中點鉗位型三電平逆變器中點鉗位三電平逆變器的拓撲結(jié)構(gòu)

圖1為中點鉗位三電平逆變器的拓撲結(jié)構(gòu)。

該拓撲結(jié)構(gòu)包括兩個串聯(lián)的電容C₁，C₂，兩電容之間的點稱為中點Z，因此中點鉗位型逆變器也被稱作二極管鉗位逆變器；每一相包含四組IGBT/Diode（絕緣柵門極晶閘管/二極管）T_x1、T_x2、T_x3和T_x4；兩個鉗位二極管D_x5和D_x6（x=a，b，和c）。

根據(jù)拓撲結(jié)構(gòu)可以看出來，中點鉗位三電平逆變器的一個很重要的問題就是：中點電壓平衡問題。理想的情況下，直流電容C₁，C₂的電壓均為E（E為直流電壓源V_dc的1/2），但是流過中點Z的電流對電容充電或者放電，加之電容保持電壓的能力有限，會導(dǎo)致電容C₁，C₂的電壓發(fā)生變化。工況惡劣時，會導(dǎo)致上下兩電容電壓差過大，輸出電壓電流波形畸變，甚至損壞功率半導(dǎo)體器件 。

為了獲得三電平，每一相的四組開關(guān)（IGBT/Diode）只能有相鄰的兩組開關(guān)同時導(dǎo)通，即T_x1-T_x2，T_x2-T_x3，或者T_x3-T_x4。用字母P，O和N表示三組開關(guān)的狀態(tài)。開關(guān)狀態(tài)如表1所示。為了盡可能地減小開關(guān)損耗，一次開關(guān)狀態(tài)的改變只允許一個開關(guān)進行動作，即P?O和O?N。開關(guān)T_x1和開關(guān)T_x3狀態(tài)為互補關(guān)系，開關(guān)T_x2和開關(guān)T_x4狀態(tài)為互補關(guān)系，要避免出現(xiàn)多個開關(guān)同時導(dǎo)通現(xiàn)象，否則會發(fā)生短路，燒毀元器件。

三電平NPC逆變器的工作狀態(tài)是指開關(guān)狀態(tài)和負載電流，由于拓撲結(jié)構(gòu)的對稱性，本文只分析P→O開關(guān)狀態(tài)。根據(jù)負載電流的方向不同，又可以分為i_ph>0和i_ph<0兩種情況。

為了更清晰、明確的進行分析，先做如下假設(shè)：

①所有器件均為理想器件，不考慮死區(qū)時間和中點電壓不平衡問題；

②開關(guān)狀態(tài)改變時，i_ph電流方向不改變。

當(dāng)i_ph>0時，狀態(tài)P→O的換流示意圖如圖2中（a）和（b）。?

P狀態(tài)時，開關(guān)T_x1和T_x2導(dǎo)通，T_x3和T_x4關(guān)斷。電流i_ph流過T_x1和T_x2的兩個IGBT。輸出端相對于中點V_az的電壓為v_dc/2。

O狀態(tài)時，開關(guān)T_x2和T_x3導(dǎo)通，T_x1和T_x4關(guān)斷。由于開關(guān)T_x1突然關(guān)斷，電流i_ph從T_x1的IGBT強制換流到鉗位二極管D_x5，仍然通過T_x2的IGBT流到輸出端。此時V_az電壓為0。

當(dāng)i_ph<0時，狀態(tài)P→O的換流示意圖如圖3中（a）和（b）。

P狀態(tài)時，開關(guān)T_x1和T_x2導(dǎo)通，T_x3和T_x4關(guān)斷。電流i_ph流過和的兩個二極管。輸出端相對于中點V_az的電壓為v_dc/2。

O狀態(tài)時，開關(guān)T_x2和T_x3導(dǎo)通，T_x1和T_x4關(guān)斷。由于開關(guān)T_x1突然關(guān)斷，T_x1的二極管承受反向壓降不能導(dǎo)通，電流i_ph從T_x1的二極管強制換流到鉗位二極管D_x6。

