两电平和三电平脉冲整流器的比较

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高压变频器基本知识

• 3、在电解电容上当进行处理，提高电解电容寿命；
• 电解电容的容量比低压变频器要大，因为单元为单相输出，全靠电解电容来进行无功电流的交换，而低压变频则是三相输出，无功可以相互抵消。设计时一般按1A=90UF计算。
• 3．变压器柜
• 主要为移相干式变压器。给功率单元的工作提供独立的三相输入电压，功率单元之间及变压器二次绕组之间相互绝缘。二次绕组为多个相互绝缘的绕组，全采用星形绕法，绕组分成三个相位组相位差为10°，形成了36脉冲整流电路结构。可以不加任何谐波滤波器就能满足总输入电流谐波小于5%的要求。输出采用载波移相脉宽调制技术，总输出电压谐波小于5%。输入输出谐波均能满足国家标准GB/T14549—93的要求，噪音低，温升低，不会引起电机的转矩脉动，对电机没有特殊要求。
• 2.3高-高型变频器
• 我们所用的变频器结构即为高-高型变频器，下面介绍一下基本原理
• 三．风光高压变频器的原理及结构
• 我们公司高压变频器分为6KV系列和 10KV系列，3KV系列的也有。高压变频器的拖动对象鼠笼式三相异步电机，负载多为风机，水泵类，节能效果比较明显。
• 我们高压变频器采用高-高型模式，每相采用低压功率单元串接组成,由一个多绕组的移相隔离变压器供电，通过高速微处理器来实现对变频器控制。
• 4．旁路柜
• 也就是所说的开关柜，主要是实现工/变频转换。目的是当变频器发生故障时，可以将电机切换到工频运行，不影响生产。
• 对于一拖一的旁路柜主回路图如下：
• 所用主要器件（一拖一为例） • 机械闭锁：1个 JSXN(G)-3 • 高压隔离开关： 3个 GN19-10/400-12.5 • 真空接触器： 2个 JCZ5-7.2(12)/ A• 中间继电器：若干 MA406A-44 • 限流电阻：RXHG-60Ω-3KW 1个

三电平——精选推荐

三电平⽬前，世界上对⾼压电动机变频调速技术的研究⾮常活跃，⾼压变频器的种类层出不穷，作为⽤户都希望能选择实⽤⽽具有良好性价⽐的⾼压变频器，如何选择便是值得研究的问题。

