尽管多电平拓扑结构品种较多,可是大致可分为:二极管钳位型,腾跃电容型和独立直流电源级联多电平这三种拓扑结构。这三种多电平拓扑结构各有优缺点,其间使用最广泛的是二极管钳位型多电平拓扑结构。本文的研讨目标主要是二极管钳位型三电平逆变器。在图1所示的二极管钳位型三电平逆变器中,相对逆变器直流侧中点的参阅电位0,逆变器的输出电压除了两电平逆变器输出电压+UD/2和-UD/2,还增加了第三个电平值0。图1中采用了12个可关断功率器材和6个钳位二极管,在直流侧接有2个等电容量的电容别离是C1,C2,每个电容分管的电压为UD/2,而且经过钳位二极管的钳位效果,使每个开关器材上接受的电压约束在一个电容电压(UD/2)上,然后大大减小了开关器材的电压应力。
图1 二极管钳位型三电平逆变器
与三相两电平逆变器相同,三相三电平逆变器也能够用开关变量Sa、Sb、Sc别离表明各桥臂的开关状况,不同的是这时A、B、C桥臂别离有三种开关状况,然后Sa、Sb、Sc为三态开关变量,如表1所列。
表1 三电平(NPC)逆变器A相开关状况
Uao | Sa1 | Sa2 | Sa3 | Sa4 | Sa |
---|---|---|---|---|---|
+UD/2 | 1 | 1 | 0 | 0 | 2 |
0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 |
-UD/2 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 |
因而,A相输出端A对电源中点0的电压uAO能够用A相开关变量Sa结合输入直流电压UD来表明
uAO=·UD (1)
输出线电压可表明为
uAB=uAO-uBO=UD·(Sa-Sb) (2)
收拾即为
=UD·· (3)
与三相两电平逆变器相同,三相三电平逆变器能够界说逆变器的开关状况为(SaSbSc),则三电平逆变器有27个开关状况,别离对应着19个特定的空间电压矢量,如图2所示,并将整个矢量空间分红24个扇区。由图2能够看出,19种空间电压矢量可分为长矢量,中矢量,短矢量和零矢量,别离对应着1个,2个和3个不同的冗余开关状况,如表2所列。
表2 开关状况及相应电压矢量
开关状况 | Sa | Sb | Sc | 电压矢量 |
---|---|---|---|---|
S1 | 0 | 0 | 0 | V0 |
S2 | 1 | 1 | 1 | V0 |
S3 | 2 | 2 | 2 | V0 |
S4 | 1 | 0 | 0 | V1 |
S5 | 1 | 1 | 0 | V2 |
S6 | 0 | 1 | 0 | V3 |
S7 | 0 | 1 | 1 | V4 |
S8 | 0 | 0 | 1 | V5 |
S9 | 1 | 0 | 1 | V6 |
S10 | 2 | 1 | 1 | V1 |
S11 | 2 | 2 | 1 | V2 |
S12 | 1 | 2 | 1 | V3 |
S13 | 1 | 2 | 2 | V4 |
S14 | 1 | 1 | 2 | V5 |
S15 | 2 | 1 | 2 | V6 |
S16 | 2 | 1 | 0 | V7 |
S17 | 1 | 2 | 0 | V8 |
S18 | 0 | 2 | 1 | V9 |
S19 | 0 | 1 | 2 | V10 |
S20 | 1 | 0 | 2 | V11 |
S21 | 2 | 0 | 1 | V12 |
S22 | 2 | 0 | 0 | V13 |
S23 | 2 | 2 | 0 | V14 |
S24 | 0 | 2 | 0 | V15 |
S25 | 0 | 2 | 2 | V16 |
S26 | 0 | 0 | 2 | V17 |
S27 | 2 | 0 | 2 | V18 |
图2 三电平空间电压矢量图