IGBT二电平高（中）压变频器的主电路结构

    IGBT三电平高（中）压变频器的主电路如图6-8所示。

    图6-8    IGBT三电平高（中）压变频器的主电路

    由图6-8可见，变频器的整流部分由两个三相桥电路串联，输出12脉波的直流电压，大大减少了电网侧的谐波成分。同时，直流侧采用两个相同的电解电容串联滤波，在中间的连接处引出一条线与逆变电路中的钳位二极管相接。若将该节点视为参考点（电压为零），则加到逆变器的电平有3个：Ud、0、-Ud。所以逆变器部分是由IGBT和钳位二极管组成的三电平电压型逆变器。

    电压型逆变器的工作原理为：当工作电压较高时，为了避免器件串联引起的动态均压问题和降低输出谐波，逆变器可采用三电平方式，也称为中心点钳位方式( NPC)，如图6-9所示为三电平逆变器一相的结构图。

    图6-9    三电平逆变器一相的结构图

    电路中的逆变器的功率开关器件VT1~VT4为IGBT，VD1~VD4为反并联的续流二极管，VD5和VD6为钳位二极管，所有的二极管均要求选用与功率开关相同的耐压等级。Ud为滤波电容C1上端的电压，0为C1、C2连接中心点的电位，-Ud为滤波电容C2下端的电压。当改变VT1~VT4的通断状态时，在输出端将获得3种不同的电压，见表6-1。

    表6-1    三电平逆变器一相输出电压组合

    由表6-1可见，应保证功率开关VT1和VT3不能同时处于导通状态，VT2和VT4亦不能同时处于导通状态。同时规定，输出电压只能是-Ud～0或0~Ud，不允许在Ud和-Ud之间直接变化。由于两个器件不可能同时开通或同时关断，也就不存在动态均压问题。

    图6-10所示为三电平变频器输出相电压、相电流波形。图中阶梯形PWM波为电压波形，近似正弦波为电流波形（Ud为峰值电压）。这种变频器输出的线电压有5个电平，输出谐波小，du/dt小，使电动机电流波形的失真度从17%降低为2%左右。

    图6-10    三电平变频器输出相电压、相电流波形

    三电平变频器的输出谐波比低压通用变频器低；因为省去升、降压变压器，因而结构紧凑，损耗减少，占地面积小，节省土建费用；当功率较大时，电源输入端仍设置隔离用三绕组变压器，变压器二次侧采用△和Y接法，可输出12脉波整流电压，使得电源输入端谐波大为降低。

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