) 3
负载的相电压(以U-N相为例)：
uUN uUN' uNN'
负载参数已知时，可以由相电压uUN的波形 求出U-N的相电流iU的波形。P104
第4章 逆变电路
第2讲
4.2.2 三相电压型逆变电路 4.3 电流型逆变电路 P106 4.4 多重逆变电路和多电平逆变电路 P112
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4.2.2 三相电压型逆变电路 电路结构：
六只IGBT组成三相电压型逆变桥电路。 逆变桥的三个中间接点作三相Y型输出。 接点的上下两只IGBT作一个相的输出器件 (即：U、V、W三相输出)。
把三个相电流加起来，就可得到直流侧输出 电流id的波形。P104
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4.2.2 三相电压型逆变电路
P103
基本的数量关系： P105 1.把输出线电压uUV展开成傅里叶级数得： P105式4-8
uUV
2 3U d 1 1 1 1 sin t sin 5t sin 7t sin11t sin13t L 5 7 11 13 2 3U d 1 sin t (1) k sin nt 式中，n=6k 1，k 为自然数 n n
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4.4 多重逆变电路和多电平逆变电路 P112
4.4.1 多重逆变电路 P112
单相电压型二重逆变电路： 结构和驱动： 两个单相全桥逆变电路组成，输出变压器1和变压器2的 副边串联。两个单相逆变电路的驱动相位错开60° 输出波形： ①两变压器各自的输出电压u1和u2都是180°矩形波。 ②u1和u2相位错开60°,其中的3次谐波就错开了 3×60°=180°，变压器串联合成后，3次谐波互相抵消， 串联输出电压中不含3次谐波。 ③两变压器串联输出电压uo波形是120°缺口矩形波，只 含6k±1次谐波，所有3k次谐波都被抵消。 结论： 把若干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。 多重逆变电路有串联多重和并联多重两种方式，电压型 逆变电路多用串联多重方式，电流型逆变电路多用并联多 重方式。 变压器1或2原边方波的傅里叶级数：
当V4导通时: u UN' U d / 2 u UN’的波形是幅值为U d / 2的矩形波。 V N’、W N’两点间的电压：与U N’类似。
P103
用两只电容串联代替原电容，N’作网络电位参考点
2. 输出线电压uUV、uVW、uWU可由下式求出：
uUV uUN' uVN' uVW uVN' uWN' u u u WN' UN' WU
uo 4U d 1 1 sint sin 3t sin 5t 3 5
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4.4 多重逆变电路和多电平逆变电路 P112
4.4.1 多重逆变电路 P112 单相电压型二重逆变电路(续)： 基波一个周期含三个周期的三次谐波。 基波移相60°相对于三次谐波移相180°
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U d 0.78U d
特别注意：上述计算式仅适用于“180°导电方式的三相桥式电压型逆变电路”。 3.负载上的相电压、相电压的有效值、基波的幅值和基波有效值的计算方法雷同。P105
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4.3 电流型逆变电路
P106
直流电源侧为电流源的逆变电路称为 电流型逆变电路。
电流型逆变电路主要特点： ①直流侧串大电感，电流基本无脉动， 相当于电流源。 ②交流输出电流为矩形波，与负载阻抗 角无关，输出电压波形和相位因负载不同 而不同。 ③直流侧电感起缓冲无功能量的作用， 不必给开关器件反并联二极管。 电流型逆变电路在半控型器件为主的早期 应用较多，在全控器件成熟的今天已很少 应用。
结构： 每个桥臂由两个IGBT串联构成，且加了一只反并二 极管。二极管与直流侧中点N’相连。 工作情况：以U相为例分析 ①驱动V11和V12，关断V41和V42： UN’间电位差为Ud/2。 ②驱动V41和V42，关断V11和V12： UN’间电位差为-Ud/2。 ③驱动V12和V41，关断V11和V42： UN’间电位差为0 (VD1、VD2钳位)。 实际③中的V12与V41不能同时导通，与iU有关： iU>0时V12和VD1导通，iU<0时V41和VD4导通。 结论： 1. 输出线电压有±Ud、±Ud/2和0五种电平,可构成三台阶的相电压，即：三电平逆变电路。 2. 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。 3. 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。 用与三电平电路类似的方法，还可构成五电平、七电平等更多电平的电路，三电平及更多电平的 逆变电路统称为多电平逆变电路。
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4.4 多重逆变电路和多电平逆变电路 引言
P112
电压型逆变电路的输出电压是矩形波，电流型逆变电路的输出电流是矩 形波，矩形波中含有较多的谐波，对负载会产生不利影响。 多重逆变电路：把几个矩形波组合起来，使之成为接近正弦波的波形。 多电平逆变电路：通过改变电路结构，使能输出较多的电平，从而使输 出电压向正弦波靠近。
P103
工作方式：
①同一相的上下两个IGBT交替驱动180° ②各相开始导电的角度依次相差120° 回顾《电路原理》： 电路网络中任意两点A、B对参考点Z的 电位为VAZ、VBZ，则电压UAB=VAZ-VBZ
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4.2.2 三相电压型逆变电路
1. U、V、W三点对N’点的电压： U N’两点间的电压： 当V1导通时: u UN' U d / 2
3. 输出各相的相电压分别为：
uUN uUN' u NN' uVN uVN' u NN' u u WN' u NN ' WN
3
4.2.2 三相电压型逆变电路
工作波形分析(续)：P104 把上面两组六式相加并整理可求得:
1 1 u NN' (u UN' u VN' u WN' ) (u UN u VN u WN ) 3 3
可得三种电平的线电压：±Ud/2，0 通过U点对N和N’的电平相减可得到U相相电压：
uUN uUN' uNN'
这个相电压的正负半波由二级台阶构成，谐波减 少，叫“两电平逆变路”。
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4.4 多重逆变电路和多电平逆变电路 P112
4.4.2 多电平逆变电路 P114 三电平逆变电路(中点钳位型逆变电路)
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作 业
本章共2题： 1.绘出如下逆变电路图 (要求理解后闭书能独立绘出) ①电压型单相半桥逆变电路、 ②电压型单相全桥逆变电路、 ③电压型单相带中心抽头变压器的逆变电路 ④电压型三相逆变电路 并指出各电路的结构特点。
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作 业
2.如下图电压型三相桥式逆变电路，同一相的上下两个IGBT交替驱 动180°，各相开始导电的角度依次相差120°。三输出点U、V、 W对于参考点N’的电压波形已给出。 在图中绘出逆变电路输出线电压uWU的波形。
2.输出线电压有效值uUV为：P105式4-9(见前页的“有缺口的正负矩形波”中的“函数uUV”)
U UV
1 2

2
0
2 u UV d t 0.816U d
其中基波幅值UUV1m和基波有效值UUV1分别为：
U UV1m
2 3U d

1.1 d U
U UV1
U UV1m 2

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4.4 多重逆变电路和多电平逆变电路 P112
三相电压型二重逆变电路： P113
结构： ①由两个三相桥式逆变电路Ⅰ和Ⅱ构成，输出通过 变压器串联合成。 ②两个逆变电路均为180°导通方式。 ③工作时，逆变桥II的相位比逆变桥I滞后30°。 ④T1为Δ /Y联结，线电压变比为 1 : 3 ，T2一次侧Δ 联结，二次侧每相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。 ⑤如果T2和T1一次侧匝数相同，为了使uU2和uU1基 波幅值相同，T2和T1二次侧间的匝比就应为 1 / 3 。