简介多电平高压变频器的两种拓扑结构
高压大功率变频器拓扑及优缺点比较
14
直接高压型与多电平电压型性能比较
直接高压技术与多电平技术的对比
技术 参数 输入电流谐波注 1 多电平技术 优点 多脉冲移相整流 技术， 谐波较小， 符合国标要求 功率元件连接 通过变压器隔离 后连接 功率元件保护 功率元件驱动 输入谐波治理装置 输出谐波治理装置 电磁噪声 电子旁路技术注 2 容易 不要求完全同步 不需要 不需要 小 有 无 无 无 无 无 无 无 无 无 无 无 无 困难 要求完全同步 需要 需要 很大 无法实现 无 无 缺点 无 直接高压技术 优点 无 缺点 六脉冲整流技 术，谐波较大， 不符合国标要求 直接串联
00Βιβλιοθήκη 01．21 0．01 0
0
0
0
0
0
0
0．85
电压型与电流型高压变频器性能比较
输出侧谐波比较
多级串联电压型变频器采用多重化脉宽调制技术，从根本上消除了 电压谐波。由于级数较多，输出电压波形已经逼近完美的正弦波。此 类变频器可直接驱动电机，电机电流谐波非常小。而且此类变频器即 使是在低速时也能输出很好的波形，低速性能较电流源变频器好。 CSI电流源变频器由于受电路拓扑和 GTO 开关速度的限制，输出谐 波含量大，必须加输出滤波装置才能投入使用。否则由于dI/dt的存在 会危及电机绝缘，同时由于较大的输出谐波电流引起电机发热和转矩 脉动。
8
电压型与电流型高压变频器性能比较
网侧功率因数比较 多级串联电压型变频器功率因数在整个负载范围内均能保持非常高的水平， 而电流源变频器则随着负荷的降低，功率因数迅速降低。而在实际运行中， 系统负载率往往为满负荷的 50%--90%，这时必须加功率因数补偿装置才能满 足运行要求。
9
电压型与电流型高压变频器性能比较
变频器拓扑结构
变频器拓扑结构变频器是一种能够改变电源频率、调节电机转速的电气设备。
它在工业领域中得到广泛应用，有效提高了工作效率和能源利用率。
而变频器的拓扑结构则是其核心组成部分之一，决定着其性能和工作方式。
本文将介绍几种常见的变频器拓扑结构，并分析其特点和适用场景。
一、PWM变频器PWM（脉宽调制）变频器是一种常见的变频器拓扑结构。
它通过改变电源电压的脉冲宽度来控制电机的输出频率。
1. 单桥全控式PWM变频器这种变频器采用单桥全控整流器，实现对直流电压的调节。
其优点是结构简单、控制方便，适用于小功率的驱动系统。
然而，由于整流器需要大的滤波电容，导致了体积较大、效率较低的问题。
2. 双向全控式PWM变频器双向全控式PWM变频器通过两个继电器和两个反向并联的单桥全控整流器构成，使得电流能够在正、负两个方向上流动。
这种拓扑结构适用于需要正向和反向运转的驱动系统，如卷取机和电梯。
二、逆变器变频器逆变器变频器是采用逆变器将直流电转换为变频交流电的方式来控制电机。
1. 单相逆变器变频器单相逆变器变频器采用单相桥式逆变器，将直流电转换为单相交流电。
它适用于小功率的家用电器，如空调、风扇等。
2. 三相逆变器变频器三相逆变器变频器采用三相桥式逆变器，将直流电转换为三相交流电。
它适用于大功率的工业电机驱动系统，如水泵、风机等。
三、多电平逆变器变频器多电平逆变器变频器是一种通过增加逆变器的电平数来改善输出波形质量的拓扑结构。
1. 二电平逆变器变频器二电平逆变器变频器采用两个桥式逆变器，将直流电转换为两个不同电平的交流电。
它具有较高的输出电压质量，适用于对输出波形要求较高的应用，如电梯、电动汽车等。
2. 多电平逆变器变频器多电平逆变器变频器采用多个桥式逆变器，将直流电转换为多个不同电平的交流电。
它具有更加平滑的输出电压波形，降低了谐波含量，适用于对电压质量要求极高的应用，如光伏发电系统和电网接入系统。
总结本文介绍了几种常见的变频器拓扑结构，包括PWM变频器、逆变器变频器和多电平逆变器变频器。
高压变频器拓扑结构及其控制策略
１ 共用直流母线的高压变频器 ．
所谓共用直流母线的高压 变频器 ，
是指这类变频器结构不管后端是采用器
气制造有限公司生产的高压变频器采用 这种拓扑结构 并申请 了专利 ，解决了 ＩＢ 直接 串联的难题 ，代表了高压变频 ＧＴ 器的一个发展方向。其拓扑结构如图 １
机械冲击 ，从而可防止与此有关的一系 列事故的发生。现在许多中小功率的风
看出 ，飞跨电容钳位型主电路只是用飞 跨电容取代钳位二极管 ，因此其工作原
理 与二极管钳位电路相似 。这种拓扑结
为基础 ，各器件分别控 制 的变频器结
构 。在这方面 ，日本学者 ＡＮ ｂｅ ．ａａ 于上 世纪 ８ 年代初提 出的中点钳位型 Ｐ ０ ＷＭ
构虽省去了大量的二极管 ， 但又引入 了
ａ 多管直接串联的两 电平变频器 ．
将器件串、并联使用 ，是满足系统 容量要求的一个简单直观 的办法。串、 并联在一起 的各个器件 ，被当作单个器
给排水等领域 ，风机和泵类负载是应用 最广 泛 、耗 电量 最 大 的 一 类 生产 机 械 ，其中绝大多数要求变负荷运行。在
管直接串联的两电平 变频器、二极管钳 位型多电平变频器、飞跨电容钳位型多
电平变频器属于同一类 ，这类拓扑结构 均共用直流母线。级联型多电平变频器 则是另一类 ，它需要多个独立的直流母
线供 电。
件使用，其控制也是完全相同的。这种
结构的优点是可利用较为成熟的低压变
能源日趋紧张的今天 ，如果能用高效可 调速的电机驱动系统代替一般的定速驱
动系统 ， 无疑可节约大量能源。除此之
不少电容 。对高压 系统而言 ，电容体积 大、成本高、封装难。不过在 电压合成 方面，由于电容的引进 ，开关状态的选
高压变频器拓扑综述_罗如山
高压变频器拓扑综述广东石油化工学院自动化系 罗如山 刘 美 王 涛广州东芝白云菱机电力电子有限公司 曾 光 石 罡 彭云华【摘要】随着电力电子技术和高压变频器的快速发展，高性能不同类型高压拓扑得到广泛应用，实现高压变频器变换技术的途径有器件串并联、电路多重化以及电路级联等。
本文对高压变频变换器变换技术的不同类型拓扑结构进行了综合比较以及总结，同时对高压变频技术的发展趋势进行了展望。
【关键词】高压变频器；大容量变换器；拓扑结构1 引言本文将对国内外高压变频器采用的主电路拓扑进行综述介绍，通过比较各种拓扑的结构以及优缺点，在分析和比较的基础上，对高压变频器拓扑结构研究以及发展方向进行深入探讨，希望对大容量高压变频器变换技术进一步的研究提供了一个参考。
2 传统的大容量变换器结构2.1 大功率整流电路工业中最常用的电路是整流电路，整流电路可用于直流调速、变频器输入部分整流、电解电镀等场合，这些场合需要比较高的输出直流电压以及电流，带平衡电抗器的双反星形可控整流电路拓扑结构如图1所示。