此時電壓V_az為0。

三電平NPC 逆變器其他工況下的工作原理，均可以用上述方法分析，此處不再一一贅述 。

可以將三電平NPC逆變器的優(yōu)點總結(jié)如下：

①在換流過程中，每個功率半導(dǎo)體器件所承受的電壓均為E（v_dc / 2）。這有助于逆變器電壓等級和功率等級的提高，在元器件的選擇方面也會留有更大的余地；

②由于三電平NPC逆變器輸出線電壓、相電壓波形的階梯均多余傳統(tǒng)兩電平逆變器，因此有著較低的諧波畸變率（Total Harmonic Distortion，THD）；

③在直流側(cè)電壓相同，相電流相同的工況下，三電平NPC逆變器的開關(guān)損耗約為傳統(tǒng)兩電平逆變器的1/2（將在后面的章節(jié)進行論述），較小的開關(guān)損耗允許適當(dāng)?shù)卦龃箝_關(guān)頻率，進一步減小諧波。

同時，由于三電平NPC逆變器的拓撲結(jié)構(gòu)的限制，其也具有一些缺點：

①功率半導(dǎo)體器件較多，單相橋臂有四組IGBT/續(xù)流二極管，并且比兩電平逆變器多出兩個鉗位二極管。元器件的增加，為驅(qū)動電路和控制電路的設(shè)計帶來了麻煩；

②直流側(cè)兩個電容存在中點電壓平衡問題，有可能造成輸出電壓的畸變，甚至損壞元器件；

③功率半導(dǎo)體器件的增多，導(dǎo)致各個器件的損耗和結(jié)溫不同（將在后面的章節(jié)進行論述），對散熱系統(tǒng)的設(shè)計更為復(fù)雜 。

三電平NPC逆變器的DC側(cè)電流紋波分析與損耗的計算，都是根據(jù)逆變器所采用的特定的調(diào)制方法來進行的。因此，對三電平NPC逆變器調(diào)制方法原理的分析及仿真，是進行DC側(cè)電流紋波分析與損耗計算的前提。

自多電平逆變器誕生以來，其相應(yīng)的PWM控制技術(shù)就一直是其研究的重點內(nèi)容。傳統(tǒng)兩電平逆變器的PWM控制方法經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已經(jīng)較為成熟，而多電平逆變器因其拓撲結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、元器件較多等特點的限制，在控制方法上也更為復(fù)雜。

多電平PWM控制方法的研究主要是圍繞著兩個核心問題展開的：

一是輸出電壓波形的控制，即逆變器輸出電壓脈沖與調(diào)制波等效；

二是逆變器自身運行狀態(tài)的控制，包括中點電壓平衡，輸出電壓、電流諧波的控制，功率開關(guān)器件的損耗分配控制等。設(shè)計合理的PWM控制方法，對于三電平NPC逆變器抑制中點電壓不平衡問題尤為重要 。

較為常見的多電平PWM控制方法分為：基于載波的PWM控制方法和空間矢量PWM控制方法。

（1）正弦脈寬調(diào)制方法（SPWM）

多電平逆變器的基于載波PWM控制方法一般采用載波層疊的形式。多電平載波層疊PWM控制方法與傳統(tǒng)兩電平PWM控制方式類似。對于m電平逆變器來說，采用（m-1）層相同幅值和頻率的三角形載波，分為上下兩層，與調(diào)制波進行比較，產(chǎn)生開關(guān)序列，控制功率開關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷，從而輸出想要得到的波形。

對于三電平NPC逆變器來說，可以采用兩層載波。按照上下兩層載波的相位關(guān)系，可以分為反相載波層疊法和同相載波層疊法。

（2）反相載波層疊法

反相載波層疊法中，上下兩層載波相位相差180°，如圖4所示。圖4中，藍色正弦波為正弦調(diào)制波，與上下兩組載波進行比較；黑色脈沖序列為交流輸出端（以A相為例）與DC側(cè)中點之間的電壓u_az 。

