多重疊加式與階梯波逆變器

多重疊加式與階梯波逆變器第1頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四多重疊加法的基本原理是，把兩個(gè)以上完全相同的方波，按一定的相位差疊加起來(lái)，使它們的低次諧波相位差180°而相互抵消，以得到諧波含量較少的準(zhǔn)正弦階梯波。多重疊加法又分為等幅疊加和變幅疊加，從改善輸出量波形的角度看，后者比前者效果好。第2頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四直流側(cè)連接有電容器輸出電壓總是由直流側(cè)電容鉗位成方波可以脈幅調(diào)制PAM法和脈寬調(diào)制PWM法控制輸出電壓直流側(cè)連接有電抗器輸出電流總是由直流側(cè)電抗器穩(wěn)流成方波可以脈幅調(diào)制PAM法和脈寬調(diào)制PWM法控制輸出電流第3頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第4頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四所謂多重疊加，就是對(duì)幾個(gè)輸出電壓為方波的相同逆變器，使它們依次錯(cuò)開(kāi)相同的相位角，然后把它們疊加起來(lái)形成接近于正弦波的階梯波輸出，從而消除某些低次諧波的一種幅值調(diào)制波形改善法，多重疊加是手段，消除某些低次諧波是目的。第5頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四假定把兩個(gè)相同的輸出電壓脈寬為180°方波的逆變器輸出電壓u1和u2錯(cuò)開(kāi)一定的相位角，然后通過(guò)輸出變壓器次級(jí)繞組進(jìn)行串聯(lián)疊加，就能合成出消除某種n次諧波的一階階梯波，通常要消除的是最低次諧波，即3，5，7次諧波。因?yàn)榈痛沃C波的含量最多，危害也最大。這樣，多重疊加法把N個(gè)輸出電壓為方波的逆變器，按照一定的相位差疊加起來(lái)，使它們所含的某些低次諧波互相抵消，就可以得到更接近于正弦波的合成多階階梯波。多重疊加法所用的方波必須是頻率相同，波形也相同的方波，也就是說(shuō)，只有頻率和波形都相同（幅值可以不同）的疊加才能叫“多重疊加”，否則就不能稱為“多重疊加”。第6頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四將N個(gè)單相方波逆變器的輸出變壓器的次級(jí)，按照右圖所示的方式串聯(lián)起來(lái)，就組成了單相串聯(lián)多重疊加式逆變器，如果N個(gè)單相方波逆變器用的都是橋式逆變電路，則此單相串聯(lián)多重疊加式逆變器既能改善輸出電壓波形，也能調(diào)節(jié)輸出電壓。左圖為單臺(tái)橋式逆變器，橋左側(cè)的T1，T2是一個(gè)簡(jiǎn)單的方波逆變器；橋的右側(cè)的T3，T4是另一個(gè)簡(jiǎn)單的方波逆變器，這兩個(gè)簡(jiǎn)單的方波逆變器的輸出電壓為uao’和ubo’，是脈寬不可調(diào)的方波，而兩橋臂中點(diǎn)a和b之間的電壓uab，則是兩方波電壓的疊加第7頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第8頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四左圖是采用三個(gè)有脈寬調(diào)制的單相橋式逆變器疊加合成的單相多重疊加逆變器電路及波形圖三個(gè)單相橋式逆變器的初始相位角依次移開(kāi)45度，逆變橋1和3的輸出電壓幅值相等，而逆變橋2的輸出電壓幅值是逆變橋1和3的sqr（2）。第9頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四N個(gè)單相逆變橋依次移開(kāi)π/N相位角，通過(guò)輸出變壓器次級(jí)繞組既可以串聯(lián)疊加出三相對(duì)稱電壓，又可以消除某些諧波，其原理就是按下面將介紹的多重疊加的諧波分組特性和余弦規(guī)律進(jìn)行的.第10頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(a)使N個(gè)單相逆變橋之間依次滯后（或超前）π/N相位角，即(b)以合成的相電壓uA的向量為準(zhǔn)，對(duì)稱地配置N個(gè)單相逆變橋，即

由于多重疊加是通過(guò)變壓器進(jìn)行的，因此在想要消除2kN±1，或2kN±1及零序諧波以外的諧波求變壓器變比Ai時(shí)是比較省事的。如果當(dāng)N已知，按照諧波分組特性想要消除某組或某些組諧波時(shí)，只要按照法則上消除某組或某些組諧波中的任意一種諧波求變比Ai就行了。為了便于記憶，我們把此法稱作“消除法”。