图1 带平衡电抗器的双反星形可控整流电路随着负载的增加，整流电路的输出功率也增加，这时整流电路所带来的高次谐波、无功功率等将对电网的平稳运行造成严重影响，为减轻对电网的冲击，可在普通整流电路进行多重化。
进行多重化整流电路的拓扑相同，输出时可达到更大的功率。
电路的多重化设计可减少电源侧输入电流的高次谐波，同时提高输入电路的功率因数，减轻对供电电网的冲击以及影响。
2.2 大功率直接变频电路晶闸管交交变频电路，也称周波变换器，主要用于兆瓦级的交流电机调速传动系统，实际使用的主要是三相交交变频电路。
把电网频率的交流电变成更低频率可调的交流电的变换电路，属于直接变频电路，如图2所示。
其不足之处在于只能降低频率，一般只能达到原来频率的一半。
图2 三相交交变频电路图3 三电平中点箝位式逆变器主电路结构3 多电平逆变器二极管中点箝位逆变器是一种目前采用比较多的主电路拓扑，其优点有：电力电子器件所承受电压比较低，可用低压器件实现高压输出；输出电压波形比传统两电平结构更接近正弦电压波形，谐波电流含量相对较少；EMI特性更好等。
三电平变频器拓扑结构比较
三电平变频器拓扑结构比较三电平变频器是一种常用的电力电子变流器拓扑结构。
它具有较高的电压转换能力和较低的谐波失真率，被广泛应用于交流电机调速、高压直流输电、新能源发电等领域。
以下将对三种常见的三电平变频器拓扑结构进行比较，包括三电平逆变器、三电平斩波逆变器和三电平换流器。
首先，三电平逆变器是最常见和最简单的三电平变频器拓扑结构。
它由两个不同的逆变桥和一个直流电压源组成。
在正弦波调制情况下，三个辅助开关分别用于生成三个不同的电平，从而实现三电平逆变。
该拓扑结构具有结构简单、可靠性高、成本低的特点。
然而，它的控制策略较为复杂，对控制信号的处理较为困难。
其次，三电平斩波逆变器是在传统逆变器的基础上增加了一个三电平斩波电路。
该电路可将直流电压分为三个等级，并通过斩波电路将直流电压分配给每个逆变桥。
这样可以实现三电平逆变，从而减小了谐波失真。
该拓扑结构较为复杂，采用的斩波电路需要较大的电容容量和多个开关元件，从而增加了系统的体积和成本。
同时，它的输出电压含有颤振现象，对输出电压的调整较为困难。
最后，三电平换流器也是一种常见的三电平变频器拓扑结构。
它由两个双电平换流器和一个直流电压源组成。
换流器可以通过改变电容器连接方式实现三个不同的电平。
这样，在正弦波调制情况下，输出电压可以模拟为三个不同的电平。
该拓扑结构具有结构简单、控制策略相对简单、输出电压调节范围大的特点。
然而，它的输出电压含有自激振荡问题，需要进行相应的控制策略设计。
在应用方面，不同的三电平变频器拓扑结构具有不同的适用场景。
三电平逆变器适用于小功率变频调速、磁悬浮列车等领域。
三电平斩波逆变器适用于高功率交流电机调速、中压直流输电等领域。
三电平换流器适用于中小功率电力电子器件的教学研究、新能源发电等领域。
综上所述，三电平变频器是一种常用的电力电子变流器拓扑结构。
不同的三电平变频器拓扑结构具有各自的特点和适用场景。
在选择和设计三电平变频器时，需要综合考虑系统的性能要求、成本、体积和控制策略等因素。
多电平变换器拓扑结构和控制方法研究
多电平变换器拓扑结构和控制方法研究多电平变换器拓扑结构和控制方法研究摘要：多电平变换器作为一种应用于高压大功率变换场合的新型变换器，其电路拓扑结构和PWM控制方法是当前的一个研究热点。
基于电平箝位方式对多电平变换电路进行了分类，比较了“二极管或电容箝位”和“使用独立直流电源箝位”两类典型多电平电路拓扑结构的优缺点，并将现有的多电平PWM控制方法根据其优缺点进行了比较，指出了其适用范围。
关键词：多电平；脉宽调制；电平箝位；拓扑结构；控制策略1 引言近年来，应用于高压大功率领域的多电平变频器引起了电力电子行业的极大关注。
由于受电力电子器件电压容量的限制，传统的两电平变频器通常采用“高—低—高”方式经变压器降压和升压来获得高压大功率，或采用多个小容量逆变单元经多绕组变压器多重化来实现，这使得系统效率和可靠性下降。
因而，人们希望实现直接的高压逆变技术。
基于电力电子器件直接串联的高压变频器对动静态的均压电路要求较高，并且输出电压高次谐波含量高，需设置输出滤波器。
多电平逆变电路的提出为解决上述问题取得了突破性的进展。
多电平逆变器的一般结构是由几个电平台阶合成阶梯波以逼近正弦输出电压。
这种逆变器由于输出电压电平数的增加，使得输出波形的谐波含量减小，开关所承受的电压应力减小，无需均压电路，可避免大的d v/d t所导致的电机绝缘等问题。
1977年德国学者Holtz首次提出了利用开关管来辅助中点箝位的三电平逆变器主电路，1980年日本的A.Nabae等人对其进行了发展[1]，提出了二极管箝位式逆变电路。
Bhagwat和Stefanovic在1983年进一步将三电平推广到多电平的结构[2]。
多电平逆变器主要应用在高压大功率电机调速、无功补偿、有源滤波等领域。
本文在电平箝位基础上对多电平逆变电路拓扑结构进行了分类，分析了几种典型多电平电路拓扑的优缺点；对几种多电平电路的PWM控制方法进行了比较分析，讨论了各种方法适用的主电路结构。
第二章级联多电平变频拓扑分析
第二章级联多电平变频器拓扑分析由于功率器件额定电压和电流的限制，低压小功率变频器的主电路拓扑已不能应用到高压大功率变频器上，各国研究人员一方面在努力提高功率器件的耐压能力和容量，另一方面有在积极的研究不同的变频器拓扑，用低压器件实现高压输出。
目前产品化的高压IGBT的耐压已经达到了3.3KV和4.5KV，而ABB公司研制的集成门极换流晶闸管IGCT综合了GTO和IGBT两者的长处，保留了GTO和IGBT 两者的长处，保留了GTO导通压降小、电压电流等级高的优点，并继承了IGBT开关性能优越的特点，将成为高压大.功率变频装置的主流器件。
在主电路拓扑方面，近年来各种高压变频器不断出现，但到目前为止还没有形成象低压变频器那样近乎统一的拓扑结构，其主要拓扑有：(1)电流型高压变频器电流型高压变须器技术成熟，可四象限运行，由于存在大的平波电抗器和快速电流调节器，过电流保护也容易。
但由于高压连接时器件的均压问题、输入输出谐波问题，使其应用受到一定的限制。
电流型高压变频器的种类较多，主要有串联二极管式、输出滤波器换向式、负载换向式和GTO-PWM 式等。