知⼰知彼，百战百胜，⾸先按照⾃⼰的⼯况拟定对⾼压变频器的技术要求，针对性的选择⾼压变频器的⽅案、产品和售后服务，否则会出现应⽤不理想，投资损失⼤。

不同⾼压变频器的电路拓扑⽅案具有不同的技术⽔平。

技术⽔平决定变频器和传动系统的稳定性、可靠性、使⽤寿命、维护费⽤、性价⽐等重要指标。

就如同笔记本电脑功能都基本相同，但不同的技术⽔平，质量价位从3000元到数万元之差。

为此，了解不同种类的⾼压变频器内含技术⽔平，选择变频器的品质与⼯况相结合，达到投⼊少、节能回报率⾼的理想效果。

2 ⾼压变频器的概念按国际惯例和我国国家标准对电压等级的划分，对供电电压≥10kV时称⾼压，1kV～10kV 时称中压。

我们习惯上也把额定电压为6kV或3kV的电机称为⾼压电机。

由于相应额定电压1～10kV的变频器有着共同的特征，因此，我们把驱动1～10kV交流电动机的变频器称之为⾼压变频器。

⾼压变频器⼜分为两种性质类型，电流型和电压型，其特点区别:(1) 变频器其主要功能特点为逆变电路。

根据直流端滤波器型式，逆变电路可分为电压型和电流型两类。

前者在直流供电输⼊端并联有⼤电容，⼀⽅⾯可以抑制直流电压的脉动，减少直流电源的内阻，使直流电源近似为恒压源;另⼀⽅⾯也为来⾃逆变器侧的⽆功电流提供导通路径。

因此，称之为电压型逆变电路。

(2) 在逆变器直流供电侧串联⼤电感，使直流电源近似为恒流源，这种电路称之为电流型逆变电路。

电路中串联的电感⼀⽅⾯可以抑制直流电流的脉动，但输出特性软。

电流型变频器是在电压型变频器之前发展起来的早期拓扑。

3 电压型逆变器与电流型逆变器的特点区别(1) 直流回路的滤波环节电压型逆变器的直流滤波环节主要采⽤⼤电容，因此电源阻抗⼩，相当于电压源。

电流型逆变器的直流滤波环节主要采⽤⼤电感，相当于恒流源。

对三电平整流器主电路建模的研究

器能够减少电磁干扰，减少功率开关管的电压强
度，并且增加了开关频率，使得入端电流更接近正
弦，谐波含量显著减少。因此，三电平整流器的应
用越来越多。
其中：
２单相ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 电平整流器主电路的数学模型
单相三电平整流器的主电路图如图１示。所为了简化计算，做了以下假设：（）功率开关为理想的。１（）忽略换流过程，即认为换流是瞬间完成的。２
一
１．Ｃ２． —１
—
一Ｃ４１
一 — —
ｏ
倒４整沉运行情况时的同量图
ＯＯ
由方程（）和向量图我们可知，假如变压器１
１引言
ｒ
（）因为选择的采样周期很短，所以可以以连３
续系统对系统进行建模和仿真。由此，三电整流器的主电路工作模式可以归纳为七种，如图２所示。每种工作模式的状态方程
可归结为一个，如下：
Ｘ＝Ａｘ＋ＢＵ
相对两电平ＰＷＭ整流器，三电平ＰＷＭ整流
脉宽调制相电压有三个电平值，使得波形更接近正弦波。本文对单相三电平整流器的电路丁作模式进行了分析，并
据此建立了单相ｊ电平整流器的数学模型并编写了ＳＦ－ＵＮＣＩＴＯＮ。用瞬态电流法仿真对比Ｓｌｋ模块搭建与建ｉｉｍｕｎ立二电平整流器模型的波形结果，得出所建立的数学模型完全正确。
ｃｍｒｎｔｅｓｍｕｉｋｏｐａｉｇｈｉｌｍｏｕｅｉｌｔｎｎｄｌｓｍｕａｉｗｉｔｅｍａｈｏｔｈｈｔｍｏｅｓｎｈｎｔｎａｅｕｃｒｅｔｏｔｌｄｌｕｉｇｔｅｉｓａｔｎｏｓｕｒｎｃｎｒｏａｇｒｔｍ．ｌｏｉｈＫｅｗｏｄ：ｔｒｅｌｖｌｍａｈｍｏｅｙｒｓｈｅ— ｅ；ｅｔｄ，

三相电压型PWM整流器直接功率控制方法综述

三相电压型PWM整流器直接功率控制方法综述/tech/intro.aspx?id=565点击数：260刘永奎，伍文俊（西安理工大学自动化学院电气工程系，陕西西安710048）摘要首先介绍了三相电压型PWM整流器的拓扑结构，在此基础上，对当前应用于PWM 整流器的直接功率控制策略进行了对比分析，介绍了其实现机理和优缺点，最后，对直接功率控制在三相电压型PWM整流器中的控制技术进行了展望。

关键字 PWM整流器；直接功率控制；综述Summary about Direct Power Control Scheme of Three-Phase Voltage Source PWM RectifiersLIU Yongkui，WU Wenjun（Xi'an University of Technology，Xi'an Shannxi 710048 China）Abstract The topological structure of three-phase PWM rectifiers is introduced. On this basis, several DPC methods of three-phase voltage source PWM rectifiers were introduced and compared. At last, the pros原per of the control scheme development trends in three-phase PWM rectifiers is presented.Keywords three-phase PWM rectifiers；direct power control；summary1 概述三相电压型PWM整流器具有能量双向流动、网侧电流正弦化、低谐波输入电流、恒定直流电压控制、较小容量滤波器及高功率因数（近似为单位功率因数）等特征，有效地消除了传统整流器输入电流谐波含量大、功率因数低等问题，被广泛应用于四象限交流传动、有源电力滤波、超导储能、新能源发电等工业领域。

