逆变电路（二）

我们接下来讲解交-直-交-直变流

那么对 50Hz 市电

直接接变压器降压再整流滤波

来获取直流的这种电源已经很罕见

现在只剩下实验室用的这种

实验用的直流稳压电源

那么工频电压器它的体积巨大

晶体管还工作于放大区

效率非常低

我们市面上见到的所有开关电源

全部都是交-直-交-直变流类型

各种各样的

电脑里用的、开关电源适配器

这全是开关电源

它们的体积小

晶体管，包括三极管、场效应管都是晶体管

它们都是工作于开关状态

它们效率很高

我们来看一下

这种交-直-交-直变流的好处在哪

50Hz 的交流电先整流变成直流

然后再逆变成 50kHz

频率增高的交流

再进行降压和整流

那么与直接对 50Hz 进行降压和整流相比

变压器，高频变压器体积要小得多

滤波电容的滤波效果也要好得多

如果对 50Hz 进行滤波

即使用了 10000μF 的电容

滤波效果都很勉强

但是开关电源的滤波电容

一般就是百微法量级

我们滤波的仿真效果对比

黄色波形是 50kHz 整流输出效果

粉色的是工频它直接滤波的纹波效果

我们下面讲解多电平逆变

多电平逆变的目的

在负载测减少谐波

让输出的电流电压波形更接近于正弦波

我们来看单个的逆变单元

通过 SPWM 面积等效

已经可以认为长得有点像正弦波了

但是我如果让这三个单元的 SPWM

错一定相位再进行串联

我就可以得到更多电平的 SPWM

无疑最后一个波形要更像正弦波

它含的谐波更少

多电平逆变的目的

由于高速开关无法串联来提高耐压

我们觉得耐压不够

你串两个开关

但是因为高速开关你很难

控制它们同时开通、同时关断

因此当你一个开关先开通

那么所有的电压

都会加载在另外一个开关上

你还是扛不住高压

所以对于高速开关来说

是没法串联来使用的

那么我们碰到高压设备怎么办呢

我们是把它先变成电源

用电源单元进行串联

就是装置的串并联

而不是器件的串联

这个是一个目的

第二个好处是如果单个电源损坏

我们可以快速旁路

我们看这是一个高压变频器

比如高压输出三相交流电的

这么一种设备

它每一项由四个逆变桥组成四单元

假如有一个坏掉了

我就让它短路旁路掉

那么原本完全对称的时候

三相的相位差是 120°

现在由于这个地方

这根线短了一截

那么我只要控制

把它变成 128° 相位差

它又可以构成一个线电压为等边三角形

可以继续使用

虽然电压有一定的减小

但是还是一个可以用三相电

我们讲一下单逆变桥 3 电平控制时序

我们一个单个的逆变桥认为是三电平输出

这是 1，这是 -1

这个地方认为是零

所以叫三电平逆变

我们需要知道

逆变桥输出零伏电压并不是高阻

也就是说只有 1、2 导通

或者是 3、4 导通

这两点认为是零伏

如果你 1、2、3、4 都不导通

那是断路

这样的逆变单元是没有办法进行串联的

它等于把别人给断开了

正确的控制方法是

上下桥臂互补 180° 导通

左右桥臂错开相位

也就是排列得挺整齐的 1、2、3、4

我们来看 1、2 导通

1、2 导通被短路了

零，电平为 0

1、4 导通，对角线导通

电平为 1

3、4 导通，电平为 0

2、3 导通，电平为 -1

这是三电平逆变

我们用三个逆变桥进行串联

那么经过控制可以得到

-3、-2、-1、0、1、2、3 七种电平

也就可以把它变成七电平逆变

我们七电平逆变控制时序仿真

三个桥的输出

输出 1、0、-1

都是输出 1、0、-1

错开 30° 相位

最后合成出来了

这么一个七电平的输出信号

我们谈一谈大功率设备的功率因数

功率因数的本质是电网容量的利用率

那么对于单一大功率设备

例如我们几千千瓦的变频器

它对电网影响很大

我们在整流级

需要尽可能多地错开相位工作

以提高功率因数

那么对于刚刚我们前面提到的

如果你是三个逆变桥进行串联

这么一种多电平逆变

它前面接的整流桥的电源也是错相位的

本课小结

交-直-交-直变流的意义

多了这个直流-交流环节的好处是什么

好处是低频交流变成高频交流

虽然都是交流

但是有本质区别

高频化以后器件体积减少，效率增高

多电平逆变的意义

单个逆变桥是三电平逆变

它通过 SPWM 可以面积等效出正弦波

但是效果不是很好

如果我用三个逆变桥进行串联

就可以得到七电平逆变

那么无疑得到的正弦波效果要更好

而且多个单元串联工作可靠性高

它也有助于克服

高压的开关不能串联这个问题

我的三个装置可以串联

但是我的开关不能串联

这就是多电平逆变的意义