(2)三电平电压型变频器在PWM电压型变频器中，当输出电压较高时，为避免器件串联引起的动态均压问题，同时降低输出谐波和du/dt，其逆变部分可以采用三电平方式，也称为中点钳位方式(Neutral Point Clamped-NPC)。
三电平可以扩展到多电平，构成多电平电路，其原理与三电平大同小异，而输出电压的台阶数更多、波形更好。
(3)单元串联多电平电压型变频器单元串联多电平变频器采用若干个低压PWM变频功率单元串联的方式实现高压输出。
该方案有美国罗宾康公司提出，取名完美无谐波变频器。
除以上三大类型的高压大功率变频器的拓扑外，在这些拓扑的基础上，许多改进的拓扑相继提出。
高压变频器正向高可靠性、低成本、高输入功率因数、高效率、低输入输出谐波、低共模电压、低du/dt等方向发展。
三电平变频器拓扑结构比较
Norbert Pluschke1203
32
Norbert Pluschke1203
31 28.03.2012
关注2012年4月 年 月 关注
2012年4月20日发行 年 月 日发行
“汽车应用方面的系统 汽车应用方面的系统” 汽车应用方面的系统
用于汽车应用的赛米控标准的平台 系统描述 采用哪款IGBT 模块以及原因 采用哪款 来自市场的应用
18 Norbert Pluschke1203
28.03.2012
SKiM4&5 结构原理
压板
弹簧垫块
螺母，端子， 弹簧
桥接部分 基板
框架
Norbert Pluschke1203 19
SKiM4 MLI – 产品系列 芯片组 产品系列&
- N
N +
AC
20 Norbert Pluschke1203
Norbert Pluschke1203
采用SKiiP 的机柜结构 500KVA 的机柜结构– 采用
-结构紧凑 - 上市快 - 采用智能功率模块 -IGBT 驱动板 -电源 -电流传感器 -电压监控 -温度监控
Norbert Pluschke1203
电平/3电平 电平T-NPC型 结论 2电平 电平 电平 电平NPC型, 3电平 型 电平 型
- N
N +
Up to 600A
AC
22 Norbert Pluschke1203
28.03.2012
采用SKiM4的3电平 的 电平 电平IGBT 变流器 采用
Norbert Pluschke1203
采用SKiM4的3电平功率单元 的 电平功率单元 采用
功率单元串联多电平结构的高压变频器解析方案
功率单元串联多电平结构的高压变频器解析方案1 引言在火力发电厂中，风机和水泵是主要的耗能设备，通常情况下其输入能量的15～20%被电机和风机或水泵本身所消耗，约35～50%的输入能量被档板或阀门节流所消耗，因此对发电厂的风机和水泵进行节能改造具有很大的潜力。
如果用电动机调速装置来代替原来的风门、档板、阀门来调节流量，将取得显著的节能效果。
变频调速是用变频电源改变电动机定子绕组的频率，从而改变同步转速来实现调速。
变频系统首先将电网中的交流电整流成直流电，再通过逆变器逆变为频率可调的交流电，供给交流电动机，从而改变电机的转速。
这种方法具有高效率、宽范围和高精度的调速性能，规格系列齐全可以满足各种不同需求，因而被广泛采用，是较具发展前途的理想调速方法。
特别是电流源型高压变频器在动态精度要求高的地方具有明优势，适用于轧机、提升设备的应用。
三电平高压变频装置，由于其器件较少，结构相对简单，较适合于3.3kv或4.16kv的电机应用。
功率单元串联多电平结构的高压变频器，适合于风机水泵类负载，但不适合用在对动态要求很高的地方。
2 高压变频器选用的技术因素高压变频器除了应具备通用变频器所具有的基于拖动系统要求的各项技术性能之外，由于其大功率的缘故，在一些低压小功率变频器中并不重要的问题，在这里却显得很重要，主要包括：2.1谐波对厂用电系统的影响高压变频器的整流和逆变电路都使用了电力电子器件的开关特性，在其输入和输出端都会产生波形畸变。
由于高压变频器一般功率较大，其功率可能占厂用电系统容量的相当大一部分，因此，这种畸变对于供电线路和负载电机两方面都会造成有害的影响，如变频器输出电流谐波可能会造成电机过热，产生过大的噪声，影响电机的寿命;而且电机必须“降额”使用。
这一点与低压变频器有很大的不同。
降低高压变频器谐波电流对电源电压的影响，较根本的方法是尽可能减少以至消除高压变频器本身电流的波形畸变。
高压变频器输入谐波畸变必须控制在ieee-519和gb12668标准规定的范围内，不应对厂用电系统中其他负载的正常工作造成影响。
多电平并网逆变器拓扑结构综述
多电平并网逆变器拓扑结构综述阿依姑扎丽·吐鲁洪;帕孜来·马合木提【期刊名称】《中国科技论文》【年(卷),期】2016(011)023【摘要】为了找出最佳的多电平并网逆变器拓扑结构,比较传统3类基本多电平逆变器的优缺点,并重点阐述了几种新型拓扑结构,按照前人提出来的基本单元将它们分类.同时,总结了多电平并网逆变器拓扑优化方法以及研究趋向.最终提出了由最佳的2个基本单元构成的混合T型逆变器拓扑结构,并在MATLAB/SIMULINK上进行仿真.仿真结果表明:本文提出的结构相比嵌位二极管型三电平电路(目前最广泛使用的拓扑结构)具有优越性;此结构充分利用IGBT和MOSFET各自的优势,减小了谐波含量,降低了变换器的功率损耗并提高了系统的变换效率;通过对比不同新型拓扑结构可知,新提出的多电平逆变器拓扑都是在基本构成单元的基础上增加了辅助/嵌位电路,用混合开关或者用不对称结构来优化逆变器性能.【总页数】6页(P2705-2710)【作者】阿依姑扎丽·吐鲁洪;帕孜来·马合木提【作者单位】新疆大学电气工程学院,乌鲁木齐830047;新疆大学电气工程学院,乌鲁木齐830047【正文语种】中文【中图分类】TM464【相关文献】1.多电平逆变器主电路拓扑结构综述 [J], 王鹏帅;韩如成2.单相级联多电平光伏并网逆变器控制策略综述 [J], 张承慧;周江伟;杜春水;陈阿莲3.多电平并网逆变器拓扑结构综述 [J], 阿依姑扎丽·吐鲁洪;帕孜来·马合木提;4.光伏并网系统逆变器拓扑结构的研究综述 [J], 李耀曦;5.多电平逆变器系统性拓扑结构优化设计方法综述 [J], 刘凡; 帕孜来·马合木提因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
变频技术中多电平电路拓扑结构研究综述
中图分类号:T M346+12 文献标识码:A 文章编号:100126848(2006)0920082203变频技术中多电平电路拓扑结构研究综述赵 刚1;夏向阳2(1.广东省机电设备成套局,广州 5106512.长沙理工大学电气与信息工程学院,长沙 410077)摘 要:分析了变频技术中多电平电路拓扑结构的研究热点,指出变频技术今后的发展前景。
