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1、多电平逆变器4.2H4.2H桥逆变器桥逆变器桥逆变器桥逆变器4.34.3多电平逆变器拓扑结构多电平逆变器拓扑结构多电平逆变器拓扑结构多电平逆变器拓扑结构4.44.4基于载波的基于载波的基于载波的基于载波的PWMPWM调制法调制法调制法调制法4.54.5阶梯波调制法阶梯波调制法阶梯波调制法阶梯波调制法4.64.6应用实例应用实例应用实例应用实例4.14.1简简简简介介介介2VmVm：正弦调制波：正弦调制波：正弦调制波：正弦调制波VcrVcr：三角载波：三角载波：三角载波：三角载波Vg1Vg1、Vg3Vg3：上部器件：上部器件：上部器件：上部器件S1S1和和和和S3S3的门的门的门的门极驱动信号极
2、驱动信号极驱动信号极驱动信号Vg2Vg2、Vg4Vg4：下部器件：下部器件：下部器件：下部器件S2S2和和和和S4S4的门的门的门的门极驱动信号极驱动信号极驱动信号极驱动信号同一桥臂中，上部器件和下部器件为同一桥臂中，上部器件和下部器件为同一桥臂中，上部器件和下部器件为同一桥臂中，上部器件和下部器件为互补运行方式：一个导通时，另一个互补运行方式：一个导通时，另一个互补运行方式：一个导通时，另一个互补运行方式：一个导通时，另一个必须关断。必须关断。必须关断。必须关断。Vab=Van-VbnVab=Van-Vbn双极性调制法：双极性调制法：双极性调制法：双极性调制法：VabVab的波形在的波形在的
3、波形在的波形在正负直流电压之间切换。正负直流电压之间切换。正负直流电压之间切换。正负直流电压之间切换。VabnVabn：第：第：第：第n n次谐波电压的有效值。次谐波电压的有效值。次谐波电压的有效值。次谐波电压的有效值。mfmf：载波比。：载波比。：载波比。：载波比。谐波：以边带频谱形式出现在第谐波：以边带频谱形式出现在第谐波：以边带频谱形式出现在第谐波：以边带频谱形式出现在第mfmf及其整数倍谐波处。例如及其整数倍谐波处。例如及其整数倍谐波处。例如及其整数倍谐波处。例如2mf2mf，3mf3mf等的两边。阶次高于等的两边。阶次高于等的两边。阶次高于等的两边。阶次高于/低于（低于（低于（低于（
4、mf+/-mf+/-2 2）的电压谐波成分幅值很小）的电压谐波成分幅值很小）的电压谐波成分幅值很小）的电压谐波成分幅值很小,可忽可忽可忽可忽略。略。略。略。1.双极性调制法双极性调制法62.单极性调制法单极性调制法两个极性相反的正弦调制波：两个极性相反的正弦调制波：两个极性相反的正弦调制波：两个极性相反的正弦调制波：VmVm和和和和Vm-Vm-，它们的幅值和频率相同，相位互差，它们的幅值和频率相同，相位互差，它们的幅值和频率相同，相位互差，它们的幅值和频率相同，相位互差180180两个调制波都与同一个三角两个调制波都与同一个三角两个调制波都与同一个三角两个调制波都与同一个三角波波波波VcrVc
5、r进行比较，产生两个进行比较，产生两个进行比较，产生两个进行比较，产生两个门信号门信号门信号门信号Vg1Vg1和和和和Vg3Vg3，分别驱，分别驱，分别驱，分别驱动动动动H H桥逆变器上部的两个器桥逆变器上部的两个器桥逆变器上部的两个器桥逆变器上部的两个器件件件件S1S1和和和和S3S3。单极性调制法：单极性调制法：单极性调制法：单极性调制法：VabVab逆变器逆变器逆变器逆变器输出电压在正半周期中只在输出电压在正半周期中只在输出电压在正半周期中只在输出电压在正半周期中只在0 0和和和和+Vd+Vd之间切换，之间切换，之间切换，之间切换，S3S3和和和和S2S2互补。在负半周期，则只在互补。在
6、负半周期，则只在互补。在负半周期，则只在互补。在负半周期，则只在0 0和和和和-Vd-Vd之间切换，之间切换，之间切换，之间切换，S1S1和和和和S4S4互补。互补。互补。互补。谐波：以边带频谱形式出现谐波：以边带频谱形式出现谐波：以边带频谱形式出现谐波：以边带频谱形式出现在第在第在第在第2mf2mf及其整数倍谐波处。及其整数倍谐波处。及其整数倍谐波处。及其整数倍谐波处。例如例如例如例如2mf2mf，4mf4mf等的两边。等的两边。等的两边。等的两边。阶次高于阶次高于阶次高于阶次高于/低于（低于（低于（低于（2mf+/-22mf+/-2）的电压谐波成分幅值很小的电压谐波成分幅值很小的电压谐波成