（3）同相載波層疊法

與反相載波層疊法相對應(yīng)，同相載波層疊法的上下兩組載波的相位完全相同，如圖5所示。

（4）三次諧波注入脈寬調(diào)制方法

對于沒有中線的三相對稱負載的逆變器系統(tǒng)，在輸出電壓中注入三的倍數(shù)次諧波或直流分量時候，對負載電壓波形不會產(chǎn)生影響。因此，可以對正弦調(diào)制波注入合適的零序分量，從而達到相應(yīng)的目的。為了提高直流母線電壓利用率，可以采用三次諧波注入PWM控制方法，如圖6所示 。2100433B

三電平逆變器是現(xiàn)有多電平逆變器中應(yīng)用較為廣泛的一種，其應(yīng)用已有許多實例。其中，二極管中點鉗位型(neutral point clamped， NPC)逆變器多應(yīng)用在以靜止同步補償器、有源電力濾波器為代表的柔性交流輸電技術(shù)和以中高壓變頻為代表的大電機拖動、風(fēng)力發(fā)電等領(lǐng)域。但是二極管鉗位型三電平逆變器的研制、工程化和應(yīng)用仍存在著許多問題， 尤其是高性能、 高可靠性的系統(tǒng)并不多見 ，其主要原因有：

1）二極管鉗位型逆變器的實際性能分析困難。二極管鉗位型逆變器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，每一相橋臂都由多個功率開關(guān)管和二極管組成；復(fù)雜的調(diào)制策略，令功率開關(guān)管不斷的開通和關(guān)斷，使逆變器工作在多種工作模式下。此外，工作回路中寄生電感的存在也會給器件的開關(guān)特性產(chǎn)生影響 。

2）實時在線狀態(tài)未知。對大功率開關(guān)半導(dǎo)體器件的測試多為離線測試和準(zhǔn)在線測試。這兩種方法都無法同時、準(zhǔn)確地測量出大功率逆變器實際工況下各器件之間“牽一發(fā)而動全身”的動態(tài)特性，無法得知器件的實時在線狀態(tài) 。

3）故障預(yù)防和裕量設(shè)計不合適。由于無法監(jiān)測到大功率開關(guān)半導(dǎo)體器件在故障時異常的動態(tài)特性，因此無法給故障的預(yù)防提供參考。且在大功率開關(guān)半導(dǎo)體器件選型時，裕量的選擇往往是憑經(jīng)驗，常導(dǎo)致裕量設(shè)計不合適 。 解讀詞條背后的知識 電氣新科技 媒體人,《電氣技術(shù)》雜志社有限公司,科技領(lǐng)域愛好者

可有效改善三電平逆變器輸出電流質(zhì)量的優(yōu)化策略

天津市電機系統(tǒng)先進設(shè)計與智能控制技術(shù)工程中心（天津工業(yè)大學(xué)）、天津大學(xué)電氣自動化與信息工程學(xué)院的研究人員谷鑫、劉潮、張國政、史婷娜、夏長亮，在2019年第5期《電工技術(shù)學(xué)報》上撰文（論文標(biāo)題為“三電平逆變器同步不連續(xù)空間矢量調(diào)制輸出電流優(yōu)化策略”），以中點鉗位型三電平逆變器...

首先我們要看看哪些宮位行星多，哪些少，來個總體的印象。

A-如果兩個人的行星集中在：第一宮、第五宮、第九宮

這是充滿生命力的宮位，當(dāng)兩個人的組合中點盤以這些宮位居多時，他們的關(guān)系通常是比較提升、追求、改善的。這三宮可以說是盡力把人生活得淋漓盡致、發(fā)揮生命潛質(zhì)。像是第一宮的尋求自我、第五宮的激發(fā)無意識中的創(chuàng)造力、第九宮的尋求生命、人類的目標(biāo)。