一种单相三电平SVPWM调制与载波SPWM内在联系

一种单相三电平SVPWM调制与载波SPWM内在联系宋文胜;冯晓云【摘要】针对单相三电平二极管钳位（NPC）电压型整流器,为了减小其开关切换次数和开关切换损耗,本文提出了一种单相三电平空间电压矢量调制（SVPWM）方法和一种基于零序分量注入的单相三电平单极性载波叠层的正弦脉宽调制（TLC-SPWM）调制方法。

分别给出了该SVPWM的详细设计方法和该TLC-SPWM的零序分量设计方法。

并通过理论分析和计算,证明该SVPWM与该零序分量注入的TLC-SPWM本质上为同一类脉宽调制方法,仅实现方式不同。

与传统的单极性TLC-SPWM相比,这两种调制方法能够有效地减小开关切换次数,从而减小开关切换损耗。

最后,分别搭建了基于Matlab/Simulink的仿真模型和基于TMS320F2812为控制器的1.3kW实验样机,仿真和实验结果都验证了该SVPWM 算法及其中点电位控制的可行性和有效性。

%For single phase three-level neutral-point-clamped （NPC）voltage source rectifiers： in order to reduce switching times and losses during communication, A single phase three-level space vector pulse width modulation（SVPWM） technique and a single phase unipolar three-level carrier sinusoidal PWM（TLC-SPWM） technique with zero-sequence voltage injection are proposed in this paper. The design method of SVPWM is shown in detail, and the selection method of zero-sequence voltage in TLC-SPWM is discussed in detail too. Theoretic analysis and calculation results show that the SVPWM method and TLC-SPWM method with zero-sequence voltage injection are the same PWM scheme essentially, and both of the implementing methods are different. The SVPWM and TLC-SPWM methods can effectively reduceswitching times and losses during communication compared with traditional TCL-SPWM. Finally, Simulation model in Matlab/Simulink and a 1.3kW experimental prototype with TMS320F2812 controller are designed for the single phase three-level NPC rectifier. The simulation and experimental results verify the feasibility and effectiveness of the proposed SVPWM and neutral point controller.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2012(027)006【总页数】8页(P131-138)【关键词】三电平;中点电位控制;SVPWM;载波SPWM调制;零序电压分量注入【作者】宋文胜;冯晓云【作者单位】西南交通大学电气工程学院,成都610031;西南交通大学电气工程学院,成都610031【正文语种】中文【中图分类】TM921.451 引言近年来，随着我国京津城际、武广客专、合武客专和京沪客专等高速客运专线的开通运营和新建，我国铁路已步入了高速电气化时代。

VIENNA型三相三电平PWM整流器研究

随着电力电子技术的迅速发展，电力电子装置越来越多地应用于工业中。随着对用电设备所产生电流谐波含量的严格限制，以及对变换器工作在
下简称为ＶＩＥＮＮＡ整流器）的拓扑、调制方法、控制策略进行研究。提出整流器的调制技术采用状态
几部分组成：（１）由Ｄ，Ｄ，Ｄ，，Ｄ，Ｄ，Ｄ组成的整流桥；（２）三个升压电感￡；（３）三个双向功率开关管．ｓ，，Ｓ；（４）两组直流母线滤波电容ｃ。、。为
了简化分析，假设电网输人为三相平衡的理想电源，功率开关管为理想开关，输入是三相对称电压，开关频率远远大于交流侧基波的频率。
现对ＶＩＥＮＮＡ型三相三电平ＰＷＭ整流器（以
２０１３年１月２４日收到，２月２０１３修改广西大学科研基金（ＸＪＺ１２０２８２）资助第一作者简介：周奖（１９６９一），男，广西崇左人，硕士，讲师。研究
纹波也比两电平ＰＷＭ整流器小。因此，三电平
１ＶＩＥＮＮＡ整流器的数学模型
ＶＩＥＮＮＡ整流器的主电路及其等效电路分别如
图１（ａ）、１（ｂ）所示。
由图１可知，ＶＩＥＮＮＡ整流器的主电路由以下

