三电平逆变器的主电路结构及其工作原理

三电平逆变器的主电路结构及其工作原理所谓三电平是指逆变器交流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， C1C2。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。PMSMVdc n2as3as4as1aD2aD2bs3bs4bs1bD2bD2cs3cs4cs1cD2cDicbiai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 UV dc/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 UV dc/2。通常标识为所谓的 “ 1”状态，如图所示。Vdc n2as3as4as1aD2aDAVdc n2as3as4as1aD2aDA“ 1”状态“ 0”状态Vdc n2as3as4as1aD2aDA“ -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 UO;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 U0，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-V dc/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-V dc/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。