第一宮：主要反映一對夫妻那種可以被外界察覺的情況與相互關(guān)系，簡單講就是公眾眼中的夫妻形象；

第五宮：兩人間的浪漫、消遣，孩子和自我表達空間；

第九宮：家庭的理想、良知和旅行情況；

B-如果兩個人的行星集中在：第二宮、第六宮、第十宮

當(dāng)二人的合盤以二、六、十宮居多時，兩人的關(guān)系會比較在現(xiàn)實上打轉(zhuǎn)，因此顯得較功利、嚴肅、斤斤計較的就像土象星座的特質(zhì)一樣，凡事認真，嚴陣以待。好像論壇就有一個第二宮行星很多的組合盤。

第二宮：與個人價值觀與財物金錢有關(guān)，當(dāng)?shù)诙m發(fā)生作用時，雙方可能會有金錢上的往來，若只是老板與員工倒還無所謂，但當(dāng)雙方是情侶間的借貸或是父母給予孩子零用錢時，難免斤斤計較而使原本不求回報的情誼現(xiàn)實化了。當(dāng)然了財運大家比較關(guān)心，這要看行星的相位關(guān)系了。相位的好壞會對財運產(chǎn)生影響。

第六宮：是家庭的義務(wù)與責(zé)任。理想事業(yè)、社會地位有關(guān)當(dāng)二人之間有第十宮的關(guān)系在時，事業(yè)與地位便是焦點之一可能是你很重視對方的身份地位，或是你因為某人的地位而接近他。

第十宮：相位良好的話，某一方的事業(yè)得以發(fā)展或是社會地位提升，若相位不佳時，某一方的地位、事業(yè)則會大受打擊。

C-如果兩個人的行星集中在：第三宮、第七宮、第十一宮

當(dāng)兩人的合盤，三、七、十一宮居多的話，他們的友誼都是十分自然而然的，就算是情侶、老板與員工、或老師與學(xué)生，當(dāng)有這三個宮位時，兩人的關(guān)系都會有一些友情的感覺存在，且多半有一種早就認識、相見恨晚的感覺。

第三宮：掌管的是日常溝通、短程旅行、兄弟姐妹、鄰居、親密朋友。當(dāng)兩人有此宮位且相位不錯時，會覺得對方跟自己很聊得來，以及增進某一方或雙方的溝通技巧、自信心等等，雙方在溝通上都能得到很大的樂趣，另外兩人也很適合結(jié)伴出游。

由于第三宮亦掌管兄弟姐妹、親密朋友、鄰居這些平日關(guān)系親密的事項，因此當(dāng)兩人合盤有第三宮出現(xiàn)以及相位不錯時，通常對對方會有一種熟悉感，而自然而然走在一起，就像有吸力一樣。

但若相位不佳，雖有緣分，卻是惡緣，比方兩人明明聊不來，老是牛頭不對蛇尾的，卻常常需要在一起溝通事情另外兩人的出游運也不太好，像是天公不作美、交通阻塞、或是房間沒訂好什么的，阻礙很多如果相位不佳兩人又有契約關(guān)系的話，則要小心對方的契約書是否有誤，或是你誤會他的意思。

第七宮： 掌管的是配偶、對手、合作伙伴當(dāng)兩人的合盤中有第七宮時，不一定代表將來他有機會成為你的另一半也有夫妻是以第二宮的金錢為主的；也有以第十一宮為主的，相處起來像朋友一樣，甚至可有可無，柏拉圖式的夫妻關(guān)系。

