逆变器产生三电平的原理

首先讲述三电平逆变器中三电平的形成。

在图4-1的IGBT三电平逆变器中，设VT₁₁～VT₁₄为某相中的4个IGBT器件，只要改变4个器件的不同通断状态，即可在输出端获得3种不同的输出电压（U_d，0，-U_d），见表4-1，逆变器输出有三个电平，用+、0、-或P、O、N表示开关状态，U_d为直流电压，这便是所谓三电平。

表4-1 三电平变频器输出电压组合

下面说明开关器件如何工作得到这种三个状态。

以a相电压为例，说明相电压输出的三种状态（+、0、-，或P、O、N）如下：

1）正状态如图4-5a所示，当VT₁₁和VT₁₂导通，VT₁₃和VT₁₄关断时，a相输出端接到直流母线的正端P（电容C₁的正极）。当定义O点为参考地时，此时a相输出电压为u_a=U_d=U_C1，输出正电压。(www.xing528.com)

图4-5 三电平电路电流输出输入状态

2）零状态如图4-5b所示，当VT₁₂和VT₁₃导通，VT₁₁和VT₁₄关断时，a相输出端接到直流母线的中点O（电容C₁的负极），电流通过钳位二极管VD₁₅、VT₁₂流出。当定义O点为参考地时，此时a相输出电压为0，即输出零电压。

3）负状态如图4-5c所示，当VT₁₁和VT₁₂关断，VT₁₃和VT₁₄导通时，A相输出端接到直流母线的负端N（电容C₂的负极）。当定义O点为参考地时，此时a相输出电压为u_a=-U_d=-U_C2，输出负电压。

依此类推，图4-1所示电路的每一相均可以实现P、O、N三种电平的输出，比普通的两电平电路的相电压输出多了一个状态，故称其为三电平电路。该三电平电路之所以能够实现三个电平的输出，主要是因为每相有钳位二极管，可以实现两电容的中点电压的输出，故称其为中心点钳位的三电平电路。

值得注意的是，逆变器在运行中，三相开关器件是在不断地切换的，如P—N两个状态直接切换，则各有两个器件开和关，就相当于两电平的工作方式，易发生贯穿（即四个器件均未关断导致直通短路）。所以P—N之间直接切换一般极少使用，也就是在三电平的算法设计中，应注意避免在P和N间直接切换，造成直通故障。