关键词:变频技术;P WM;多电平电路;拓扑结构;变流调速电动机Re sear ch sta tus on m u lt ileve l i nver ter topology of frequency conver sion technologyZH AO Gang 1,X I A Xiang 2yang2(1.Guangdong Complete Machine r y Equipm ent Bureau,Guangzhou 510651;2.Changsha U niversity of Science and Technology,Changsha 410077,C hina )ABSTRAC T:Frequency conversi on technol ogy is to transf or m frequency technique of AC po wer supp ly based on P WM technique .The paper intr oduced the resea r ch hotspot of m ultilevel inve rter t opol ogy and the develop ing trend of frequency conversion technol ogy .KEY W O RDS:Frequency conversi on technol ogy;P WM;Multilevel inverter ;Topol ogy;AC mot or收稿日期52825湖南省教育厅资助科研项目(6)0 引 言变频技术分为交2直2交变频和交2交变频两大类。
个人总结多电平变换器的拓扑结构和控制策略shrimplm
多电平变换器的概念自从A.Nabael在1980年的IAS年会上提出以后，以其独特的优点受到广泛的关注和研究。
首先，对于n电平的变换器，每个功率器件承受的电压仅为母线电压的1/（n－1），这就使得能够用低压器件来实现高压大功率输出，且无需动态均压电路；多电平变换器的输出电压波形由于电平数目多，使波形畸变(THD)大大缩小，改善了装置的EMI特性；还使功率管关断时的dv/dt应力减少，这在高压大电机驱动中，有效地防止了电机转子绕组绝缘击穿；最后，多电平变换器输出无需变压器，从而大大减小了系统的体积和损耗。
因此，多电平变换器在高电压大功率的变频调速、有源电力滤波装置、高压直流（HVDC）输电系统和电力系统无功补偿等方面有着广泛的应用前景。
1 多电平变换器的拓扑结构国内外学者对多电平变换器作了很多的研究，提出了不少拓扑结构。
从目前的资料上看，多电平变换器的拓扑结构主要有4种：1）二极管中点箝位型（见图1）；2）飞跨电容型(见图2)；3）具有独立直流电源级联型（见图3）；4）混合的级联型多电平变换器。
图1 二极管箝位型三电平变换器图2 飞跨电容型三电平变换器图3 级联型五电平变换器其中混合级联型是3）的改进模型，它和3）的结构基本上相同，唯一不同的就是3）的直流电源电压均相等，而4）则不等。
从图1至图3不难看出这几种拓扑的结构的优缺点。
二极管箝位型多电平变换器的优点是便于双向功率流控制，功率因数控制方便。
缺点是电容均压较为复杂和困难。
在国内外这种拓扑结构的产品已经进入了实用化。
飞跨电容型多电平变换器，由于采用了电容取代箝位二极管，因此，它可以省掉大量的箝位二极管，但是引入了不少电容，对高压系统而言，电容体积大、成本高、封装难。
另外这种拓扑结构，输出相同质量波形的时候，开关频率增高，开关损耗增大，效率随之降低。
目前，这种拓扑结构还没有达到实用化的地步。
级联型多电平变换器的优点主要是同数量电平的时候，使用二极管数目少于拓扑结构1）；由于采用的是独立的直流电源，不会有电压不平衡的问题。
第2章级联型高压变频器拓扑结构
第2章级联型高压变频器拓扑结构第2章级联型高压变频器拓扑结构第2章级联型高压变频器拓扑结构单元串联多电平PWM电压源型变频器（Cell Series Multi－lell PWM：CSML）又称完美无谐波变频器，其性能达到甚至超过了IEEE－519国际谐波标准。
单元串联多电平PWM电压源型变频器采用若干个低压PWM变频功率单元串联的方式实现直接高压输出。
该变频器对电网谐波污染小，输入功率因数高，不必采用输入滤波器和功率因数补偿装置。
输出的波形好，不存在由谐波引起的电动机附加发热和转矩脉动、噪声、输出du/dt、共模电压等问题，可以使用普通的异步电动机。
2.2级联型高压变频器拓扑结构图2.1 功率单元级联型高压变频器结构简图高压变频器运行在高电压场合，提高其主电路的可靠性是一个关键的技术难题，也是高压变频器能否得到迅速推广的关键技术。
本项目的高压变频器为多电平SPWM电压源型变频器，采用多个低压SPWM功率单元串接的新型结构方式，各功率单元的额定功率和输出电压可根据实际需要设计。
其结构简图如图2.1所示。
图2.2是单元串联多电平SPWM电压源型变频器的拓扑结构图[10]，包括移相6KV－900KW功率单元级联型高压变频器的研制输入变压器、变频器主电路和中高压电动机三大部分。
图2.2 单元串联多电平SPWM电压源型变频器拓扑图按照这种主电路形式拓扑构成的高压变频器可以解决两个技术难题：①高可靠性，每一个功率单元都是一个小型的低压变频器，每相的电压由功率单元的输出电压叠加而成，当一个功率单元出现故障后，只会使相电压降低，通过旁路切除后系统能继续运行，不会出现一个单元损坏而导致其它单元损坏的连环故障。
这是一个突出的优点，也是功率元件直接串联所不能比拟的。
功率元件直接串联，只要有一个功率元件出现故障，就会导致整个系统不能工作，所以可靠性较差。
②此种方式的高压变频器解决了对电网的污染问题，功率因数高[11]变频器，它是每相由多个低压变频功率单元相互串联通过叠加来实现高压输出。
高压大功率变频器拓扑及优缺点比较
高压大功率变频器拓扑及优缺点比较高压大功率变频器是用于电力系统中的重要设备，用于将电源的频率和电压进行转换，从而实现对电力系统的控制和调节。
变频器的拓扑结构决定了其性能和优缺点的不同。
下面将对高压大功率变频器的常见拓扑结构以及其优缺点进行比较。
1.单级全桥拓扑单级全桥拓扑是一种常见的高压大功率变频器拓扑结构，其由四个IGBT或MOSFET构成的全桥电路组成。
该结构能够提供更高的功率密度和更高的效率，适用于大功率应用。
然而，由于其电路结构较复杂，需要对IGBT或MOSFET进行精确的驱动和控制，故其控制系统较为复杂。