7、分幅值很小的电压谐波成分幅值很小,可可可可忽略。忽略。忽略。忽略。7 单极性调制法单极性调制法两个极性相反三角波：两个极性相反三角波：两个极性相反三角波：两个极性相反三角波：VcrVcr和和和和Vcr-Vcr-，它们的幅值和频率相同，相位互差，它们的幅值和频率相同，相位互差，它们的幅值和频率相同，相位互差，它们的幅值和频率相同，相位互差180180两个三角波都与同一个正弦两个三角波都与同一个正弦两个三角波都与同一个正弦两个三角波都与同一个正弦波波波波VaVa进行比较，产生两个门进行比较，产生两个门进行比较，产生两个门进行比较，产生两个门信号信号信号信号Vg1Vg1和和和和Vg3Vg3，分别驱动
8、，分别驱动，分别驱动，分别驱动H H桥逆变器上部的两个器件桥逆变器上部的两个器件桥逆变器上部的两个器件桥逆变器上部的两个器件S1S1和和和和S3S3。单极性调制法：单极性调制法：单极性调制法：单极性调制法：VabVab逆变器逆变器逆变器逆变器输出电压在正半周期中只在输出电压在正半周期中只在输出电压在正半周期中只在输出电压在正半周期中只在0 0和和和和+Vd+Vd之间切换，在负半之间切换，在负半之间切换，在负半之间切换，在负半周期，则只在周期，则只在周期，则只在周期，则只在0 0和和和和-Vd-Vd之间之间之间之间切换。切换。切换。切换。8串联串联串联串联HH桥逆变器采用由多个直流电源分别供电的
9、桥逆变器采用由多个直流电源分别供电的桥逆变器采用由多个直流电源分别供电的桥逆变器采用由多个直流电源分别供电的HH桥单元，桥单元，桥单元，桥单元，各单元的输出串联连接输出高交流电压。各单元的输出串联连接输出高交流电压。各单元的输出串联连接输出高交流电压。各单元的输出串联连接输出高交流电压。5 5电平串联电平串联电平串联电平串联HH桥逆变器桥逆变器桥逆变器桥逆变器:结构如下图所示，其中每相有两个结构如下图所示，其中每相有两个结构如下图所示，其中每相有两个结构如下图所示，其中每相有两个HH桥单元，分别由电压为桥单元，分别由电压为桥单元，分别由电压为桥单元，分别由电压为E E的两个独立直流电源供电。的
10、两个独立直流电源供电。的两个独立直流电源供电。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。此直流电源可以采用多脉波二极管整流器实现。此直流电源可以采用多脉波二极管整流器实现。此直流电源可以采用多脉波二极管整流器实现。4.3 多电平逆变器拓扑结构多电平逆变器拓扑结构1.直流侧电压相同的串联直流侧电压相同的串联H桥逆变器桥逆变器95 5电平串联电平串联电平串联电平串联H H桥逆变器结构桥逆变器结构桥逆变器结构桥逆变器结构101.逆变器每相可输出含有逆变器每相可输出含有5个不同电平个不同电平的相电压。的相电压。2.当当S11、S21、S12和和S22导通时，导通时，H桥单元桥单
11、元H1和和H2的输出都为的输出都为E，即：，即：VH1=VH2=E。则逆变器输出的相电压。则逆变器输出的相电压Van，例如端点，例如端点A相对于逆变器中性点相对于逆变器中性点N的电压为的电压为2E。3.当当S31、S41、S32和和S42导通时，为导通时，为-2E。4.其他三个可以输出的电压电平分别为其他三个可以输出的电压电平分别为E，0和和-E，它们分别对应不同的开关，它们分别对应不同的开关状态组合。状态组合。NOTE：逆变器输出的相电压：逆变器输出的相电压Van并不并不一定和负载相电压一定和负载相电压Vao相等，其中相等，其中Vao为负载侧端点为负载侧端点A相对于负载的中性点相对于负载的中
12、性点O的电压。的电压。工作过程工作过程工作过程工作过程1112结论结论结论结论：某些电压电平可由超过一种的开关状态实现。：某些电压电平可由超过一种的开关状态实现。：某些电压电平可由超过一种的开关状态实现。：某些电压电平可由超过一种的开关状态实现。例如：对于电压例如：对于电压例如：对于电压例如：对于电压E E，它可以由四种不同的开关状态实现。，它可以由四种不同的开关状态实现。，它可以由四种不同的开关状态实现。，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，使开这种冗余性的开关状态在多电平逆变器中非常普遍，使开这种冗余性的开关状态在多电平逆变器中非常普遍，使开这种冗
