两电平逆变器与三电平逆变器的区别

两电平逆变器的工作原理

两电平电压型逆变器的主电路所示，电压型逆变器典型工作方式是180°导通方式，任何时刻都有不相同的三只主管导通，每次换相都是在同一相上下两个桥臂之间进行的，因此又称纵向换相。相同中上下两桥臂中的两只主管称为互补管（即控制脉冲是互反的），它们交替导通。

在换流瞬间，为了防止同一相上下两臂的主管同时导通而引起直流电源的短路，通常采用“先断后通”的方法，即先给应关断的主管关断信号，待其关断后留一定时间裕量，然后再给应导通的主管开通信号，两者之间留一个短暂的死区时间。

下面来分析该电路的工作波形，对于U相输出来说，当V1导通时，Uun=Ud/2；V4导通时，Uun=-Ud/2.因此Uun的波形是幅值为Ud/2的矩形波。V，W两相情况类似，只是相位依次相差120度。通常我们所说的几电平指的是逆变器输出的相电压，对两电平而言，逆变器输出的相电压只有上述分析的两种电平：±Ud/2。

负载线电压可分别由公式求出：Uuv=Uun-Uvn；Uvw=Uvn-Uwn；Uwu=Uwn-Uun。

可以看出负载线电压有三个值：±Ud，0。

对该电路的工作原理再作如下说明：在整流运行状态下，Ua》0时，由V4，VD1，VD6（或VD2），Ls组成升压斩波电路。V4导通时，Ua通过V4，VD6（或VD2）向Ls储能，当V4关断时，Ls储存的能量通过VD1向直流侧电容充电。电路为升压斩波，若控制不当，直流侧电容电压可能比交流电压峰值高出许多倍，容易损坏器件。

在了解两电平变流器的工作原理基础上，我们可以看出，如果需要变流器承受更高的电压，就需要选用耐压等级更高的IGBT，或者采用IGBT串联的方式。

但IGBT的电压等级不可能太高（通用电压等级为600V/1200V/1700V/3300），IGBT是高速器件，串联比较困难，另外采用两电平电路时di/dt较高，波形不太理想。因此我们考虑采用多电平逆变电路。

三电平逆变器的工作原理

多电平变流器的采用，不仅可以提高电压等级，而且获得了更多阶的输出电压，这将使得输出波形更接近于正弦波，且谐波含量少，电压变化率小，输出容量大。下面对常见的一种三电平拓扑电路进行分析。

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串联起来来支撑并均衡直流侧电压。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。

以U相为例：

当V11和V12（或VD11和VD12）导通，V41和V42关断时，U点和O点电位差为Ud/2;

当V41和V42（或VD41和VD42）导通，V11和V12关断时，U和O点的点位差为-Ud/2；

当V12或V41导通，V11和V42关断时，U和O点电位差为0。

可以看出三电平电路的输出相电压由三种电平：±Ud/2，0；同样的的得出输出线电压有五种电平：±Ud，±Ud/2，0。

三电平拓扑的一个突出优点就是每个主开关器件关断时所承受的电压仅为直流侧电压的一半，因此适合于高压大容量应用场合。与此类似，还可以构成五电平等更多电平的电路。

两电平与三电平对比

1）损耗计算：每个开关周期中，两电平输出为正、负电平，三电平输出为正、负、零电平。因此两电平拓扑损耗较高。

2）输出谐波：输出电平台阶越多，波形越趋近与正弦波，带出的谐波越少。

3）器件耐压：三电平中主开关承受电压为直流侧电压一半，两电平则为全部母线电压。三电平会增加使用的器件数量，但电压等级越高价格越高。

4）三电平可以降低开关频率，较少开关损耗。