优点：功率密度高，效率高。
缺点：控制系统复杂。
2.三级H桥拓扑三级H桥拓扑是另一种常见的高压大功率变频器拓扑结构，其由六个IGBT或MOSFET构成的H桥电路组成。
该结构具有更高的电压和功率能力，能够提供更高的输出电压和电流。
同时，其驱动和控制电路较为简单，能够提供更高的可靠性。
然而，由于其需要六个IGBT或MOSFET，且每个IGBT或MOSFET都需要有较高的电压和电流承受能力，故系统成本相对较高。
优点：输出电压和电流能力高，控制系统相对简单。
缺点：系统成本较高。
3.多电平拓扑多电平拓扑是一种通过在全桥或H桥电路中添加额外的电平进行输出电压波形调制的方法，能够提供更高的输出电压质量和更低的谐波含量。
该拓扑结构的控制系统相对复杂，但能够提供更高的输出波形质量和更低的噪声水平。
优点：输出波形质量高，谐波含量低。
缺点：控制系统复杂。
综上所述，高压大功率变频器的不同拓扑结构具有各自的优缺点。
单级全桥拓扑具有功率密度高、效率高的优点，但其控制系统较为复杂；三级H桥拓扑具有输出电压和电流能力高、控制系统相对简单的优点，但系统成本较高；多电平拓扑具有输出波形质量高、谐波含量低的优点，但控制系统复杂。
根据具体的应用需求和经济实际情况，选择合适的拓扑结构是保证高压大功率变频器性能和经济性的重要因素。
简介多电平高压变频器的两种拓扑结构
简介多电平高压变频器的两种拓扑结构简介多电平高压变频器的两种拓扑结构摘要：多电凭高压变频器自诞生以来就在节能和环保方面体现出极高的价值，也引起了众多的学者进行研究。
本文对多电平高压变频器的两种主要拓扑结构及其原理进行分析。
关键词：三电平；单元串联多电平；应用About multi-level high-voltage converter topology of the two TANG Xing Long LIU Hui Kang XIONG Wen SUN Kai （Wuhan University of Science and Technology College of Information Science and Engineering,Wuhan Hubei 430081）Abstract: With high voltage inverter, since its birth in the energy-saving and environmental protection reflects the high value, it also caused a lot of academics for research. In this paper, the multi-level high-voltage converter topology of the two main structure and principles for analysis.Key words: Level 3; Series multi-level unit; Application1 前言对于高压电动机，我们如果采用传统的三相六拍的结构变频器对电动机进行控制，由于电压过高，加上电力电子器件开关速度的提高，这样开关器件输出的值就会很大。
由于电动机的绕组的中性点是不接地的，电动机每绕组对地存在分布电容，输出电压的变化相当于电容两端电压的变化，即对电容的频繁充放电，充放电对电动机定子绕组的绝缘将造成冲击，而且越大，冲击也越大。
第2章级联型高压变频器拓扑结构
第2章级联型高压变频器拓扑结构2.1引言单元串联多电平PWM电压源型变频器（Cell Series Multi－lell PWM：CSML）又称完美无谐波变频器，其性能达到甚至超过了IEEE－519国际谐波标准。
单元串联多电平PWM电压源型变频器采用若干个低压PWM变频功率单元串联的方式实现直接高压输出。
该变频器对电网谐波污染小，输入功率因数高，不必采用输入滤波器和功率因数补偿装置。
输出的波形好，不存在由谐波引起的电动机附加发热和转矩脉动、噪声、输出du/dt、共模电压等问题，可以使用普通的异步电动机。
2.2级联型高压变频器拓扑结构C图2.1 功率单元级联型高压变频器结构简图高压变频器运行在高电压场合，提高其主电路的可靠性是一个关键的技术难题，也是高压变频器能否得到迅速推广的关键技术。
本项目的高压变频器为多电平SPWM电压源型变频器，采用多个低压SPWM功率单元串接的新型结构方式，各功率单元的额定功率和输出电压可根据实际需要设计。
其结构简图如图2.1所示。
图2.2是单元串联多电平SPWM电压源型变频器的拓扑结构图[10]，包括移相输入变压器、变频器主电路和中高压电动机三大部分。
图2.2 单元串联多电平SPWM电压源型变频器拓扑图按照这种主电路形式拓扑构成的高压变频器可以解决两个技术难题：①高可靠性，每一个功率单元都是一个小型的低压变频器，每相的电压由功率单元的输出电压叠加而成，当一个功率单元出现故障后，只会使相电压降低，通过旁路切除后系统能继续运行，不会出现一个单元损坏而导致其它单元损坏的连环故障。
这是一个突出的优点，也是功率元件直接串联所不能比拟的。
功率元件直接串联，只要有一个功率元件出现故障，就会导致整个系统不能工作，所以可靠性较差。
②此种方式的高压变频器解决了对电网的污染问题，功率因数高[11]变频器，它是每相由多个低压变频功率单元相互串联通过叠加来实现高压输出。
功率单元供电的二次绕组相互存在一个相位差，以实现输入电压多重化。
高压大功率多电平变频装置拓扑结构的分类和研究
高压大功率多电平变频装置拓扑结构的分类和研究1.引言变频调速技术的飞速发展为变频器性能的提高提供了技术保障，而环保和节能的客观需要，又为变频器在生产和生活的各个领域的应用提供了发展空间。
随着国民经济的发展，小容量变频器越来越不能满足现代化生产和生活的需要，因此，近年来高电压大容量的变频器越来越受到重视。
可是到目前为止，高压变频器还没有象低压变频器那样近乎统一的拓扑结构。
根据高压组成方式，可分为直接高压型和高-低-高型;根据有无中间直流环节，可以分为交-交变频器和交-直-交变频器。
在交-直-交变频器中，根据中间直流滤波环节的不同，又可分为电压源型(也称电压型)和电流源型(也称电流型)。
高-低-高型变频器采用变压器实行输入降压、输出升压的方式，其实质上还是低压变频器，只不过从电网和电动机两端来看是高压的，是受到功率器件电压等级技术条件的限制而采取的变通办法，需要输入、输出变压器，存在中间低压环节电流大、效率低下、可靠性下降、占地面积大等缺点，只用于一些小容量高压电动机的简单调速。