大功率三电平逆变器

大功率三电平逆变器一、引言随着电力电子技术的不断发展，三电平逆变器作为一种新型的逆变器拥有着广泛的应用前景。

在众多的三电平逆变器中，大功率三电平逆变器因其具有较高的转换效率、可靠性和稳定性等优点而备受关注。

本文将对大功率三电平逆变器进行详细介绍。

二、大功率三电平逆变器的结构大功率三电平逆变器由直流侧、中间电路和交流侧组成。

其中，直流侧包括整流桥和滤波电容；中间电路包括两个分别与整流桥相连的分支，每个分支包括两个开关管和一个中间点；交流侧包括输出滤波器和负载。

三、大功率三电平逆变器的工作原理1. 正常工作状态下：当开关管S1、S2均导通时，直流侧充满了能量，并将能量传输到中间点1上；当开关管S3、S4均导通时，直流侧充满了能量，并将能量传输到中间点2上。

此时，在交流输出端口上形成一个正弦波形式的交流信号。

2. 故障工作状态下：当开关管S1、S4均导通时，直流侧充满了能量，并将能量传输到中间点1上；当开关管S2、S3均导通时，直流侧充满了能量，并将能量传输到中间点2上。

此时，在交流输出端口上形成一个矩形波形式的交流信号。

四、大功率三电平逆变器的优点1. 降低谐波：大功率三电平逆变器具有更好的输出波形质量和较低的谐波含量，可以有效地降低对负载的影响。

2. 提高效率：大功率三电平逆变器具有较高的转换效率，可以节省能源和成本。

3. 提高可靠性：大功率三电平逆变器具有更好的稳定性和可靠性，可以减少故障率和维修成本。

五、大功率三电平逆变器在实际应用中的应用1. 光伏发电系统：大功率三电平逆变器可以将太阳能板产生的直流信号转换为交流信号，并接入公共电网中。

2. 风力发电系统：大功率三电平逆变器可以将风力发电机产生的直流信号转换为交流信号，并接入公共电网中。

3. 电动汽车充电桩：大功率三电平逆变器可以将交流电转换为直流电，以满足电动汽车的充电需求。

六、结论大功率三电平逆变器具有较高的转换效率、可靠性和稳定性等优点，在实际应用中具有广泛的应用前景。

三电平变频器原理

三电平变频器原理1.变频器结构（1）整流器（2）滤波器滤波器用于去除整流器输出的直流电压中的高频谐波。

三电平变频器的滤波器一般采用谐振式LC滤波器，以提供更好的滤波效果。

（3）逆变器逆变器将直流电压转换为可调节的交流电压。

三电平变频器的逆变器通常采用三电平架构，包括两个相互反向的拓扑结构。

其中一个是三电平全桥逆变器，另一个是两电平半桥逆变器。

这两个拓扑结构通过控制不同的开关状态，能够输出三个不同的电平（0、1、-1）的交流电压。

（4）控制系统三电平变频器的控制系统负责控制整个系统的操作和性能。

主要包括Pulse Width Modulation（PWM）控制器和逻辑控制器。

PWM控制器用于生成逆变器开关的控制信号，以控制输出电压的大小和质量。

逻辑控制器用于监测系统的状态并进行相应的保护和故障诊断。

3.变频器操作（1）从输入交流电源引入电能，通过整流器将其转换为直流电压。

（2）滤波器去除直流电压中的谐波。

（3）逆变器将直流电压转换为可调节的交流电压。

逆变器通过控制开关状态产生三个不同电平的交流输出。

（4）PWM控制器根据需要调节逆变器开关的占空比，以控制输出电压的大小和质量。

（5）逻辑控制器监测系统状态，包括温度、电流、电压等，并进行相应的保护和故障诊断。

4.变频器优势（1）输出电压质量更好：三电平逆变器能够提供更接近正弦波的输出电压，减少谐波含量，提高电能质量。

（2）电能损耗更低：通过控制逆变器开关的状态，可以减少开关功耗，从而降低电能损耗。