13、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。关状态的设计变得很灵活。关状态的设计变得很灵活。关状态的设计变得很灵活。串联串联串联串联H H桥逆变器输出电压的电平数为桥逆变器输出电压的电平数为桥逆变器输出电压的电平数为桥逆变器输出电压的电平数为mm，器件数为，器件数为，器件数为，器件数为n nSMSM：mm：逆变器输出电平数：逆变器输出电平数：逆变器输出电平数：逆变器输出电平数n nSMSM:器件数器件数器件数器件数H:HH:HH:HH:H桥逆变器单元数桥逆变器单元数桥逆变器单元数桥逆变器单元数NOTE:NOTE:串联串联串联串联H H桥逆变器的电平数目总是奇数桥逆变器的
14、电平数目总是奇数桥逆变器的电平数目总是奇数桥逆变器的电平数目总是奇数13串联串联H桥逆变器可完全扩展到任意电平数。下图给出了桥逆变器可完全扩展到任意电平数。下图给出了7电平和电平和9电平逆变器一相的结构。电平逆变器一相的结构。在在7电平逆串联电平逆串联H桥逆变器中，每相有桥逆变器中，每相有3个个H桥单元，桥单元，9电平逆变器中每相有电平逆变器中每相有4个个H桥单元。桥单元。147电平和9电平串联H桥逆变器一相的结构15A5A4A3A2A1B1B2B3B4B6C1C2C3C4C5100%电压输出电压输出VACVBAVCBABC120TYP.No每相每相6个功率单元个功率单元每个功率单元电压为每个
15、功率单元电压为630V输出相电压为输出相电压为630V线电压达线电压达6600VA6C6B51313电平串联电平串联电平串联电平串联H H桥逆变器结构桥逆变器结构桥逆变器结构桥逆变器结构166KV6KV系列高压变频器结构系列高压变频器结构系列高压变频器结构系列高压变频器结构(36(36脉冲整流脉冲整流脉冲整流脉冲整流)一体式整流干式隔离变压器一体式整流干式隔离变压器17POWERCELL B1POWERCELL A1POWERCELL C1POWERCELL A2POWERCELLB2POWERCELL C2POWERCELL C3POWERCELLB3POWERCELL A3高压电机高压电机
16、CENTRALCONTROLSYSTEM 功率单元功率单元LOCALCONTROLS三相高压输入三相高压输入三相变压变频三相变压变频高压输出高压输出FIBEROPTICS 集成一体式集成一体式变压器变压器3KV3KV高压变频器结构高压变频器结构高压变频器结构高压变频器结构单元串联多电平移相式电压源型逆变器单元串联多电平移相式电压源型逆变器单元串联多电平移相式电压源型逆变器单元串联多电平移相式电压源型逆变器18三个单元输出的电压叠加得到一相的电压波形三个单元输出的电压叠加得到一相的电压波形三个单元输出的电压叠加得到一相的电压波形三个单元输出的电压叠加得到一相的电压波形(3300V (3300V
17、输出输出输出输出)CELL 1单元单元 1CELL 2单元单元2CELL 3单元单元3COMPOSITE合成合成dv/dt19 串联串联串联串联H H桥逆变器中，不同的功率单元也可由不同电压的桥逆变器中，不同的功率单元也可由不同电压的桥逆变器中，不同的功率单元也可由不同电压的桥逆变器中，不同的功率单元也可由不同电压的直流电源供电。直流电源供电。直流电源供电。直流电源供电。当采用不同电压的直流电源供电时，在每相当采用不同电压的直流电源供电时，在每相当采用不同电压的直流电源供电时，在每相当采用不同电压的直流电源供电时，在每相H H桥单元数桥单元数桥单元数桥单元数不变的情况下，逆变器输出的电压电平数
18、目可以增加。不变的情况下，逆变器输出的电压电平数目可以增加。不变的情况下，逆变器输出的电压电平数目可以增加。不变的情况下，逆变器输出的电压电平数目可以增加。结论：当功率单元数目一定时，结论：当功率单元数目一定时，结论：当功率单元数目一定时，结论：当功率单元数目一定时，H H H H桥逆变器通过采用不桥逆变器通过采用不桥逆变器通过采用不桥逆变器通过采用不 同的直流侧电压输出电压的电平数目进一步提高同的直流侧电压输出电压的电平数目进一步提高同的直流侧电压输出电压的电平数目进一步提高同的直流侧电压输出电压的电平数目进一步提高 成为可能。成为可能。成为可能。成为可能。2.直流侧电压不相同的串联直流侧电
