单相多电平逆变器

一文看懂逆变器的17种主要类型

逆变器，将直流电转换为交流电的装置，通过不同的分类满足不同场合的需求。其基本原理是通过变换电路，将直流电的极性反转输出交流电。要理解逆变器的广泛类型，关键在于其输入源、连接方式、输出相位、换向技术、操作模式和输出波形的多样性。

首先，按输入源区分，有电压源逆变器(VSI)和电流源逆变器(CSI)，分别处理恒定直流电压和恒定直流电流。VSI的输出电压完全由内部开关器件控制，而CSI的电流则不受负载影响。

其次，按输出相位，有单相逆变器和三相逆变器，前者适合低负载，后者提供三相平衡的电流，适合高负载。单相逆变器的标称电压种类繁多，从120V到765kV不等，而三相逆变器的输出则通过三个相位分离的交流电提供。

换向技术包括线换向和强制换向，如线路换向逆变器在电流零特性时实现换向，强制换向逆变器则需要外部源辅助整流。连接方式方面，有串联、并联和桥式逆变器，如半桥、全桥和三相桥式，各自对应不同的负载条件和工作原理。

操作模式涵盖独立逆变器、并网逆变器和双峰逆变器，独立逆变器独立于电网，而并网逆变器则能向电网供电。双峰逆变器是两者结合，能灵活应对不同的能源需求。

根据输出波形，有方波、准正弦波和纯正弦波逆变器，纯正弦波是理想的，但成本较高。最后，多电平逆变器提供更平滑的波形，是许多实际应用的首选。

这些复杂的分类反映了逆变器在不同应用场景中的适应性和效率，选择哪种类型取决于负载需求、电源特性以及对输出波形质量的要求。

什么是载波移相

载波移相是一种特别适合于级联多电平逆变器的SPWM方法。其基本原理和特点如下：

基本原理：

在由n个H桥单元组成的单相级联多电平逆变器中，每个H桥单元都采用低开关频率的SPWM调制方法。

各单元的正弦调制波相同，但用n组三角载波分别进行调制。

这些三角载波具有相同的频率和幅值，但相位依次相差固定的角度。

特点：

由于各三角载波的相位依次相差固定角度，因此每个H桥单元输出的SPWM脉冲也错开一定的角度。

这种错开角度的调制方式大大增加了等效开关频率。

经过叠加后，逆变器最终输出的波形是一个多电平的阶梯波。

通过选择合适的移相角度，可以使输出电压的谐波含量大幅度减少，从而提高输出波形的质量。

载波移相方法在实现上相对简单，且能够显著提高逆变器的输出波形质量，因此在级联多电平逆变器中得到了广泛应用。

什么是三相三开关三电平逆变器

问题一：三电平是什么意思？

三电平指的是三种电平状态：高电平V/2、零电平0V、低电平-V/2。这实质上是开关阀值的问题，为输出提供了三种电平状态。三电平控制技术主要应用于变频器中，通过钳位电路解决了功率器件串联问题，并使得相电压输出具有三个电平。三电平逆变器主回路结构简单，虽然为电压源型结构，但易于实现能量回馈。然而，在国内市场中，三电平逆变器面临的最大挑战是电压问题，其最大输出电压难以达到6KV，因此常常需要采取变通方法，如改变电机电压或在输出侧添加升压变压器。这一弱点限制了其广泛应用。这也是该技术不太为人所知的原因之一。

问题二：多电平比如三电平名称的含义？

电平是指逆变直流侧的直流电压等级。三电平指的是通过开关管的作用产生的三个电压平台，这些平台通过分割形成正弦波。例如，相电压是三电平，而线电压则是五电平。

问题三：三相三开关三电平整流是什么意思？

三相三开关三电平整流是指一种特定的电力电子装置，其主回路结构环节少，采用钳位电路来解决两只功率器件的串联问题，并使得相电压输出具有三个电平。这种结构易于实现能量回馈，但在电压方面存在限制，需要采取变通方法以适应不同应用需求。