（3）调节范围更宽：三电平变频器能够提供更大的调节范围，使得输出电压可以更好地适应负载需求。

（4）控制能力更强：采用三电平变频器可以实现更精确的电压和频率控制，提高系统的稳定性和控制能力。

总结三电平变频器是一种用于调节交流电压的电力电子设备，它通过控制逆变器的输出电压来实现对输出电压和频率的调节。

三电平变频器具有输出电压质量更好、电能损耗更低、调节范围更宽和控制能力更强等优势。

基于新颖磁链观测的三电平PWM整流器的直接功率控制策略研究

科技信息三电平ＰＭ整流器昀直接功率控制策略研穷Ｗ
中国矿业大学（州）息与电气工程学院徐俊杰葛云涛徐信
［摘要］电平Ｐ三ＷＭ整流器在高压大功率场合有着广泛的应用，但是由于三电平ＰＷＭ整流器自身开关器件的非线性和对电路参数的依赖性，得传统的电压电流双闭环控制无法更好的提高其动态性能，使因此限制了其在更宽负载范围内的运用。本文在建立二极管钳位式ＰＷＭ整流器数学模型的基础上，在传统的直接功率控制和电压定向控制的基础上，出了一种新型简化虚拟磁链定向提的固定开关频率的三电平ＰＷＭ整流器直接功率控制方法。仿真实验表明：该控制方法能够保证中点电位平衡，网侧电流谐波小，具
ｉｃｄ
— — — — — — — — — — —
ｃｔ＝ｄ
Ｚ．，
）『＿『＿
（）１
Ｌｄ＝ｅ－，Ｓ－ｊ＋Ｌｆｄ．ｄｔＯｏ Ⅲ。
Ｉ＝－Ｖｏ￣ＲｉＬｗｉｓ－ｑｄ
式（），３Ｕｌ２１中７＋为输出直流电压；，ｉｉ分别为ｄｑ电，轴流；，ｅ分别为ｄｑ网侧电动势；，轴Ｃ＝Ｃ１２＝Ｃ。３简化虚拟磁链观测器．虚拟磁链定向矢量控制（ＦＣ策略通过引入虚拟磁链的概念，ＶＯ）间接获得电网电压角度信启，省去了电网电压传感器，由于在虚拟磁链的估计中引入了积分环节，这种方法还具有抑制电压、电流谐波干扰的优点。采用整流器交流侧电压积分法即可估计磁链，但纯积分器观测法存在要先确定积分初值的问题。传统的虚拟电网磁链采用低通滤波器代替纯积分器来克服直流偏移，但会造成一定的幅值和相角误差。本文采用三个一阶低通环节级联以取代纯积分器，时有：此Ｇ：Ｌ．（）．Ｌ（）２

三电平拓扑

三电平拓扑谐振1.二极管箝位型三电平直流变换器 (2)1.1 全桥三电平直流变换器 (4)1.1.1全桥ZVS三电平变换器 (4)1.1.2 全桥ZVZCS三电平变换器 (10)1.2 半桥三电平直流变换器 (11)1.2.1半桥ZVS三电平变换器 (12)1.2.2 半桥ZVZCS三电平变换器 (18)1.2.3三电平ZVS谐振变流器 (21)1.2.4三电平ZCS变流器 (21)2.高频隔离式三电平直流变换器拓扑 (24)2.1反激式三电平直流变换器 (24)2.2 Sepic型高频隔离式三电平直流变换器 (24)2.3 Zeta型高频隔离式三电平直流变换器 (24)2.4 Cuk型高频隔离式三电平直流变换器 (24)2.5正激式三电平直流变换器 (26)3.非隔离三电平变换器的所有拓扑 (27)3.1 Buck三电平直流变换器 (27)3.2 Boost三电平直流变换器 (27)3.3 Buck-Boost三电平直流变换器 (27)3.4 Cuk三电平直流变换器 (27)3.5 Sepic三电平直流变换器 (27)3.6 Zeta三电平直流变换器 (27)4.双正激三电平直流变换器 (30)5.推挽正激三电平直流变换器 (31)6.其它 (35)6.1飞跨电容型三电平变换器 (35)6.2级联型三电平变换器 (35)7.重要参考文献： (36)1.二极管箝位型三电平直流变换器二极管箝位三电平逆变器主电路拓扑图是一个三相二极管中点箝位三电平逆变器主电路结构，其中Dil 、Di2(i=a, b, c)为箝位二极管。