19、压不相同的串联H桥逆变器桥逆变器20H H桥单元桥单元桥单元桥单元H1H1和和和和H2H2的直流电压：的直流电压：的直流电压：的直流电压：E E、2E2E7 7电平：电平：电平：电平：3E3E、2E2E、E E、0 0、-E-E、-2E-2E、-3E-3EH H桥单元桥单元桥单元桥单元H1H1和和和和H2H2的直流电压：的直流电压：的直流电压：的直流电压：E E、3E3E9 9电平：电平：电平：电平：4E4E、3E3E、2E2E、E E、0 0、-E-E、-2E-2E、-3E-3E、4E4E21224.4 基于载波的基于载波的PWM调制法调制法 多电平逆变器中，基于载波的调制方法可分为两类：多
20、电平逆变器中，基于载波的调制方法可分为两类：多电平逆变器中，基于载波的调制方法可分为两类：多电平逆变器中，基于载波的调制方法可分为两类：移相载波调制移相载波调制移相载波调制移相载波调制:应用多个幅值和频率相同的三角载波与一相正弦应用多个幅值和频率相同的三角载波与一相正弦应用多个幅值和频率相同的三角载波与一相正弦应用多个幅值和频率相同的三角载波与一相正弦 波比较，任意两个相邻的三角载波要有相移。波比较，任意两个相邻的三角载波要有相移。波比较，任意两个相邻的三角载波要有相移。波比较，任意两个相邻的三角载波要有相移。移幅载波调制移幅载波调制移幅载波调制移幅载波调制:应用多个幅值和频率相同的三角载波与
21、一相正弦应用多个幅值和频率相同的三角载波与一相正弦应用多个幅值和频率相同的三角载波与一相正弦应用多个幅值和频率相同的三角载波与一相正弦 波比较，所有载波垂直排列。三角载波幅值为移波比较，所有载波垂直排列。三角载波幅值为移波比较，所有载波垂直排列。三角载波幅值为移波比较，所有载波垂直排列。三角载波幅值为移 相法中相法中相法中相法中1/(m-11/(m-1）。）。）。）。231.移相载波调制法移相载波调制法M个电平的逆变器调制：个电平的逆变器调制：调制正弦波：调制信号通常为幅值和频率都可调节的一相正弦波（三相三个）。调制正弦波：调制信号通常为幅值和频率都可调节的一相正弦波（三相三个）。通过调制波和
22、载波比较，可以产生所需要的门通过调制波和载波比较，可以产生所需要的门(栅栅)极驱动信号。极驱动信号。三角波载波：需要三角波载波：需要(m-1)个三角载波。所有三角载波均具有相同的频率和幅值，个三角载波。所有三角载波均具有相同的频率和幅值，但是任意两个相邻载波的相位要有相移，其值为：但是任意两个相邻载波的相位要有相移，其值为：7 7电平逆变器：电平逆变器：每相每相3 3个功率单元、个功率单元、6 6个三角载波、相邻三角载波间相差个三角载波、相邻三角载波间相差6060 9 9电平逆变器：电平逆变器：每相每相4 4个功率单元、个功率单元、8 8个三角载波、相邻三角载波间相差个三角载波、相邻三角载波间
23、相差45451313电平逆变器：每相电平逆变器：每相6 6个功率单元、个功率单元、1212个三角载波、相邻三角载波间相差个三角载波、相邻三角载波间相差30301919电平逆变器：每相电平逆变器：每相9 9个功率单元、个功率单元、1818个三角载波、相邻三角载波间相差个三角载波、相邻三角载波间相差2020结论：结论：结论：结论：24Vcr1Vcr1、Vcr2Vcr2、Vcr3Vcr3：产生桥上：产生桥上：产生桥上：产生桥上部三个开关器件部三个开关器件部三个开关器件部三个开关器件S11S11，S12S12和和和和S13S13的门极信号的门极信号的门极信号的门极信号Vcr1-Vcr1-、Vcr2-V
24、cr2-、Vcr3-Vcr3-：与载波：与载波：与载波：与载波Vcr1Vcr1、Vcr2Vcr2、Vcr3Vcr3分别有分别有分别有分别有180180的相移，分别用来产生的相移，分别用来产生的相移，分别用来产生的相移，分别用来产生H H桥单元上部三个开关器件桥单元上部三个开关器件桥单元上部三个开关器件桥单元上部三个开关器件S31S31、S32S32和和和和S33S33的门极信号。的门极信号。的门极信号。的门极信号。所有所有所有所有H H桥单元下部开关器件的桥单元下部开关器件的桥单元下部开关器件的桥单元下部开关器件的门极信号，与对应上部器件的门极信号，与对应上部器件的门极信号，与对应上部器件的门