问题四：什么是三电平结构？

三电平结构是指在电力电子装置中，通过特定的电路设计实现三种不同的电平状态。这种结构主要应用于变频器中，可以提供三个电平输出。三电平逆变器的主回路结构简单，易于实现能量回馈。然而，该技术在国内市场面临的最大挑战是电压问题，其最大输出电压难以达到6KV，因此常常需要采取变通方法，如改变电机电压或在输出侧添加升压变压器。

问题五：什么是单相三电平逆变器？

单相三电平逆变器是一种电力电子装置，具有输出容量大、输出电压高、电流谐波含量小、控制方法成熟简单等优点，在高压调速领域得到了广泛应用。正弦脉宽调制（SPWM）是其核心技术之一。本文介绍了单相三电平逆变器的结构和基本原理，并分析了SPWM控制法对三电平逆变器的控制。

问题六：三电平变频器的输出波形是什么样子？

三电平变频器的输出波形是指其输出的电压或电流波形。下图是3300V永磁风力发电机用三电平变流器的电压波形和电流波形，仅供参考。

问题七：三电平逆变器较二电平逆变器的优势是什么？

三电平逆变器相较于二电平逆变器的优势主要在于谐波小，输出不需要很大的滤波器。在传输距离较远的情况下，可以有很小的电压损失，对后期负载，如电机的冲击比较小，不需要用防护等级高的点击。理论上，三电平逆变器与二电平逆变器肯定有区别，但具体区别可以通过查阅相关课本或资料了解。

问题八：三电平PWM变频器具有哪些优点？

三电平PWM变频器具有提升电压应用、输出波形好、波形好、模块耐压低等优点。在通信、电子等领域，电平是用来表示输出/输入信号的比较，用电平来表示会有极大的便利性。介绍了西门子采用三电平高压IGBT开发的中压变频器SIMOVERTMV、有源前端技术及应用。

问题九：三电平电路的工作原理是什么？

三电平电路的工作原理涉及到开关管的开通和关闭，以及电压的钳位和分割。例如，TL整流器主电路由8个开关管组成，通过不同的状态转换，可以产生不同的电平，从而实现交流侧电压的调控。具体的电路和工作原理可以通过查阅相关资料或课本了解。

逆变器的17种主要类型

逆变器的多样化类型主要基于输入源、输出相位、换向技术、连接方式、操作模式、输出波形以及输出电平数量。以下是17种主要类型的概述：

1. 按输入源分：电压源逆变器和电流源逆变器，前者针对恒定直流电压，后者则针对恒定直流电流。

2. 按输出相位：单相逆变器将直流电转换为单相交流，三相逆变器提供三相平衡的交流电，相位差120度。

3. 按换向技术：线路换向逆变器利用零电压换向，强制换向逆变器则通过外部整流实现换向。

4. 连接方式：串联逆变器通过一对晶闸管和RLC电路工作，负载串联；并联逆变器通过变压器与负载并联，涉及两个晶闸管等组件。

5. 操作模式：离网逆变器独立供电，并网逆变器既供电又回馈电网，双峰逆变器则具备两者功能。

6. 输出波形：方波逆变器输出简单但非正弦；准正弦波和纯正弦波逆变器提供更接近标准正弦波的输出。

7. 输出电平数量：两电平逆变器只有两个电平切换，多电平逆变器则能提供多个电平的复杂输出波形。

这些不同类型的逆变器根据实际需求和应用环境，提供了高效且多样化的电力转换方式。

单相三电平逆变器的特点

1. 单相三电平逆变器采用多电平输出技术，与传统的二电平逆变器相比，其输出波形更接近正弦波，谐波含量较低。

2. 该逆变器能够有效降低电磁干扰，因为其多电平输出特性减少了输出端的电压纹波，从而减轻了对其他电子设备的干扰。

3. 逆变器的效率得到提升，得益于多电平输出能够更好地匹配负载，减少了能量损耗。

4. 控制方面，单相三电平逆变器提供了更高的灵活性，允许通过精确的开关控制策略来实现对输出波形的精细调节。

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