常规的交-交变频器由于受到输出最高频率的限制，只用在一些低速、大容量的特殊场合，所以高压变频器按照不同特点，其拓扑分类也不尽相同[3]。
但对于大功率电力电子装置拓扑结构的分类方式一般是以电路拓扑中是否使用了变压器为标准的，这种标准主要是从装置本身的效率、体积和性能价格比等方面考虑的;另一种分类方式是着眼于单个器件的电压或电流承受能力不能适应高压大容量要求这一问题，寻着这种思路可以把大功率电力电子变流器装置的拓扑结构分为两类:1.1 按器件承受能力分类(1) 以器件串、并联为基础的桥臂扩展型结构;(2) 以变流单元电路串、并联为基础的多单元变流器结构。
这种分类方式从电路构成的角度揭示了各种拓扑结构的内在联系。
文中，提出一种新的分类方式，其出发点是根据直流电压源的个数来划分的。
按照这种分类方式，也可以分为两类: 1.2 按直流电压源的个数分类(1) 共享单个直流电压源的拓扑结构;(2) 需要多个独立电压源的拓扑结构。
典型多电平逆变器拓扑结构
典型多电平逆变器拓扑结构从当前资料上能够得到的典型多电平逆变器，根据其结构形式可分为钳位式多电平逆变器和具有独立直流电源的级联式多电平逆变器两种，近年来还有采用级联叠加变压器的多电平逆变器等新型的多电平逆变器拓扑结构见诸文献资料，鉴于本项目采用的多电平逆变器结构，以下仅对典型多电平逆变器分类介绍。
一、钳位式多电平逆变器钳位式多电平逆变器是由基本逆变单元通过串、并联组合而成的单一直流电源、半桥式结构形式的多电平逆变器，主要包括二极管钳位式多电平逆变器(diode-clamped multi-1evel inverter)、电容钳位式多电平逆变器(flying-capacitor multi-1evel inverter)、混合钳位式多电平逆变器以及通用钳位式多电平逆变器。
二极管钳位式多电平逆变器是由德国学者于1977年首先提出，主要包括二极管串联钳位和二极管自钳位式多电平逆变器，采用多个二极管对相应的开关管进行钳位，同时利用不同的开关状态组合得到不同的输出电平数。
串联钳位结构解决了功率开关管串联均压问题，提高了输出电压的电平数，使输出电压和电流的总谐波含量大大降低，但是由于二极管的电压应力不均匀，需要不同的反向耐压，且在开关状态改变时，电流回路发生改变，钳位二极管电压突变，由于二极管杂散性，可能导致某个二极管承受的反向电压过高。
二极管自钳位式多电平逆变器解决了钳位二极管受压不均的问题，不但可以将功率开关管钳位在单个直流分压电容上，二极管也被钳位在单个直流分压电容电压上，避免了二极管直接串联存在的安全隐患。
二极管钳位式多电平逆变器所需的钳位二极管数量随着电平数的提高大大增加，导致成本提高、系统可靠性降低，所以采用该结构时直流侧分压电容一般少于四个。
图1.5 二极管钳位式逆变器，左为串联钳位、右为自钳位电容钳位式多电平逆变器是由法国学者于1992年首先提出，用多个飞跨电容取代二极管对功率开关进行钳位，利用不同的开关组合得到不同电平的输出电压，解决了二极管钳位式多电平逆变器中功率开关阻断电压不均衡和钳位二极管反向电压难以快速回复的问题。
高压变频器的拓扑结构分析与优化
高压变频器的拓扑结构分析与优化走进今日的现代工业，每个设备的生产过程中，都离不开各种高科技的电气设备。
而在电气设备中，最为关键的一块是高压变频器，它的稳定性和工作效率直接影响到工业设备的整体运行状况。
因此，在进行高压变频器的生产制造的过程中，必须做好拓扑结构的分析与优化，确保整体品质的同时，注重品质的提升与升华。
高压变频器拓扑结构分析一般情况下，高压变频器可分为三种拓扑结构: 电压源逆变器、双向电源逆变器和电流源逆变器。
各种拓扑结构都有其优缺点，具体的工作原理也有所不同。
我们需要根据具体的使用情况和工作需求来选择相应的拓扑结构。
电压源逆变器电压源逆变器是最常见、也是应用最广的拓扑结构之一，其工作原理是通过直流电源产生三相电源后，将电流转换成电压，这种方式比较符合工业设备中的使用要求。
其最主要的优点是因为采用电流控制器控制，输出电压和电流具有较高的精度，能够保证高压变频器的较高稳定性和可靠性。
但是其需要大规模的器件和较高的制造精度，造价也相应较高，导致应用范围有一定限制。
双向电源逆变器双向电源逆变器比较适用于各种较复杂的系统，拓扑结构类似于经典的电机励磁中的双向截止三极管。
它能够反向变换，使得输出电压更加平稳。
同时，由于这种拓扑结构能够减少磁感应耦合的损耗，能量传输更加高效，整体效率也比较高。
但是其采用的控制技术相对较难，需要有较高的设计和调试水平。
电流源逆变器电流源逆变器应用不如前两种情况广泛，拓扑结构为较大电感器和较大的绕组，能够实现较高的效率以及更强的自适应性，适用于某些需要调整电流、自适应的高压变频器制造场合。
但是其设计比较困难，需要有较高的设计和测试水平，应用范围也相应较为有限。
高压变频器拓扑结构优化在选择了适合的高压变频器拓扑结构后，我们需要对其进行优化。
大规模工业设备使用的高压变频器多为大型设备，它具有功率调节精度高、稳定性好等特点。
而在日常使用中，如果高压变频器质量不佳，可能会导致整个设备的损坏，所以我们需要进行拓扑结构优化，以确保高压变频器的稳定可靠。
浅谈高压变频器的电路拓扑结构
４ 三电平 变频器 的拓扑 结构
三 电平 能 量 回馈 变频 器 的 主 电路 拓 扑结 构 见 图 ２ 。为 了直 观 起 见 ， 中略 去 电机 侧 滤 波 器 。 图 该电路的优点 ： 构简单 、 结 体积小 、 成本低 ， 使用的功率器件 数最少（２只 ）避免 了器件的串联 ， １ ， 提高了装置的可靠性 。
一
网侧 逆 变能 量 回馈 变 频 器 主 电 路 拓扑 结 构 图
该 电路 的优点 ： 结构 简单 ， 电平逆变器技术成熟 ； 率高 ， 两 效 可达 到 ９ ％； ８ 动态性能好 、 过载能力强 ； 可实现四象限运行 ； 体积 小、 质量轻、 成本低 。 缺点 ： 脉 冲整流 网侧谐波大 ， ６ 需采用进线电抗器 ； 电平逆 两 变输 出谐 波大 ，需采用 优化的 Ｐ ＷＭ技术及输 出滤波器 加以解
１ 高压变频 器的概 况
随着交流变频调速技术的不断发展 ，低压变频器 以其通用 性 广 、 靠 性 高 、 制 灵 活 以及 通 信 的 网 络 化 、 量 的 扩 大 化 等 可 控 容 特 点 在 各个 领 域 已得 到 了广 泛应 用 。同时 ， 由于 新 型 电力 电子 器 件 如 绝 缘 栅 双 极 晶 体 管 （ Ｂ ）集 成 门极 换 向 晶 闸 管 （ ｃ Ｔ 的 Ｉ Ｔ、 Ｇ Ｉ ｒ等 Ｇ Ｉ ） 出现 ， 以及计算机技术 的发展 和新型 的控制理论（ 如矢量控制技 术、 直接转矩控制技术） 的应用 ， 使得 高压变频器也得到了快速发 展。其应用主要是在冶金 、 纺织 、 化工等工业领域 ， 近年来得到了 广 泛应 用。