第七宮相對于第一宮，代表先天自己較缺乏的部分，因此若兩人的組合中點盤有第七宮，其中或多或少摻雜了一種羨慕或是異極相吸的情感這種情感會讓雙方不由自主地走在一起。

相位若不錯，你們可能是很處得來的朋友、合作無間的伙伴、甚至是在人生上互相扶持的夫妻；

若相位不佳，雙方雖然覺得對方身上有自己沒有的特質(zhì)而強烈吸引，但卻怎么樣也處不來；或是不自覺討厭對方展現(xiàn)出來的但卻是與你相同的缺點。

對雙方而言，第七宮是一面鏡子，可以在對方身上看到你缺乏或是渴望的特質(zhì)，或是在對方身上看到你們共同的優(yōu)缺點。

第十一宮:代表各種博愛、沒有邊界沒有限制的友誼。第十一宮的關(guān)系是不會在乎任何社會加諸的階級觀念，當(dāng)兩人的合盤有第十一宮存在時，你們通常很快就能找到一種熟悉、氣味相投的感，當(dāng)兩人的組合中點盤有第十一宮存在時，你們通常很快就能找到一種熟悉、氣味相投的感覺（在與其它人的比較之下），即使對方是窮光蛋、水肥大隊、人人走而避之的人物，第十一宮總能讓人輕易地產(chǎn)生親切感，即使自己是不擅交友的人，在遇到有第十一宮合盤的人時，你也會訝異自己怎么會如此迅速地對一個人交心交肺。

當(dāng)相位良好時，兩人的友誼是十分自然的，且自由自在不具束縛，就像俗語說的"君子之交淡如水"那樣，即使久久不見，再相逢時的友誼仍然熱烈不尷尬由于第十一宮有著博愛、助人、開放、創(chuàng)造的意義，有時雙方適合從事一些共同為社會做善事的活動，理念或是活動內(nèi)容也可能十分地創(chuàng)新先進。

若相位不佳時，雙方可能懷有私人目的而在一起，無法發(fā)揮博愛、無私的精神為對方付出或為所在的團體付出。

D-如果兩個人的行星集中在：第四宮、第八宮、第十二宮

當(dāng)兩人的合盤有四、八、十二這三個宮位出現(xiàn)時，以我的解釋是比較宿命性。

第四宮：代表兩人可能是家庭成員、或是需要居住同一室、牽涉許多家居生活的關(guān)系有的時候，某一方可能扮演著像母親的角色，無怨無悔地照顧關(guān)心另一方。

相位不錯時，雙方在從事以上活動時都能在家居生活中得到內(nèi)心的安全感、溫暖及樂趣；

若相位不佳時，家可能變成戰(zhàn)場令人無法好好休息，像是某方可能聽音樂時開得很大聲、不愛整潔、不愛做家事、隨便帶朋友回家，而干擾了另一方在家時的安全感。

第八宮：的關(guān)系如果相位不錯的話，雙方在共同處理財務(wù)方面是會使彼此受益的，由于第八宮亦代表人性的黑暗面，相位不佳時，可能某一方或雙方總是在私底下搞心機、小動作來計算、陷害另一方，也可能牽涉到官司訴訟。

第八宮除了代表共有財產(chǎn)外，也代表神秘學(xué)，相位不錯的話雙方適合一起去探究各種宇宙的奧妙，或是一起開一家偵探社在彼此第八宮的刺激下，雙方的直覺、觀察力都會發(fā)揮到極致。

第十二宮：的關(guān)系則是比較宿命的，往往跟前世因果比較有關(guān)連，因此當(dāng)兩人相遇時，也許會產(chǎn)生比較特別的感覺，或是兩人的相遇根本是一件很奇妙、難以理解的事情。

相位不錯時，你可能變成對方的貴人，或是對方是你的貴人，若要問對方或是自己為什么要這樣不計回報的挺力相助的話，可能找不到原因；

若相位不佳時，可能你或?qū)Ψ绞潜舜说男∪耍尡舜擞枞∮枨髤s無法克制。

第十二宮亦代表夢、潛意識、靈感、心理有時第十二宮的關(guān)系會反映在某一方是對方的心理良藥，能撫平治療對方的傷痛，或是可能刺激某方的靈感。

命盤相位星座2100433B

鉗位電路（clampingcircuit）是將脈沖信號的某一部分固定在指定電壓值上，并保持原波形形狀不變的電路。

鉗位電路經(jīng)常用于各種顯示設(shè)備中。在示波器和雷達顯示器中用鉗位電路使掃描信號的直流分量得到恢復(fù)，以解決掃描速度改變時所引起的屏幕上圖像位置移動問題。在電視系統(tǒng)中用鉗位電路使全電視信號的同步脈沖頂端保持在固定的電壓上，以克服由于失去直流分量或干擾等原因造成的電平波動，從而實現(xiàn)電視同步信號的分離。 2100433B