25、极信号，与对应上部器件的门极信号互补。门极信号互补。门极信号互补。门极信号互补。该控制法本质上为单极性调该控制法本质上为单极性调该控制法本质上为单极性调该控制法本质上为单极性调制法。制法。制法。制法。252.移幅载波调制法移幅载波调制法M个电平的逆变器调制：个电平的逆变器调制：调制正弦波：调制信号通常为幅值和频率都可调节的一相正弦波（三相三个）。调制正弦波：调制信号通常为幅值和频率都可调节的一相正弦波（三相三个）。通过调制波和载波比较，可以产生所需要的门通过调制波和载波比较，可以产生所需要的门(栅栅)极驱动信号。极驱动信号。三角波载波：需要三角波载波：需要(m-1)个三角载波。所有三角载波均具
26、有相同的频率和幅值，个三角载波。所有三角载波均具有相同的频率和幅值，所有载波垂直排列。所有载波垂直排列。频率调制系数：频率调制系数：幅值调制系数：幅值调制系数：式中式中：为调制波为调制波的峰值，的峰值，为各三角载波电压的峰值。为各三角载波电压的峰值。26典型的移幅载波调制法：典型的移幅载波调制法：典型的移幅载波调制法：典型的移幅载波调制法：IPD:InPhaseDispositionIPD:InPhaseDisposition（同相层叠法）（同相层叠法）（同相层叠法）（同相层叠法）所有载波的相位完全相同。所有载波的相位完全相同。所有载波的相位完全相同。所有载波的相位完全相同。APOD:Alte
27、rnativePhaseOppositeDispositionAPOD:AlternativePhaseOppositeDisposition（相邻反相层叠）（相邻反相层叠）（相邻反相层叠）（相邻反相层叠）任意相邻的两个载波相位相反。任意相邻的两个载波相位相反。任意相邻的两个载波相位相反。任意相邻的两个载波相位相反。POD:PhaseOppositeDispositionPOD:PhaseOppositeDisposition（正负反相层叠）（正负反相层叠）（正负反相层叠）（正负反相层叠）在零参考线以上的所有载波同相位，零参考线以下的所有载波相位也相同，在零参考线以上的所有载波同相位，零参考线
28、以下的所有载波相位也相同，在零参考线以上的所有载波同相位，零参考线以下的所有载波相位也相同，在零参考线以上的所有载波同相位，零参考线以下的所有载波相位也相同，但与零参考线以上的载波反相。但与零参考线以上的载波反相。但与零参考线以上的载波反相。但与零参考线以上的载波反相。三种调制法中，三种调制法中，三种调制法中，三种调制法中，IPDIPD方法效果最好。因为电压谐波小。方法效果最好。因为电压谐波小。方法效果最好。因为电压谐波小。方法效果最好。因为电压谐波小。27IPDIPD法法法法APODAPOD法法法法PODPOD法法法法28IPDIPD法工作过程法工作过程法工作过程法工作过程用来用来用来用来产
29、产产产生生生生单单单单元元元元H1H1中功率器件中功率器件中功率器件中功率器件SllSll和和和和S3lS3l的的的的门门门门极信号极信号极信号极信号 用来产生单元用来产生单元用来产生单元用来产生单元H2H2中功率器件中功率器件中功率器件中功率器件S12S12和和和和S32S32的门极信号的门极信号的门极信号的门极信号 用来产生单元用来产生单元用来产生单元用来产生单元H3H3中功率器件中功率器件中功率器件中功率器件S13S13和和和和S33S33的门极信号的门极信号的门极信号的门极信号 功率器件的平均开关频率为功率器件的平均开关频率为功率器件的平均开关频率为功率器件的平均开关频率为:297 7
30、电平逆变器采用移幅载波调制方法时的仿真波形电平逆变器采用移幅载波调制方法时的仿真波形电平逆变器采用移幅载波调制方法时的仿真波形电平逆变器采用移幅载波调制方法时的仿真波形 逆变器的输出相电压逆变器的输出相电压逆变器的输出相电压逆变器的输出相电压VanVan由由由由7 7个个个个电压电平组成，线电压则有电压电平组成，线电压则有电压电平组成，线电压则有电压电平组成，线电压则有1313个电平。个电平。个电平。个电平。相相相相电压电压电压电压和和和和线电压线电压线电压线电压中的中的中的中的谐谐谐谐波主要波主要波主要波主要都都都都为为为为以以以以mfmf为为为为中心的中心的中心的中心的边带谐边带谐边带谐边
