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图2.5 三相三电平NPC逆变器拓扑结构
在图2.5中，由于每个桥臂有三个电平，三个输出端A、B、C总共可以输出33=27个电平状态，对应着空间矢量控制的27个矢量状态，随着空间矢量控制方法的发展成熟，比起两电平的8个空间矢量来说，矢量选择范围大，控制电机容易获得良好的性能。虽然这种逆变器仍存在两个器件的阻态串联耐压问题（如Sa1和Sa2同时导通，Sa3和Sa4同时截止时承受的耐压为Vdc），但是由于控制上不存在两个器件同时导通或者同时关断的现象，对器件参数的要求不是非常严格，系统的安全系数提高了。
综上所述，可以得到二极管箝位型多电平变流器拓扑的优缺点如下：
(1) 优点
① NPC三电平变流器能够很好的解决电力电子开关器件耐压不高的问题，由于没有两电平逆变器中两个串联器件的同时导通和同时关断问题，对器件的动态性能要求低，器件受到的电压应力小，系统可靠性有所提高。
② 三电平变流器输出的各级电平间的幅值变化降低，低的du/dt对外围电路的干扰小，对电机的冲击小，在开关频率附近的谐波幅值也小得多。
③ 可控制无功功率
(2) 缺点
① 需要大量的箝位二极管
② 每桥臂内外侧功率器件的导通时间不同，造成负荷不一致
③ 存在直流分压电容电压不平衡问题
2.3.2 三电平逆变器空间矢量分析
三电平逆变器的主电路见图2.5。根据三电平逆变器主电路结构可得出一相桥臂上输出的三种状态：P状态，输出电压（Sa1、Sa2导通）；O状态，输出电压（Sa2、Sa3导通）；N状态，（Sa3、Sa4导通）。如表2.1所示。
表2.1 三电平开关状态与终端电压
开关标识 开关状态
终端电压
SX1 SX2 SX3 SX4
P ON ON OFF OFF +Vdc/2
O OFF ON ON OFF 0
N OFF OFF ON ON -Vdc/2
各桥臂上开关器件的驱动原则如下：对应于A、B、C各相的三种状态，为了保证各相每次输出状态变化过程中动作的开关器件最少，应保证该相电位不能在和两种电平间直接转换，而是通过中性点电位进行过度，其通态特点为：每一相总是相邻的两个开关器件导通，其他两个器件关断，从而得到不同开关状态组合及相应的输出电压；Sa1、Sa3不能同时导通，它们是逻辑非的关系，同理，Sa2、Sa4也是逻辑非的关系。表2.2给出了A相电位发生变化时，功率开关器件的工作状态。在设计时，无论采用何种方式生成PWM，其硬软件设计应遵循表2.2规律。
表2.2 三电平逆变器A相开关状态
A相状态变化 变化前功率器件状态 变化后功率器件状态
O→P OFF ON ON OFF ON ON OFF OFF
P→O ON ON OFF OFF OFF ON ON OFF
O→N OFF ON ON OFF OFF OFF ON ON
N→O OFF OFF ON ON OFF ON ON OFF
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