２ 高压 变频器 的电路 拓扑结构 分类
根 据 当前 高 压 变 频 器 的 特 点 ， 于 高 压 （ Ｏｋ 电动 机 的 用 ６ １ Ｖ） 变频 器 也 就 出现 了 多 种接 线 方 案 。常 见 的 通 用 变 频 器 的 拓 扑 结 构有 ３种情 况： 一低 一高 方 案 ， 一低 方 案 ， 接 高压 方 案 。 高 高 直 ２１ 高 一低 一高方 案 ． 这 种 方 案是 将 电源 电压 经 过输 入 变 压 器 （ 流 变 压 器） 压 ， 整 降 再经过低压变频 器变频变压 ， 最后经过输 出变压器升压 ， 给高 供 压 电动机 。该方案的优点是经济性较好 ， 可靠性较高。缺点是整 个 系 统 复杂 、 占地 面 积 大 、 耗大 。该 方 案适 用 于 改 造 项 目、 损 有空 间或 中小容量 的电动机 ， 于新 建项 目、 对 大容量 的电动机 ， 各制 造 商均 不 推 荐该 方案 。 ２２ 高 一低 方 案 ． 这种方案是将电源电压经过输入变压器（ 整流变压器） 降压 ， 再经过低压变频器变频变压后 ， 直接供给低压 电动机。同高 一低 高方案相 比， 该方案不但具 备了高 一低 一高方案 的优点 ， 而且 减少了一 台输出变压器、 节省 了占地面积 、 降低 了初始投资和运 行 费用 。该 方 案 只适 用 于 中小 容 量 的 电动 机 ， 而且 输入 变 压 器 和 变频 器 距 离 电动 机 不 能太 远 。 ２３ 直 接 采 用 高压 变 频器 的方 案 ． 脉 冲 电 压 源 型 高 压 变频 器 的输 入 变 压 器 二 次 侧 有 多 个 绕 组 ， 过 接 线 方 式 消 除 特定 的 谐 波 电流 ， 达 到 提 高 功 率 因 数 ， 通 以 减小注入系统的谐波 电流等 目的。输入变压器的二次侧 有两个 绕 组 ， 个 为 Ｙ形 ， 一 个 为 △形 。采 用 这 种 变 压 器 的 目的第 一 一 另 是产生 １ ２脉冲操作需要 的相位差； 第二是变压器阻抗可以抑 制 对 电网所 产 生 的谐 波 。同时 ， 由于 输 入变 压 器 的分 布 电容 远 大 于 电动 机 绕组 对 机 壳 的 电容 ，因此 输 入 变 压 器 承 担 了大 量 的共 模
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
简介多电平高压变频器的两种拓扑结构摘要：多电凭高压变频器自诞生以来就在节能和环保方面体现出极高的价值，也引起了众多的学者进行研究。
本文对多电平高压变频器的两种主要拓扑结构及其原理进行分析。
 关键词：三电平；单元串联多电平；应用About multi-level high-voltage converter topology of the two TANG Xing Long LIU Hui Kang XIONG Wen SUN Kai （Wuhan University of Science and Technology College of Information Science and Engineering,Wuhan Hubei 430081）Abstract: With high voltage inverter, since its birth in the energy-saving and environmental protection reflects the high value, it also caused a lot of academics for research. In this paper, the multi-level high-voltage converter topology of the two main structure and principles for analysis.Key words: Level 3; Series multi-level unit; Application1 前言对于高压电动机，我们如果采用传统的三相六拍的结构变频器对电动机进行控制，由于电压过高，加上电力电子器件开关速度的提高，这样开关器件输出的值就会很大。
由于电动机的绕组的中性点是不接地的，电动机每绕组对地存在分布电容，输出电压的变化相当于电容两端电压的变化，即对电容的频繁充放电，充放电对电动机定子绕组的绝缘将造成冲击，而且越大，冲击也越大。
电压输出端的电压谐波很容易引起电动机发热而造成电机的损坏，再加上由于电力电子器件本身制造的原因很难达到我所需要的6KV或10KV的高压所以就必须对变频器的拓扑结构进行研究。
多电平变换器最早引起研究者的兴趣是在1980年的IEEEIAS年会上，日本长冈科技大学的A.Naba。
等人提出了中性点钳位型（Neutral Point Clamped-NPC）的三电平电路结构[1]。
基本思想是通过一定的主电路拓扑结构获得多级阶梯波形输出来等效正弦波。
由于多电平变换器对功率逆变器件和控制电路要求都很高，最初并未受到太多关注。
直到90年代，随着GTO, IGBT的成熟应用和IGCT, IEGT等新型全控型器件的先后出现，以及以DSP为核心的高性能数字控制技术的普及，多电平变换器的研究和应用才有了迅猛发展。
目前已提出多种多电平电路结构，根据主开关器件的电压钳位方式，可将其分为二极管钳位型（Diode Clamped，又称中性点钳位型NPC）、电容钳位型（Capacitor Clamped）和单元级联型（Cascaded Multicell）三类[2]。
2 三电平变频器及其派生的方案2.1 三电平变频器的工作原理图1 三电平电路原理结构图 图1所示是三电平逆变器单相的逆变部分的结构图，图中S1～S4是逆变器件的器件，逆变器件可以是GTO、IGBT 或IGCT管。
V1～V4是逆变器件的续流二极管，V5和V6是钳位二极管，为了平衡的电路，所有的二极管在选用时必须有相同的功率和相同的耐压等级。
而电容Ed的作用是滤去整流电压所产的谐波使得到的直流电压相对比较稳定，C 点是中心点，是基点的参考电压。