31、带谐波。波。波。波。相相相相电压电压电压电压包含有三的整数倍次包含有三的整数倍次包含有三的整数倍次包含有三的整数倍次谐谐谐谐波，如：波，如：波，如：波，如：mfmf和和和和mf6mf6。其中。其中。其中。其中mfmf为为为为主要低次主要低次主要低次主要低次谐谐谐谐波，而波，而波，而波，而这这这这些些些些谐谐谐谐波波波波不会出不会出不会出不会出现现现现在在在在线电压线电压线电压线电压中。中。中。中。线电压线电压线电压线电压的的的的THDTHD仅约为仅约为仅约为仅约为10.810.8，低于相电压的低于相电压的低于相电压的低于相电压的THD18.6THD18.6。30不同调制系数时的谐波情况不同调制
32、系数时的谐波情况不同调制系数时的谐波情况不同调制系数时的谐波情况 线电压的线电压的线电压的线电压的THDTHD：当当当当ma=0.2ma=0.2时，时，时，时，THD=48.8THD=48.8当当当当ma=0.4ma=0.4时，时，时，时，THD=25.2THD=25.2当当当当ma=0.6ma=0.6时，时，时，时，THD=17.2THD=17.2当当当当ma=0.8ma=0.8时，时，时，时，THD=13.1THD=13.131实际运行波形实际运行波形实际运行波形实际运行波形 323.移相和移幅载波移相和移幅载波PWM方法的比较方法的比较 比较条件：比较条件：比较条件：比较条件：两种方法中
33、的器件开关频率相同两种方法中的器件开关频率相同两种方法中的器件开关频率相同两种方法中的器件开关频率相同 ma=0.2ma=0.2时时时时结果：结果：结果：结果：移相调制法：各移相调制法：各移相调制法：各移相调制法：各H H桥单元的输出波形几乎相同，只是有一个比较小的相移而已桥单元的输出波形几乎相同，只是有一个比较小的相移而已桥单元的输出波形几乎相同，只是有一个比较小的相移而已桥单元的输出波形几乎相同，只是有一个比较小的相移而已，所以功率器件具有几乎完全相同的开关频率和导通时间。，所以功率器件具有几乎完全相同的开关频率和导通时间。，所以功率器件具有几乎完全相同的开关频率和导通时间。，所以功率器件
34、具有几乎完全相同的开关频率和导通时间。相电压与移幅法相同，线电压相电压与移幅法相同，线电压相电压与移幅法相同，线电压相电压与移幅法相同，线电压VABVAB的的的的THDTHD为为为为96.796.7 移幅调制法：单元移幅调制法：单元移幅调制法：单元移幅调制法：单元H1H1和和和和H2H2的输出电压和一直为零，功率器件不动作；的输出电压和一直为零，功率器件不动作；的输出电压和一直为零，功率器件不动作；的输出电压和一直为零，功率器件不动作；H3H3的开的开的开的开关频率等于载波频率，即关频率等于载波频率，即关频率等于载波频率，即关频率等于载波频率，即3600Hz3600Hz。相电压与移幅法相同，线
35、电压相电压与移幅法相同，线电压相电压与移幅法相同，线电压相电压与移幅法相同，线电压VABVAB的的的的THDTHD为为为为48.848.8 NOTENOTE：为了使所有单元中的功率器件开关频率和导通时间平均分配，各单元：为了使所有单元中的功率器件开关频率和导通时间平均分配，各单元：为了使所有单元中的功率器件开关频率和导通时间平均分配，各单元：为了使所有单元中的功率器件开关频率和导通时间平均分配，各单元的开关方式应该采用一定的循环方法。的开关方式应该采用一定的循环方法。的开关方式应该采用一定的循环方法。的开关方式应该采用一定的循环方法。33移幅调制法：移幅调制法：移幅调制法：移幅调制法：VabV
36、ab在在在在E E2E(-2E2E(-2E-E)-E)之间切换之间切换之间切换之间切换移相调制法：移相调制法：移相调制法：移相调制法：VabVab在在在在0-2E(-2E0-2E(-2E0)0)之间切换之间切换之间切换之间切换3435移相和移幅移相和移幅移相和移幅移相和移幅载载载载波波波波调调调调制法的比制法的比制法的比制法的比较较较较表表表表364.5 阶梯波调制方法阶梯波调制方法7 7电平逆变器三个电平逆变器三个电平逆变器三个电平逆变器三个H H桥桥桥桥单元的输出电压单元的输出电压单元的输出电压单元的输出电压37当时当时当时当时，相电压可用傅里叶级数表，相电压可用傅里叶级数表，相电压可用傅