由于分压电容Cdcl=Cdc2，在系统均压平衡时，有Vdcl=Vde2=Ed/2，带有反并二极管的开关Sil、 Si2、Si3、Si4(i-a,b, c)中，Sil和Si3、Si2和Si4互补。

表1-1是输出状态和开关管的开通对应关系。

可以看出，随着不同开关状态的选取，系统可以输出三种电位，Ed,Ed/2, 0。

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两电平与三电平的脉冲波形比较
电牵二班
组员：杨洋20121550
曾绍桓20121543
徐刚堂20121544
代思瑶20121565
黄异彩20121569
赵杰20121571
两电平与三电平的脉冲波形比较
我国引进的时速200公里动力分散型交流传动动车组中,CRHI 、CRHS 动车组主电路均采用了两电平全桥整流电路。

为了降低开关管的电压应力和改善PWM 整流器网侧输出波形,CRHZ 动车组采用了二极管箱位三电平PWM 整流器电路结构。

下面主要对这两种电路拓扑的工作原理及数学模型进行分析和研究。

1.1两电平整流器原理与数学模型
单相电压型两电平Pwm 整流器主电路如图2一1所示,网侧漏感L 二起传递和储存能量,抑制高次谐波的作用;支撑电容Cd 起抑制高次谐波,减少直流电压纹波的作用;电感LZ 和电容CZ 形成串联谐振电路,用于滤除电网的2次谐波分量。

把开关器件(这里采用IGBT)视为理想开关元件,定义理想开关函数S,和S,,从而得到如图2一2所示简化等效电路。

两电平PWM 脉冲整流电路两电平PWM 整流器等效电路
由于上桥臂与下桥臂不能够出现直通,则a 1S 与a 2S 、b 1S 与b 2S 不能同时导通和
关断,驱动信号应该互补。

PWM 整流器网侧输入端电压ab U 取值有dc U 、0、-dc U 三种电平,有效的开关组合有22=4种,即S,S,=00、01、10、11四种逻辑,则PWM 整流器输入端电压ab U 有如下关系:
ab U =（B A S S -）dc U
则由式(2一2),系统的瞬时等值电路如图2一3所示
瞬时等值电路
由图2- 3可见,通过不同的控制方法适当调节“ab U 的大小和相位,就能控制
输入电流的相位以控制系统功率因数;同时控制输入电流的大小以控制传入功率变换的能量,也就控制了直流侧输出电压。

因此,通常采用电压外环和电流内环相结合的双闭环控制方式。

此等值电路的电压矢量平衡方程为:
ab t
iN i d d U R L U N N N N ++= 对应于四个开关的不同工作状态,电路共有以下三种工作模式:
工作模式1：B A S S =00或11,即下桥臂开关或上桥臂开关全部导通,则此时“ab U =0,
电容d C 向负载供电,直流电压通过负载形成回路释放能量,直流电压下降,因此,
为了保证直流侧电压的稳定,工作模式1的导通时间比较短,这也是在空间电压矢量调制中,两个零矢量的作用时间要比其他六个矢量的作用时间短的原因。

另一方面,网侧电压N U 二两端电压直接加在电感N L 上,对电感N L 充、放电。

此时对应的电压矢量平衡方程如下(忽略等效电阻的影响):
N U =N L t
i d d N 工作模式3: B A S S =10,等效电路如图2- 4(b)所示,则ab U =dc U 。

N U >0,储存在电感中的能量向负载L R 和电容d C 释放,电感电流N i 下降,一方面给电容充电,使得直流电压上升,保证直流电压稳定,同时高次谐波电流通过电容形成低阻抗回路;另一方面给负载提供恒定的电流。

此时对应的电压矢量平衡方程如下:
N L t
i d d N =N U -dc U
B A S S =01时的电路 B A S S =10时的电路
在任意时刻,PWM 整流器只能工作在上述三种模式中的一种状态下,在不同的时区,通过对上述3种开关模式的切换,保持直流侧负载电压的稳定和负载电流i 。