通过对S1～S4功率逆变器件的开通和关断的控制，即可以输出三种不同的电平，当S1、S2开通时输出+Ed的电压，当S2、S3开通时输出的电压为0，当S3、S4开通时则输出-Ed的电压，由原理图可知在输出端能够输出三种不同的电压，所以把这种变频器叫做三电平变频器。
对S1～S4的开通时间进行控制则能近似的输出需要的正弦可调的电压来驱动电机，即SPWM调制变频方式。
我们可以建立如表1所示的工作状态表。
表1 各开关的工作状态 根据以上的原理，我们用12只全控的逆变器件加箝位二极管就可以组成三相的三电平电压型变频器。
如下图2所示为三相三电平变频器的原理结构图，因为有共同的基点所以又称为中心点箝位变频器。
根据逆变器单相逆变器件的开关工作状态可知逆变器共有P、O、N三种稳定的工作状态。
现在我们对逆变器件按单脉冲延时α角触发来对逆变器件的开关工作状态进行控制进行输出电压滤形的研究，若变频器对三相Y形阻性负载供电，图3是单相输出的电压形式，图4是负载的连接图。
图2 三电平电压型变频器原理图图3 单脉冲控制单相输出电压波形图4 电阻性负载Y形连接图 若假定负载的中点为O＇，电源逆变箝位中心点为O则可以用负载的相电压UAO＇如下的公式表示出：公式中表示O＇与箝位中点的O的电位差。
为了保证逆变器件的触发导通，我们这里设定触发的延迟角为：，即。
A、B、C三相的触发控制角相差120°，即。
则我们可知三相端口各自的输出电压，表2.5是它们在不同时刻的输出的电压表。
表2 一周期内三相三电平输出端的各相电压 根据表2和式（1）列出A相一个周期内的电压区间式子则有：以上所求的为A相在上半个周期内各个时间区域内的输出电压，下半个周期内输出的电压大小绝对值相等，只是电压的方向刚好相反，依次为0、-2/3Ed、-Ed、4/3Ed、-Ed、-2/3Ed、，三相电各个输出中，B相，C相分别滞后A相2TT/3和4TT/3。
B相的输出电压也是每∏/3就发生一次变化。
根所上面所求的UAO＇和UBO＇就可以得到输出端两相之间的线电压UAB，如表3所示。
表3 线电压的输出电压表 根据表3我们可以画出A、B两相之间的电压输出波形图：图5 三相三电平输出线电压的波形 由波形图5我们可以看出，输出的线电压的波形相似于正弦波形，但在接入电机前必须进行电抗器和电容进行滤波才能达到电机输入电压的控制要求，由于直接输出端的电压谐波比较大，所以三电平变频器必须有合理的滤波电路才能再对电机进行变频调的控制。
通对单脉冲的控制我们可以看出，如果对三电平变频方式进行SPWM方式变频控制则输出的电压波形将进一步逼近正弦波。
当然其滤波还是很大，必须接于较大的电抗器或者电容来减少谐波后对电机进行变频调速控制以免谐波的影响而损坏电机。
2.2 三电平变频的派生方案（1）二极管钳位型多电平在1983年的IAS年会上，A.Bhagwat等人进一步将三电平推广到任意多电平结构。
[3]如图6所示为采用二极管钳位结构的五电平变频器，其原理与三电平变频器大同小异，只是输出电压的台阶数更多、波形更好，在相同器件耐压下，可输出更高的交流电压，适合做成更高电压等级的变频器，但器件的数量和系统的复杂性也大大增加了。
图6 二极管钳位式五电平变频器逆变两相电路 二极管钳位式五电平变频器的开关状态及输出电压如下表所示：表4 二极管钳位式五电平变频器的开关状态及输出电压 通过分析可知。
二极管钳位型多电平电路的主要特点是：①采用多个二极管对相应的全控器件进行钳位来解决器件的均压问题。
M电平电路每相桥臂需全控型器件2（M-1）个。
需要使用大量钳位二极管，使七电平以上的NPC电路失去了实用价值。
②直流侧采用电容分压形成多级电平，不需要结构较复杂的曲折联结变压器。
M电平电路需M-1个分压电容，在控制上需解决电容电压不平衡问题。
③每相桥臂开关管的工作频率不同，中间开关管的导通时间远远大于外侧开关管，负荷较重。
这样很容易造成总是烧坏中间的开关器件。
开关器件的控制复杂，使得七电平以上的在实际应用很难进行控制。
（2）电容钳位型多电平电容钳位的飞跨电容型（Flying Capacitors）多电平电路是由T.A.Meynard等人在1992年的PESC年会上提出的[4]。
电容钳位型五电平电路如图7所示。
飞跨电容型多电平电路的主要特点是：①采用跨接在开关器件之间的串联电容进行钳位，M 电平电路每相桥臂需（M-1）（M-2）/2个钳位电容，直流侧分压电容与二极管钳位型电路相同。
②开关状态的选择比二极管钳位型电路具有更大的灵活性，有利于平衡开关器件导通时间和电容电压。
③由于直流滤波电容体积大、成本高、使用寿命较短，其实用价值不如二极管钳位型电路。
近年来又有几种基于上述两种结构的改进电路被提出，其中具有代表性的是F. Z. Peng等人在IEEE IAS2000会议上提出的钳位型多电平电路的统一拓扑结构[5] ，图8为其单相电路图。
二极管钳位型和电容钳位型电路都可以从这一电路拓扑推导得出，并且该电路可以实现直流电容电压的自动平衡。
2.3 单元串联多电平高压变频器为了增加电平数以提高输出电压等级，进一步减小高次谐波含量，M.Marchesoni等人在1988年的PESC年会上提出了H桥级联的多电平逆变电路。
如图9是单元串联七电平的电路图。
图7 电容钳位式五电平变频器逆变两相电路图8 钳位型多电平电路统一拓扑结构的逆变单相电路图图9 三相单元级联七电平电路图 单元级联多电平变频器采用若干个低压功率单元串联的方式来实现高压输出，这种电路的结构和方法很容易实现向更多电平数的扩展，实现更高电压的输出。
单元级联多电平的主要特点是：①每相由N个H单元级联而成，逆变电路输出相电压电平数M=2N+1，由于各个功率单元结构相同，易于模块化设计和封装；当某一单元出现故障，可将其旁路，而其余功率单元可继续运行，提高了系统的运行的可靠性。
②直流侧全采用独立电源供电，不需要钳位器件，不存在电压均衡问题。
若直流电由三相不可控整流电路供电时，整流侧需多绕组曲折联结变压器（移相变压器），增大了装置体积，但采用多重化整流减小了输入侧电流谐波。
③按某一定特定规律分别对每一个功率单元进行控制，各功率单元波形叠加即可得到多电平输出，控制方法比钳位型电路对各桥臂的整体控制简单，并且易于扩展更高的电压输出。
尽管功率单元级联多电平高压变频器需要大量的隔离直流电，级联结构还是具较高的性能，在实际工业应用中有也较多采用该种结构。
从90年代初开始，多电平逆变器在高压、大功率方面的应用越来越广泛，特别是在减小电网谐波和补偿电网无功方面有着良好的应用前景。
多电平逆变器不仅可以降低开关器件的电压额定值，而且大大改善了逆变器的输出波形，降低了输出电压的谐波畸变率。