37、里叶级数表，相电压可用傅里叶级数表示：示：示：示：式中，式中，式中，式中，n n为谐波次数；为谐波次数；为谐波次数；为谐波次数；、和和和和为为为为3 3个独立的开关导通角；个独立的开关导通角；个独立的开关导通角；个独立的开关导通角；为一个为一个为一个为一个H H桥单元的最大输出基波电压桥单元的最大输出基波电压桥单元的最大输出基波电压桥单元的最大输出基波电压的峰值。例如的峰值。例如的峰值。例如的峰值。例如H H桥单元的导通角桥单元的导通角桥单元的导通角桥单元的导通角00，其输出，其输出，其输出，其输出H1H1的基波电压峰值即为的基波电压峰值即为的基波电压峰值即为的基波电压峰值即为。3 3个独立的
38、开关导通角可用来消除个独立的开关导通角可用来消除个独立的开关导通角可用来消除个独立的开关导通角可用来消除VanVan中的两个谐波，中的两个谐波，中的两个谐波，中的两个谐波，同时满足调制因数的需要，即同时满足调制因数的需要，即同时满足调制因数的需要，即同时满足调制因数的需要，即式中：式中：为逆变器输出相电压基波含量为逆变器输出相电压基波含量的的峰值峰值H为每相所含为每相所含H桥功率单元的个数桥功率单元的个数 38对于一个对于一个对于一个对于一个7 7电平串联电平串联电平串联电平串联H H桥逆变器来说，一般应消除桥逆变器来说，一般应消除桥逆变器来说，一般应消除桥逆变器来说，一般应消除5 5次次次次
39、和和和和7 7次谐波，从而有次谐波，从而有次谐波，从而有次谐波，从而有:当当当当ma=0.8ma=0.8时，计算出的时，计算出的时，计算出的时，计算出的3 3个导通角：个导通角：个导通角：个导通角：结论：阶梯波调制法实现起来非常简单。所有的开关导通角均可离线计算得到，结论：阶梯波调制法实现起来非常简单。所有的开关导通角均可离线计算得到，数字实现时，可以通过查表得到。与载波调制法相比，阶梯波调制法中所有开数字实现时，可以通过查表得到。与载波调制法相比，阶梯波调制法中所有开关器件均工作在输出的基波频率，因而可大大减小开关损耗。关器件均工作在输出的基波频率，因而可大大减小开关损耗。39逆变器输出的相
40、电压不包含逆变器输出的相电压不包含逆变器输出的相电压不包含逆变器输出的相电压不包含5 5次和次和次和次和7 7次谐波，其次谐波，其次谐波，其次谐波，其THDTHD为为为为12.512.5。线电压不包含线电压不包含线电压不包含线电压不包含3 3的整数倍次谐波，比如的整数倍次谐波，比如的整数倍次谐波，比如的整数倍次谐波，比如3 3次、次、次、次、9 9次和次和次和次和1515次，次，次，次，THDTHD进一步降低。进一步降低。进一步降低。进一步降低。谐波谐波谐波谐波THDTHD分析分析分析分析404.6 应用应用实例实例41ROBICONROBICON完美无谐波高压变频器完美无谐波高压变频器424
41、344MEDIUMVOLTAGEINDUCTIONMOTORLEAD 25LEAD 15LEAD 5LAG-5LAG-25LAG-15SPECIALTRANSFORMERWITH 18ISOLATEDSECONDARIESINPUT POWER 3 PHASE AC ANY VOLTAGELEAD 25LEAD 15LEAD 5LAG-5LAG-25LAG-15LEAD 25LEAD 15LEAD 5LAG-5LAG-25LAG-15CELLA1CELLB1CELLC1CELLA2CELLB2CELLC2CELLA3CELLB3CELLC3CELLA4CELLB4CELLC4CELLA5CEL
42、LB5CELLC5CELLA6CELLB6CELLC645单元结构单元结构Q1Q3Q2Q4单元输入单元输入单元单元输出输出46476kV6kV输出电压叠加示意图输出电压叠加示意图A5A4A3A2A1B1B2B3B4B6C1C2C3C4C5可达可达110%电压输出电压输出VACVBAVCBABC120TYP.NoA6C6B56kV6kV产品每相有产品每相有产品每相有产品每相有6 6个功率单元，每个个功率单元，每个个功率单元，每个个功率单元，每个功率单元输出相电压为功率单元输出相电压为功率单元输出相电压为功率单元输出相电压为630V630V，最大，最大，最大，最大线电压输出可达线电压输出可达线电压
