有关三电平逆变器主电路结构及其工作原理.doc

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，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。sa1C1Da1sa2VdcnDa2sa3C2sa4sb1Db1sb2Db2sb3sb4sc1Dc1sc2ii bcPMSMi aDc2sc3sc4三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。C1sa1Da1sa2VdcnDa2sa3C2sa4“ 1”状态VdcC1VdcnAC2C1sa1Da1sa2nDa2sa3C2sa4sa1Da1sa2ADa2sa3sa4“0”状态A“ -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。