三电平逆变器波形(逆变器三电平和两电平的区别)

导语：三电平逆变器的多载波同向层叠调制

逆变拓扑

传统的两电平拓扑具有两种开关状态：直流母线的正电压和负电压状态（DC+、DC-）；为了降低输出波形的THD，需要更多的开关状态。

三电平NPC1（即“1”字型三电平）拓扑（图b）可提供所需的额外的开关状态：N点为0V的中性状态。由于更低的电压波形失真，滤波要求可以降低，可以节省滤波器的成本。

三电平二极管拓扑工作原理

以A桥臂为例说明三电平输出工作原理，其他B,C两相相同。逆变器的三个电平是P(Vdc/2）、0、N（-Vdc/2）。假设器件理想，Sa1,Sa2开通，Sa3,Sa4关闭，若电流流出到负载为正（若电流反向流入则为负，经过续流二极管流入），则逆变器A输出P电平，意味A桥臂状态（1100），同理Sa1,Sa4开通，Sa2,Sa3关闭，则逆变器A输出0电平,电流通过D5,D6可以流入流出，A桥臂状态（0110）；Sa1,Sa2开通，Sa3,Sa4关闭，则逆变器A输出N电平,电流通过Sa3,Sa4可以流入流出；由于每个桥臂可输出27个3相电压，3个输出端A,B,C总共可输出=27个电平状态，从而对应27个输出相电压空间矢量。

IGBT驱动器的设计

各种拓扑对IGBT驱动器的要求各不相同。比如：两电平拓扑通常要求短路保护和过压保护即可。常用的短路保护方法又叫VCEsat或退保护监控；过压保护一般采用有源钳位。

对于三电平NPC1拓扑，IGBT在短路时刻的关断顺序非常重要：

1、必须先关外管，再关内管，否则内管IGBT会承受整个母线电压而损坏；

2、发生短路时，驱动器不应该自动关断IGBT，而应将故障报告给控制单元，由控制单元来确保正确的关管顺序；

3、只有内管IGBT采用有源钳位的情况下，才能忽略关管顺序，并允许驱动器自动关断IGBT。

调制方法

三电平调制方法：载波层叠调制法（载波同向层叠法、载波反向层叠法、载波同向交叠法、载波反向交叠法）以及SVPWM调制法。

载波调制方法

载波同向层叠调制法

调制原理：如图所示两组载波频率和幅度相同的三角载波上下层叠，且两组载波对称分布于同一个调制波的正负波，以单向桥臂输出为例，如图所示，假设3个电平从高到第依次P（正），0（零）和n(负），当调制波的正半波瞬时值大于上层载波时，输出电平为P；当调制波的负半波瞬时值小于下层载波时输出电平为n ,其他情况输出为0。其余两相调制原理与前述完全相同，只是调制波在相位上互差120°。当载波的相位相反时，则是载波反向层叠法。

工程推荐载波调制方法

在三相系线电压中，由于同相位，载波处谐波相互抵消。所以，同相层叠PWM控制法对波形改善的效果较载波反相层叠PWM控制法好，特别是线电压波形的改善最佳。

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