的双向流动,也即实现能量的双向流通。

由图2-1所示主电路结构可知,网侧串入一电感元件形成Boost 电路的拓扑结构,使得直流侧输出电压大于网侧电压峰值。

假设开关管为理想模型,在换相过程中没有功率损失和能量储存,则交流侧与直流侧瞬时功率应当相等。

即:
ab U N i =dc U 0i
又由等效电路的拓扑结构可得:
N L t
i d d N =N U -N i N R -ab U d C t dc d dU =0i -L
R U dc -2i 2dc 22-dt
di C U U L = 222
i dt d =C U C 将式(2-7)、(2-8)代入式(2-9),得式(2-10)所示两电平PWM 整流器的主电路数学模型,其中2U 为二次滤波电容上的电压。

N L t
i d d N =N U -N i N R -（B A S S -）dc U d C t dc d dU =（B A S S -）N i -L
R U dc -2i 2dc 22-dt
di C U U L = 222
i dt d =C U C
2.2三电平整流器原理
三电平二极管箱位PWM 整流器拓扑如图2-5所示,它采用8个功率开关器件(这里采用IGBT)构成两组对称的桥臂。

每一桥臂有4个开关管,其中直接连到正负直流母线上的2个开关管称之为主开关管,中间的2个开关管称之为辅助开关管。

两组桥臂各带2个箱位二极管,以防止电容L C 或Z C 因开关操作而发生直通。

直流侧支撑电容由2个同样的电容串联组成,这样就可以提供一个中性点,连接到中性点上的2个箱位二极管可以把PWM 整流器的电压箱位到中性点电位,因此该整流器也称为中点箱位PWM 整流器.
为了便于分析电路,首先根据开关管不同的工作状态,定义电路的三种工作状态:1态、O 态、-1态(假设两电容上的电压相等),以左半桥为例:
根据每种不同情况我们可以等效电路为：
二电平二极管箱位PWM 整流器开关等效电路图
由开关等效电路可知,每组桥臂可以等效为一个开关,该开关具有1、0、一1三种等效状态,两组桥臂有 23 9种开关关组合,主电路有9种工作模式。

工作模式0:(B A S S ,)=(1,1),开关管a 1S 与a 2S 、b 1S 与b 2S 导通,整流器交流侧
被短路,网侧输入电压a U 等于0,电容L C 、 Z C 通过直流侧负载放电,网侧电流N i 的大小随网侧电压N U 的变化而增大或减小。

工作模式1:( B A S S ,)=(1，0),开关管a 1S 与a 2S ,a 3S 和b 3S 导通,网侧输入电压
a U 等于1U 网侧漏感电压等于N U -N U 电容q 上的电压被正向(或反向),电流充电(或放电),电容CZ 通过直流侧负载放电。

在此举两个工作模式，剩下见开关表
根据A S 、B S 的不同组合，可以得到不同的五个电平：
根据以上的原理分析可知,三电平PwM 整流器与两电平PWM 整流器相比,具有很多优点:
1.每个功率开关器件所承受的电压峰值只有两电平PWM 整流器的一半,降低了功率开关管的电压应力,较好的解决了开关器件耐压不够高的问题。

2.在相同的开关频率及控制方式下,由于电平数的增加,三电平PwM 整流器的网侧电流波形比两电平中的正弦性要好,且电平数越多,电流越接近正弦,可以获得更好的频谱特性和动态性能。

3.输出电压为5个电平的阶梯波,相对于两电平的3个电平,输出波形阶梯增多,各级间的幅值变化降低,可更加接近正弦波;电压脉动小,降低了输出电压的跳变,减小对负载和本身的损害;输出电压谐波含量减少,对外围电路的干扰减小。

但是这种三电平结构也有它固有的不足之处:
1.因为不同管子的开关时间不同,器件所需额定电流不同。

2.电容均压问题:这是制约其应用的最大障碍之一。

直流侧电容由于一个周期内电流的流入和流出可能不同,使某些电容总在放电,而另一部分总在充电,使得电容电压不均衡,对整个系统工作不利。

3.需要较多的箱位二极管.
两电平仿真模型
两电平Un、In波形
两电平Ud、Id波形
两电平Uab
两电平Udc
三电平仿真模型
三电平Un、In波形
三电平Ud、Id波形
三电平Uab。