[三电平逆变器的主电路结构及其工作原理]三电平逆变器工作原理

[三电平逆变器的主电路结构及其工作原理]三电平逆变器

工作原理

三电平逆变器的主电路结构及其原理

所谓三电平是指逆变器侧每相输出电压相对于直流侧有三种取值，正端电压(+Vdc/2)、负端电压(-Vdc/2)、中点零电压(0)。二极管箱

位型三电平逆变器主电路结构如图所示。逆变器每一相需要4个IGBT 开关管、4个续流二极管、2个箱位二极管;整个三相逆变器直流侧由两个电容C1、C2串联起来来支撑并均衡直流侧电压，C1=C2。通过一定的开关逻辑控制，交流侧产生三种电平的相电压，在输出端合成正弦波。

三电平逆变器的工作原理

以输出电压A相为例，分析三电平逆变器主电路工作原理，并假

设器件为理想器件，不计其导通管压降。定义负载电流由逆变器流向电机或其它负载时的方向为正方向。

(l) 当Sa1、Sa2导通，Sa3、Sa4关断时，若负载电流为正方向，则电源对电容C1充电，电流从正极点流过主开关Sa1、Sa2，该相输出端电位等同于正极点电位，输出电压U=+Vdc/2;若负载电流为负方向，则电流流过与主开关管Sa1、Sa2反并联的续流二极管对电容C1

充电，电流注入正极点，该相输出端电位仍然等同于正极点电位，输出电压U=+Vdc/2。通常标识为所谓的“1”状态，如图所示。

“1”状态“0”状态

“-1”状态

(2) 当Sa2、Sa3导通，Sa1、Sa4关断时，若负载电流为正方向，则电源对电容C1充电，电流从O点顺序流过箱位二极管Da1，主开关管Sa2:，该相输出端电位等同与0点电位，输出电压U=O;若负载电流为负方向，则电流顺序流过主开关管Sa3和箱位二极管Da2，电流注入O点，该相输出端电位等同于O点电位，输出电压U=0，电源对电容C2充电。即通常标识的“0”状态，如图所示。

(3) 当Sa3、Sa4导通，Sa1、Sa2关断时，若负载电流为正方向，则电流从负极点流过与主开关Sa3、Sa4反并联的续流二极管对电容C2进行充电，该相输出端电位等同于负极点电位，输出电压U=-Vdc/2;若负载电流为负方向，则电源对电容C2充电，电流流过主开关管Sa3、Sa4注入负极点，该相输出端电位仍然等同于负极点电位，输出电压U=-Vdc/2。通常标识为“-1”状态，如图所示。

三电平逆变器工作状态间的转换

相邻状态之间转换时有一定的时间间隔，称之为死区时间(DeadTime)，即从“l”到“0”的过程是:先关断Sa1，当一段死区时间后Sal截止，然后再开通Sa3;从“0”到“-1”的过程是:先关断Sa2，当一段死区时间后Sa2截止，再开通Sa4。“-l”到“0”以及“0”到“l”的转换与上述类似。

如果在Sa1，没有完全被关断时就开通Sa3，则Sa1、Sa2、Sa3串联直通，从而直流母线高压直接加在Sa4上，导致Sa4毁坏。所以在开关器件的触发控制上，一定的死区时间间隔是必要的。

同时需要注意的是，这三种状态间的转换只能在“1”与“0”以及“0”与“-1”之间进行。决不允许在“1”与“-1”之间直接转换，否则在死区时间里，一相四个开关容易同时连通，从而将直流母线短接，后果十分严重。同时，这样操作也会增加开关次数，导致开关损耗的增加。所以，“1”和“-1”之间的转换必须以“0”为过渡。

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