这节课就到这里

我们接下来讲解交-直-交-直变流

那么对 50Hz 市电

直接接变压器降压再整流滤波

来获取直流的这种电源已经很罕见

现在只剩下实验室用的这种

实验用的直流稳压电源

那么工频电压器它的体积巨大

晶体管还工作于放大区

效率非常低

我们市面上见到的所有开关电源

全部都是交-直-交-直变流类型

各种各样的

电脑里用的、开关电源适配器

这全是开关电源

它们的体积小

晶体管，包括三极管、场效应管都是晶体管

它们都是工作于开关状态

它们效率很高

我们来看一下

这种交-直-交-直变流的好处在哪

50Hz 的交流电先整流变成直流

然后再逆变成 50kHz

频率增高的交流

再进行降压和整流

那么与直接对 50Hz 进行降压和整流相比

变压器，高频变压器体积要小得多

滤波电容的滤波效果也要好得多

如果对 50Hz 进行滤波

即使用了 10000μF 的电容

滤波效果都很勉强

但是开关电源的滤波电容

一般就是百微法量级

我们滤波的仿真效果对比

黄色波形是 50kHz 整流输出效果

粉色的是工频它直接滤波的纹波效果

我们下面讲解多电平逆变

多电平逆变的目的

在负载测减少谐波

让输出的电流电压波形更接近于正弦波

我们来看单个的逆变单元

通过 SPWM 面积等效

已经可以认为长得有点像正弦波了

但是我如果让这三个单元的 SPWM

错一定相位再进行串联

我就可以得到更多电平的 SPWM

无疑最后一个波形要更像正弦波

它含的谐波更少

多电平逆变的目的

由于高速开关无法串联来提高耐压

我们觉得耐压不够

你串两个开关

但是因为高速开关你很难

控制它们同时开通、同时关断

因此当你一个开关先开通

那么所有的电压

都会加载在另外一个开关上

你还是扛不住高压

所以对于高速开关来说

是没法串联来使用的

那么我们碰到高压设备怎么办呢

我们是把它先变成电源

用电源单元进行串联

就是装置的串并联

而不是器件的串联

这个是一个目的

第二个好处是如果单个电源损坏

我们可以快速旁路

我们看这是一个高压变频器

比如高压输出三相交流电的

这么一种设备

它每一项由四个逆变桥组成四单元

假如有一个坏掉了

我就让它短路旁路掉

那么原本完全对称的时候

三相的相位差是 120°

现在由于这个地方

这根线短了一截

那么我只要控制

把它变成 128° 相位差

它又可以构成一个线电压为等边三角形

可以继续使用

虽然电压有一定的减小

但是还是一个可以用三相电

我们讲一下单逆变桥 3 电平控制时序

我们一个单个的逆变桥认为是三电平输出

这是 1，这是 -1

这个地方认为是零

所以叫三电平逆变

我们需要知道

逆变桥输出零伏电压并不是高阻

也就是说只有 1、2 导通

或者是 3、4 导通

这两点认为是零伏

如果你 1、2、3、4 都不导通

那是断路

这样的逆变单元是没有办法进行串联的

它等于把别人给断开了

正确的控制方法是

上下桥臂互补 180° 导通

左右桥臂错开相位

也就是排列得挺整齐的 1、2、3、4

我们来看 1、2 导通

1、2 导通被短路了

零，电平为 0

1、4 导通，对角线导通

电平为 1

3、4 导通，电平为 0

2、3 导通，电平为 -1

这是三电平逆变

我们用三个逆变桥进行串联

那么经过控制可以得到

-3、-2、-1、0、1、2、3 七种电平

也就可以把它变成七电平逆变

我们七电平逆变控制时序仿真

三个桥的输出

输出 1、0、-1

都是输出 1、0、-1

错开 30° 相位

最后合成出来了

这么一个七电平的输出信号

我们谈一谈大功率设备的功率因数

功率因数的本质是电网容量的利用率

那么对于单一大功率设备

例如我们几千千瓦的变频器

它对电网影响很大

我们在整流级

需要尽可能多地错开相位工作

以提高功率因数

那么对于刚刚我们前面提到的

如果你是三个逆变桥进行串联

这么一种多电平逆变

它前面接的整流桥的电源也是错相位的

本课小结

交-直-交-直变流的意义

多了这个直流-交流环节的好处是什么

好处是低频交流变成高频交流

虽然都是交流

但是有本质区别

高频化以后器件体积减少，效率增高

多电平逆变的意义

单个逆变桥是三电平逆变

它通过 SPWM 可以面积等效出正弦波

但是效果不是很好

如果我用三个逆变桥进行串联

就可以得到七电平逆变

那么无疑得到的正弦波效果要更好

而且多个单元串联工作可靠性高

它也有助于克服

高压的开关不能串联这个问题

我的三个装置可以串联

但是我的开关不能串联

这就是多电平逆变的意义

这节课就到这里