無(wú)論用消除法消去哪些組諧波，在不能消除的2kN±1組諧波中總是存在正序與逆序諧波，而且是按順序相間出現(xiàn)的。第11頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第12頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第13頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四用6個(gè)單相橋式逆變器實(shí)現(xiàn)5個(gè)方波電壓的疊加用6個(gè)單相橋式逆變器實(shí)現(xiàn)4個(gè)方波電壓的疊加用6個(gè)單相橋式逆變器實(shí)現(xiàn)3個(gè)方波電壓的疊加用9個(gè)單相橋式逆變器實(shí)現(xiàn)5個(gè)方波電壓的疊加第14頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第15頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(a)使N個(gè)單相逆變橋之間依次滯后（或超前）π/N相位角，即(b)以合成的相電壓uA的向量為準(zhǔn)，對(duì)稱地配置N個(gè)單相逆變橋，即第16頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四N=6k0123452kN±111113253537474959612kN±33915273339455157632kN±557171929314143535565備注①2kN±1,及2kN±3與2kN±5包括了整個(gè)奇數(shù)列；②2kN±3是零序諧波；③消除5次諧波就消除了除2kN±1及零序以外的諧波第17頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第18頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第19頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第20頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第21頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第22頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第23頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四N=9k0123452kN±11171935375355717389912kN±33152133395157697587932kN±55132331414959677785952kN±77112529434761657983972kN±99(9)27(27)45(45)63(63)81(81)99備注①2kN±1,2kN±3,2kN±5,2kN±7與2kN±9包括了整個(gè)奇數(shù)列；②2kN±3,2kN±9是零序諧波；③消除5,7次諧波就消除了除2kN±1及零序以外的諧波第24頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第25頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第26頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四N=6的6個(gè)方波電壓的疊加N=8的8個(gè)方波電壓的疊加第27頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第28頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第29頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第30頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第31頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第32頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四利用多重疊加法的分組特性和余弦規(guī)律，對(duì)N等于任意數(shù)的多重疊加法都可以進(jìn)行計(jì)算。但是應(yīng)用的最多的是N=6和N=9的疊加。N=6與N=9的方案相比較，N=6比N=9的方案節(jié)省材料費(fèi)16%，增加可靠性24%，同時(shí)分配損耗率也低，因此應(yīng)用較多。第33頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四每相疊加繞組3*444*55*6單相橋式逆變器輸出變壓器的變比（A組）#1122#222#3121#4-2#5-1-1-2#6-2-2最低相電壓中所包含的次諧波333331111線電壓中所包含的最低次諧波11111111111111注#1～#6的單相橋式逆變器相互間錯(cuò)開(kāi)的相位角為；標(biāo)記有*記號(hào)的是推薦使用的。第34頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四每相疊加繞組數(shù)556666789單相橋式逆變器輸出變壓器的變比（A組）#1111111#20.7420.740.650.651.350.880.94#30.3951.140.391.141.230.230.720.650.77#41110.820.350.5#50.740.740.17#6-0.74-0.74-1-0.35-0.17#7-1-1-1.23-0.23-0.82-0.65-0.5#8-0.395-1.14-0.39-1.14-0.65-0.65-0.72-0.88-0.77#9-0.742-0.74-1-1.35-1-0.94相電壓中所包含的最低次諧波3333339917線電壓中所包含的最低次諧波171717171717171717注#1～#9的單相橋式逆變器相互間錯(cuò)開(kāi)的相位角為第35頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四利用N個(gè)單相橋式逆變器進(jìn)行多重疊加的目的有兩個(gè)：一是消除某些諧波使輸出電壓波形正弦化；二是要得到三相對(duì)稱電壓輸出。所謂三相對(duì)稱電壓指的是：三相電壓彼此之間的相位差在任何瞬間都等于120°；三相電壓的瞬時(shí)值（或向量）之和在任何瞬間都等于零。第36頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四三相逆變器的多重疊加相當(dāng)于N等于3的整倍數(shù)的單相逆變器進(jìn)行多重疊加，可以疊加合成出絕對(duì)對(duì)稱的三相對(duì)稱電壓，能夠保證三相輸出電壓的瞬時(shí)值（或向量）之和在任何瞬時(shí)都等于零。可以很方便地采用傳統(tǒng)的三相變壓器進(jìn)行多重疊加，使輸出變壓器的體積重量大大減小，成本也顯著降低。可以利用三相變壓器的Δ/Y接線方式消除零序諧波。第37頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四三相橋式N’=112相多重疊加N’=218相多重疊加N’=324相多重疊加N’=4諧波次數(shù)6k±112k±118k±124k±1線電壓有效值基波電壓有效值1.0461.012≈1≈1（額定時(shí)）全電流有效值基波有效值1.0261.00111浪涌電壓峰值額定電壓峰值1.451.131.041.02力矩脈動(dòng)頻率6f,12f,18f,24f12f,18f,24f18f,24f24f力矩脈動(dòng)率11%1.9%0.7%0.3%第38頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第39頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第40頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第41頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第42頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第43頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第44頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第45頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第46頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第47頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第48頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第49頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第50頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第51頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第52頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第53頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四單相直接并聯(lián)多重疊加兩個(gè)三相電流型逆變器的多重疊加直接并聯(lián)輸出N多重疊加輸出電流通用基波與n次諧波的幅值表達(dá)式三個(gè)電流型逆變器的直接并聯(lián)N=3的多重疊加四個(gè)電流型逆變器的直接并聯(lián)N=4的多重疊加第54頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第55頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第56頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第57頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第58頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第59頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第60頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第61頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第62頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四直接并聯(lián)疊加的優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，造價(jià)低，其缺點(diǎn)是：（1）各個(gè)逆變器的輸出功率因數(shù)不同，對(duì)于同一電流，各整流器必須