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一頁，共六十三頁，2022年，8月28日多重疊加法的基本原理是，把兩個以上完全相同的方波，按一定的相位差疊加起來，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。第二頁，共六十三頁，2022年，8月28日直流側(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法控制輸出電流第三頁，共六十三頁，2022年，8月28日第四頁，共六十三頁，2022年，8月28日所謂多重疊加，就是對幾個輸出電壓為方波的相同逆變器，使它們依次錯開相同的相位角，然后把它們疊加起來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。第五頁，共六十三頁，2022年，8月28日假定把兩個相同的輸出電壓脈寬為180°方波的逆變器輸出電壓u1和u2錯開一定的相位角，然后通過輸出變壓器次級繞組進行串聯(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。因為低次諧波的含量最多，危害也最大。這樣，多重疊加法把N個輸出電壓為方波的逆變器，按照一定的相位差疊加起來，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，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”。第六頁，共六十三頁，2022年，8月28日將N個單相方波逆變器的輸出變壓器的次級，按照右圖所示的方式串聯(lián)起來，就組成了單相串聯(lián)多重疊加式逆變器，如果N個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。左圖為單臺橋式逆變器，橋左側(cè)的T1，T2是一個簡單的方波逆變器；橋的右側(cè)的T3，T4是另一個簡單的方波逆變器，這兩個簡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a和b之間的電壓uab，則是兩方波電壓的疊加第七頁，共六十三頁，2022年，8月28日第八頁，共六十三頁，2022年，8月28日左圖是采用三個有脈寬調(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單相橋式逆變器的初始相位角依次移開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）。第九頁，共六十三頁，2022年，8月28日N個單相逆變橋依次移開π/N相位角，通過輸出變壓器次級繞組既可以串聯(lián)疊加出三相對稱電壓，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)律進行的.第十頁，共六十三頁，2022年，8月28日(a)使N個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)，對稱地配置N個單相逆變橋，即

由于多重疊加是通過變壓器進行的，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，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。第十一頁，共六十三頁，2022年，8月28日第十二頁，共六十三頁，2022年，8月28日第十三頁，共六十三頁，2022年，8月28日用6個單相橋式逆變器實現(xiàn)5個方波電壓的疊加用6個單相橋式逆變器實現(xiàn)4個方波電壓的疊加用6個單相橋式逆變器實現(xiàn)3個方波電壓的疊加用9個單相橋式逆變器實現(xiàn)5個方波電壓的疊加第十四頁，共六十三頁，2022年，8月28日第十五頁，共六十三頁，2022年，8月28日(a)使N個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)，對稱地配置N個單相逆變橋，即第十六頁，共六十三頁，2022年，8月28日N=6k0123452kN±111113253537474959612kN±33915273339455157632kN±557171929314143535565備注①2kN±1,及2kN±3與2kN±5包括了整個奇數(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十七頁，共六十三頁，2022年，8月28日第十八頁，共六十三頁，2022年，8月28日第十九頁，共六十三頁，2022年，8月28日第二十頁，共六十三頁，2022年，8月28日第二十一頁，共六十三頁，2022年，8月28日第二十二頁，共六十三頁，2022年，8月28日第二十三頁，共六十三頁，2022年，8月28日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二十四頁，共六十三頁，2022年，8月28日第二十五頁，共六十三頁，2022年，8月28日第二十六頁，共六十三頁，2022年，8月28日N=6的6個方波電壓的疊加N=8的8個方波電壓的疊加第二十七頁，共六十三頁，2022年，8月28日第二十八頁，共六十三頁，2022年，8月28日第二十九頁，共六十三頁，2022年，8月28日第三十頁，共六十三頁，2022年，8月28日第三十一頁，共六十三頁，2022年，8月28日第三十二頁，共六十三頁，2022年，8月28日利用多重疊加法的分組特性和余弦規(guī)律，對N等于任意數(shù)的多重疊加法都可以進行計算。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16%，增加可靠性24%，同時分配損耗率也低，因此應(yīng)用較多。第三十三頁，共六十三頁，2022年，8月28日每相疊加繞組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開的相位角為；標(biāo)記有*記號的是推薦使用的。第三十四頁，共六十三頁，2022年，8月28日每相疊加繞組數(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開的相位角為第三十五頁，共六十三頁，2022年，8月28日利用N個單相橋式逆變器進行多重疊加的目的有兩個：一是消除某些諧波使輸出電壓波形正弦化；二是要得到三相對稱電壓輸出。所謂三相對稱電壓指的是：三相電壓彼此之間的相位差在任何瞬間都等于120°；三相電壓的瞬時值（或向量）之和在任何瞬間都等于零。第三十六頁，共六十三頁，2022年，8月28日三相逆變器的多重疊加相當(dāng)于N等于3的整倍數(shù)的單相逆變器進行多重疊加，可以疊加合成出絕對對稱的三相對稱電壓，能夠保證三相輸出電壓的瞬時值（或向量）之和在任何瞬時都等于零?？梢院芊奖愕夭捎脗鹘y(tǒng)的三相變壓器進行多重疊加，使輸出變壓器的體積重量大大減小，成本也顯著降低?？梢岳萌嘧儔浩鞯摩?Y接線方式消除零序諧波。第三十七頁，共六十三頁，2022年，8月28日三相橋式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）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力矩脈動頻率6f,12f,18f,24f12f,18f,24f18f,24f24f力矩脈動率11%1.9%0.7%0.3%第三十八頁，共六十三頁，2022年，8月28日第三十九頁，共六十三頁，2022年，8月28日第四十頁，共六十三頁，2022年，8月28日第四十一頁，共六十三頁，2022年，8月28日第四十二頁，共六十三頁，2022年，8月28日第四十三頁，共六十三頁，2022年，8月28日第四十四頁，共六十三頁，2022年，8月28日第四十五頁，共六十三頁，2022年，8月28日第四十六頁，共六十三頁，2022年，8月28日第四十七頁，共六十三頁，2022年，8月28日第四十八頁，共六十三頁，2022年，8月28日第四十九頁，共六十三頁，2022年，8月28日第五十頁，共六十三頁，2022年，8月28日第五十一頁，共六十三頁，2022年，8月28日第五十二頁，共六十三頁，2022年，8月28日第五十三頁，共六十三頁，2022年，8月28日單相直接并聯(lián)多重疊加兩個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)式三個電流型逆變器的直接并聯(lián)N=3的多重疊加四個電流型逆變器的直接并聯(lián)N=4的多重疊加第五十四頁，共六十三頁，2022年，8月28日第五十五頁，共六十三頁，2022年，8月28日第五十六頁，共六十三頁，2022年，8月28日第五十七頁，共六十三頁，2022年，8月28日第五十八頁，共六十三頁，2022年，8月28日第五十九頁，共六十三頁，2022年，8月28日第六十頁，共六十三頁，2022年，8月28日第六十一頁，共六十三頁，2022年，8月28日第六十二頁，共六十三頁，2022年，8月28日直接并聯(lián)疊加的優(yōu)點是電路簡單，造價低，其缺點是：（1）各個逆變器的輸出功率因數(shù)不同，對于同一電流，各整流器必須設(shè)置各自的電