多重化整流技術(shù)

1、如何確定最佳的多重化重?cái)?shù)？一、多重化技術(shù) 多重化整流電路是指將幾個(gè)整流電路多重聯(lián)結(jié)。整流電路多重化的主要目的包括兩個(gè)方面，一是可以使裝置總體的功率容量大，二是能夠減少整流裝置所產(chǎn)生的諧波和無(wú)功功率對(duì)電網(wǎng)的干擾。其實(shí)這兩者之間是有關(guān)聯(lián)的，隨著整流裝置功率的進(jìn)一步加大，它所產(chǎn)生的諧波、無(wú)功功率等對(duì)電網(wǎng)的干擾也隨之加大，為減輕干擾，可采用多重化整流電路減少交流側(cè)輸入電流諧波，而對(duì)晶閘管多重整流電路采用順序控制的方法可提高功率因數(shù)。將多個(gè)方波進(jìn)行疊加，以消除次數(shù)較低的諧波，從而得到接近正弦波的階梯波?？梢韵胂螅?cái)?shù)越多，階梯波就越接近正弦波，不過電路結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。多重化技術(shù)是大容量變流器提高

2、功率因數(shù)和減少諧波的主要方法。如果要求總功率因數(shù)為1，甚至提供超前的無(wú)功功率，則一般需使用關(guān)斷器件的變流器。對(duì)于電流型變流器，多重化技術(shù)就是將方波電流疊加，使得輸入電流為接近正弦的階梯波，或提高功率因數(shù)。其連接方式有串聯(lián)和并聯(lián)多重化，而控制方式則有移相、順序控制、非對(duì)稱控制和滯后超前控制多重化等幾種形式。對(duì)于電壓型變流器，必須用連接電感和交流電源相連，大都用移相多重化，將方波疊加，使其在網(wǎng)側(cè)產(chǎn)生接近正弦的階梯波電壓，且與電源電壓保持適當(dāng)?shù)南辔魂P(guān)系，從而使輸入電流為與電源電壓同相位的正弦波。如果需要，可以控制輸入電流的相位，使變流器能對(duì)無(wú)功功率進(jìn)行補(bǔ)償。 二、舉例說(shuō)明： （1）多重化逆變器采用基

3、頻方波調(diào)制(FFM)方式，用低頻開關(guān)器件實(shí)現(xiàn)高壓大容量輸出，有效減小開關(guān)損耗。根據(jù)所用輸出變壓器及其連接方式和單元逆變橋結(jié)構(gòu)不同可分為3大類，如下圖：第1類將圖1(a)中各單元逆變橋代之以圖1(d)(g)所示兩/三電平逆變橋構(gòu)成4種曲折變壓器串聯(lián)型多重化逆變器，重?cái)?shù)m可為奇數(shù)和偶數(shù)，相鄰兩個(gè)單元逆變橋的控制信號(hào)相位互差/3m rad。第2類將圖1(d)(g)所示兩/三電平逆變橋作為圖1(b)中的單元逆變橋構(gòu)成4種普通變壓器串聯(lián)型多重化逆變器，重?cái)?shù)m須為偶數(shù)，相鄰兩個(gè)單元逆變橋的控制信號(hào)相位互差/3m rad。第3類將圖1(d)(g)兩/三電平逆變橋作為圖1(c)中的單元逆變橋構(gòu)成4種普通變壓器

4、分組串聯(lián)型多重化逆變器，重?cái)?shù)m須為偶數(shù)；每相鄰兩個(gè)單元逆變橋?yàn)橐唤M，相鄰兩組間的相位移為/3m rad，同一組內(nèi)兩個(gè)單元逆變橋的控制信號(hào)相位互差rad。 （2）輸出電壓諧波分析設(shè)逆變器各開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)為50Hz的方波，直流側(cè)電容電壓為Ud，則圖1中4種逆變橋（相對(duì)于交流側(cè)中點(diǎn)）的輸出相電壓波形見圖2。經(jīng)傅氏級(jí)數(shù)分解得各逆變橋輸出相電壓基波及n次諧波幅值表達(dá)式為:式中，、1、2為開關(guān)管的脈沖控制角，n為諧波次數(shù)。對(duì)兩電平三相逆變橋而言，一般取=0°和30°；對(duì)三電平三相逆變橋而言，的取值與重?cái)?shù)m有關(guān)，對(duì)單個(gè)三電平逆變橋，可取1=15°，對(duì)m重化逆變器，可取m=1/

