多电平逆变电路设计与实现

对电压型电路来说，输出电压是方波，方波中含有较多的谐波，对负载会产生不利的影响。为了减少方波中所含的谐波，常常采用多重逆变电路把几个波形组合起来，使之成为接近正弦波的波形。也可以改变电路结构，构成多电平逆变电路，它能够输出较多的电平，从而输出电压向正弦波靠近。在图3-3a～c中，输出的相电压有U_d/2和-U_d/2两种电平，这种三相桥式电压型逆变电路又称为两电平逆变电路。

图3-4是一种三电平逆变电路，它输出U_d/2、-U_d/2和0三种电平。这种电路也称为中点钳位（Neutral Point Clamped）型逆变电路，下面简要分析其工作原理。该电路的每个桥臂都由两个全控型器件串联构成，并且这两个器件都反并联了二极管。两个串联器件的中点通过钳位二极管和直流侧电容的中点相连接。例如，U相的上下两桥臂分别通过钳位二极管VD₁和VD₄与O′点相连接。

图3-4 三电平逆变电路(www.xing528.com)

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′点间电位差为U_d/2；当V₄₁和V₄₂（或VD₄₁和VD₄₂）导通，V₁₁和V₁₂关断时，U点和O′点间电位差为-U_d/2；当V₁₂和V₄₁导通，V₁₁和V₄₂关断时，U和O′间电位差为0。实际上在最后一种情况下，V₁₂和V₄₁不可能同时导通，哪一个导通取决于负载电流i_U的方向。按图中所规定的方向，i_U＞0时，V₁₂和钳位二极管VD₁导通；i_U＜0时，V₄₁和钳位二极管VD₄导通。即通过钳位二极管VD₁或VD₄的导通把U点电位钳位在O′点电位上。

通过相电压之间相减可得到线电压。两电平逆变电路的输出线电压共有±U_d和0三种电平，而三电平逆变电路的输出线电压则有±U_d、±U_d/2和0五种电平。因此，通过适当的控制，三电平逆变电路输出电压谐波可大大少于两电平逆变电路。三电平逆变电路还有一个突出的优点就是每个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，这种电路特别适合于高压大容量的应用场合。

用与三电平电路类似的方法，还可以构成五电平、七电平等更多电平的电路。三电平及更多电平的逆变电路统称为多电平逆变电路。