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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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