5、m。對(duì)3類多重化逆變器在不同m下的電壓波形進(jìn)行仿真分析可得第1、3類多重化逆變器的相電壓和第2類多重化逆變器的線電壓最小THD與、1、2的關(guān)系見表1。圖68為采用兩/三電平三相橋和兩/三電平單相橋構(gòu)成的4重化逆變器（m = 4）在Ud= 300V，變壓器原、副邊電壓變比K=1和THD為最小時(shí)的電壓波形及其諧波頻譜。圖(a) 中曲線14分別為兩電平三相橋、三電平三相橋、兩電平單相橋和三電平單相橋4重化逆變器的電壓波形，圖(b)中從上至下為其相應(yīng)的諧波頻譜。由上述理論分析和仿真結(jié)果可知：1) 隨m的增加，THD減??；對(duì)不同的m，有一個(gè)使THD最小的逆變橋輸出相電壓最佳脈沖寬度。2) 當(dāng)采用兩電平單

6、相橋構(gòu)成多重化逆變器時(shí)，若取THD為最小時(shí)的min(20°<min <30°)，則第器的相、線電壓中存在3及倍數(shù)次諧波；若取=30°，則其電壓諧波畸變系數(shù)與最小THD的偏差并不大且隨m的增加而減小，同時(shí)相、線電壓中不再含3及倍數(shù)次諧波；因此取=30°較合適。3) 當(dāng)采用三電平單相橋構(gòu)成多重化逆變器時(shí)，若取1 +2 = 60°，則不僅THD約等于其最小值，而且輸出電壓中不含3及其倍數(shù)次諧波。4) 對(duì)第1、2類多重化逆變器而言，由= 30°時(shí)的兩電平三單相橋與由= 0或30時(shí)的兩電平三相橋構(gòu)成的同類多重化逆變器具有相同的電壓波

7、形和諧波頻譜；由1 +2 = 60°時(shí)的三電平三單相橋與三電平三相橋構(gòu)成的同類多重化逆變器具有相同的電壓波形和諧波頻譜 。5) 在滿足上述2)和3)的條件使多重化逆變器輸出電壓中不含3及其倍數(shù)次諧波的情況下，第1類多重化逆變器的相、線電壓諧波次數(shù)為n=6mk±1（k為正整數(shù)）重?cái)?shù)m越大，所含的諧波次數(shù)越少、幅值也越??；第2類多重化逆變器和由兩/三電平三相橋構(gòu)成的第3類多重化逆變器的相、線電壓諧波次數(shù)為n=12k±1，重?cái)?shù)m越大，諧波幅值越小；由兩/三電平三單相橋構(gòu)成的第3類多重化逆變器的相、線電壓諧波次數(shù)為n = 6 k±1，重?cái)?shù)m越大，諧波幅值越小。故

8、第1類多重化逆變器的電壓波形質(zhì)量最好，第 3類兩/三電平三單相橋多重化逆變器的電壓波形質(zhì)量最差。6) 第3類兩/三電平三相橋多重化逆變器具有與第2類相同的電壓波形和諧波頻譜，都含n=12k±1次諧波，但前者可采用/Y連接三繞組變壓器進(jìn)行輸出電壓串聯(lián)疊加，從而減小變壓器的體積、重量和損耗。7) 由三電平三相橋構(gòu)成的第1類多重化逆變器，在不同m下，取= 15°/m，可得最小THD；由三電平三相橋構(gòu)成的第2、3類多重化逆變器，在不同m下，取=15°/ m 時(shí)，THD與其最小值的偏差會(huì)隨著m的增加而增加。8) 三電平m重化逆變器和兩電平2m重化逆變器具有相同的輸出電壓階梯數(shù)和THD，而在相同的輸出電壓等級(jí)下，前者所用開關(guān)器件的額定電壓可降一半，且重?cái)?shù)越少，所用輸出變壓器的體積、重量和損耗越小。故三電平多重化逆變器更適用于高壓大容量的電力電子裝置。根據(jù)構(gòu)成多重化逆變器的單元逆變橋和輸出變壓器的結(jié)構(gòu)不同，將串聯(lián)型多重化逆變器分為3大類12種。通過對(duì)它們的輸出電壓