43、输出可达线电压输出可达6600V6600V。相电压为。相电压为。相电压为。相电压为1313电平，线电压多达电平，线电压多达电平，线电压多达电平，线电压多达2525电平，输出电平，输出电平，输出电平，输出波形非常接近正弦波。波形非常接近正弦波。波形非常接近正弦波。波形非常接近正弦波。483 3个功率单元被旁路个功率单元被旁路个功率单元被旁路个功率单元被旁路时的情形时的情形时的情形时的情形83%83%功率模块正常，但功率模块正常，但功率模块正常，但功率模块正常，但输出线电压不平衡输出线电压不平衡输出线电压不平衡输出线电压不平衡A3A2A1B1B2B3B4B5C1C2C3C4C5VACVBAVCBA
44、BC120TYP.NoC6B6单元自动旁路系统原理单元自动旁路系统原理单元自动旁路系统原理单元自动旁路系统原理A3A2A1B1B2B3C1C2C3VACVBAVCBABC120TYPNo3 3个单元故障后采用个单元故障后采用个单元故障后采用个单元故障后采用传统旁路的情形传统旁路的情形传统旁路的情形传统旁路的情形83%功率单元正常，但功率单元正常，但仅能得到仅能得到55额定输出额定输出电压电压单元自动旁路系统原理单元自动旁路系统原理单元自动旁路系统原理单元自动旁路系统原理3 3个功率单元故障后个功率单元故障后个功率单元故障后个功率单元故障后采用中心点漂移技术采用中心点漂移技术采用中心点漂移技术采
45、用中心点漂移技术时的情形时的情形时的情形时的情形83%83%功率单元正常时，可功率单元正常时，可功率单元正常时，可功率单元正常时，可以得到以得到以得到以得到8686额定输出电压额定输出电压额定输出电压额定输出电压89135.5135.5oooABCVACVBAVCBA3A2A1B1B2B3B4B5C1C2C3C4C5C6B5中心点漂移了中心点漂移了中心点漂移了中心点漂移了单元自动旁路系统原理单元自动旁路系统原理单元自动旁路系统原理单元自动旁路系统原理51电机电流电机电流通过人为拔掉通通过人为拔掉通讯光纤产生故障讯光纤产生故障在故障发生在故障发生250ms以以内变频器自动重新内变频器自动重新输出
46、电流工作输出电流工作快速自动旁路过程快速自动旁路过程快速自动旁路过程快速自动旁路过程电机电压电机电压5253A-B相线电压波形相线电压波形A相电流波形相电流波形54高压变频器主要生产企业高压变频器主要生产企业1.1.国内多电平高压变频器：国内多电平高压变频器：国内多电平高压变频器：国内多电平高压变频器：2727家家家家北京利得华福、合康亿盛、动力源、东标电气、国电四维、康德新电北京利得华福、合康亿盛、动力源、东标电气、国电四维、康德新电北京利得华福、合康亿盛、动力源、东标电气、国电四维、康德新电北京利得华福、合康亿盛、动力源、东标电气、国电四维、康德新电成都东方日立、佳灵成都东方日立、佳灵成都
47、东方日立、佳灵成都东方日立、佳灵 上海科达、新时达、艾帕上海科达、新时达、艾帕上海科达、新时达、艾帕上海科达、新时达、艾帕 广东智光、明阳龙源广东智光、明阳龙源广东智光、明阳龙源广东智光、明阳龙源、明电舍、明电舍、明电舍、明电舍山东风光山东风光山东风光山东风光 深圳科陆、英威腾、安邦信、微能深圳科陆、英威腾、安邦信、微能深圳科陆、英威腾、安邦信、微能深圳科陆、英威腾、安邦信、微能、库马克、库马克、库马克、库马克湖南中科、中国南车湖南中科、中国南车湖南中科、中国南车湖南中科、中国南车 湖北三环、大力湖北三环、大力湖北三环、大力湖北三环、大力 江苏三肯力达江苏三肯力达江苏三肯力达江苏三肯力达 哈尔滨九州哈尔滨九州哈尔滨九州哈尔滨九州 鞍山荣信鞍山荣信鞍山荣信鞍山荣信 2.2.国外多电平高压变频器：国外多电平高压变频器：国外多电平高压变频器：国外多电平高压变频器：2 2家家家家SimensSimens、安川、安川、安川、安川3.3.国外三电平高压变频器：国外三电平高压变频器：国外三电平高压变频器：国外三电平高压变频器：3 3家家家家SimensSimens、东芝三菱、东芝三菱、东芝三菱、东芝三菱、ABBABB4.4.国外两电平高压变频器：国外两电平高压变频器：国外两电平高压变频器：国外两电平高压变频器：1 1家家家家ABAB55结束语结束语谢谢大家聆听！谢谢大家聆听！56