兩電平逆變器的工作原理

兩電平電壓型逆變器的主電路所示，電壓型逆變器典型工作方式是180°導(dǎo)通方式，任何時刻都有不相同的三只主管導(dǎo)通，每次換相都是在同一相上下兩個橋臂之間進(jìn)行的，因此又稱縱向換相。相同中上下兩橋臂中的兩只主管稱為互補管（即控制脈沖是互反的），它們交替導(dǎo)通。

在換流瞬間，為了防止同一相上下兩臂的主管同時導(dǎo)通而引起直流電源的短路，通常采用“先斷后通”的方法，即先給應(yīng)關(guān)斷的主管關(guān)斷信號，待其關(guān)斷后留一定時間裕量，然后再給應(yīng)導(dǎo)通的主管開通信號，兩者之間留一個短暫的死區(qū)時間。

下面來分析該電路的工作波形，對于U相輸出來說，當(dāng)V1導(dǎo)通時，Uun=Ud/2；V4導(dǎo)通時，Uun=-Ud/2.因此Uun的波形是幅值為Ud/2的矩形波。V，W兩相情況類似，只是相位依次相差120度。通常我們所說的幾電平指的是逆變器輸出的相電壓，對兩電平而言，逆變器輸出的相電壓只有上述分析的兩種電平：±Ud/2。

負(fù)載線電壓可分別由公式求出：Uuv=Uun-Uvn；Uvw=Uvn-Uwn；Uwu=Uwn-Uun。

可以看出負(fù)載線電壓有三個值：±Ud，0。

對該電路的工作原理再作如下說明：在整流運行狀態(tài)下，Ua》0時，由V4，VD1，VD6（或VD2），Ls組成升壓斬波電路。V4導(dǎo)通時，Ua通過V4，VD6（或VD2）向Ls儲能，當(dāng)V4關(guān)斷時，Ls儲存的能量通過VD1向直流側(cè)電容充電。電路為升壓斬波，若控制不當(dāng)，直流側(cè)電容電壓可能比交流電壓峰值高出許多倍，容易損壞器件。

在了解兩電平變流器的工作原理基礎(chǔ)上，我們可以看出，如果需要變流器承受更高的電壓，就需要選用耐壓等級更高的IGBT，或者采用IGBT串聯(lián)的方式。

但I(xiàn)GBT的電壓等級不可能太高（通用電壓等級為600V/1200V/1700V/3300），IGBT是高速器件，串聯(lián)比較困難，另外采用兩電平電路時di/dt較高，波形不太理想。因此我們考慮采用多電平逆變電路。

三電平逆變器的工作原理

多電平變流器的采用，不僅可以提高電壓等級，而且獲得了更多階的輸出電壓，這將使得輸出波形更接近于正弦波，且諧波含量少，電壓變化率小，輸出容量大。下面對常見的一種三電平拓?fù)潆娐愤M(jìn)行分析。

逆變器每一相需要4個IGBT開關(guān)管、4個續(xù)流二極管、2個箱位二極管;整個三相逆變器直流側(cè)由兩個電容串聯(lián)起來來支撐并均衡直流側(cè)電壓。通過一定的開關(guān)邏輯控制，交流側(cè)產(chǎn)生三種電平的相電壓，在輸出端合成正弦波。

以U相為例：

當(dāng)V11和V12（或VD11和VD12）導(dǎo)通，V41和V42關(guān)斷時，U點和O點電位差為Ud/2;

當(dāng)V41和V42（或VD41和VD42）導(dǎo)通，V11和V12關(guān)斷時，U和O點的點位差為-Ud/2；

當(dāng)V12或V41導(dǎo)通，V11和V42關(guān)斷時，U和O點電位差為0。

可以看出三電平電路的輸出相電壓由三種電平：±Ud/2，0；同樣的的得出輸出線電壓有五種電平：±Ud，±Ud/2，0。

三電平拓?fù)涞囊粋€突出優(yōu)點就是每個主開關(guān)器件關(guān)斷時所承受的電壓僅為直流側(cè)電壓的一半，因此適合于高壓大容量應(yīng)用場合。與此類似，還可以構(gòu)成五電平等更多電平的電路。

兩電平與三電平對比

1）損耗計算：每個開關(guān)周期中，兩電平輸出為正、負(fù)電平，三電平輸出為正、負(fù)、零電平。因此兩電平拓?fù)鋼p耗較高。

2）輸出諧波：輸出電平臺階越多，波形越趨近與正弦波，帶出的諧波越少。

3）器件耐壓：三電平中主開關(guān)承受電壓為直流側(cè)電壓一半，兩電平則為全部母線電壓。三電平會增加使用的器件數(shù)量，但電壓等級越高價格越高。

4）三電平可以降低開關(guān)頻率，較少開關(guān)損耗。