三相逆变器拓扑结构



三电平电路的介绍

三电平逆变器：1拓扑为在两个电力电子开关器件串联的基础上，中性点加一对箝位二极管的三电平逆变器，又称为中性点箝位型（Neutral Point Clamped，简称NPC）三电平逆变器，所示即为三相三电平NPC逆变器拓扑结构，由两个直流分压电容C1=C2、三相逆变电路组成。负载为三相感应电机。

光伏漫谈4- 逆变器拓扑结构

光伏逆变器作为光伏发电的核心设备，其拓扑结构主要包括以下几种：

工频隔离逆变器：

结构：采用工频50Hz变压器实现功率传输，由整流桥、滤波和工频变压器组成。特点：结构相对简单，但受限于体积较大的变压器，实际应用中较少使用。

高频隔离逆变器：

应用：在微型逆变器中较为常见，需要交流与直流侧隔离以保障人体安全。结构：采用高频隔离，显著减小体积。常用拓扑：包括昱能的250W微型逆变器、禾迈MI700的交错反激拓扑以及不含直流母线串联谐振的拓扑。差异：前两种拓扑在高压电容使用、控制复杂度和效率上有所差异；后者无需高压电容，但需要增加低压大电容，控制简单，适合小功率应用。

非隔离逆变器：

原理：通过直接将光伏输入升压至工频信号，实现组串式逆变。特点：相比隔离型逆变器，效率更高、成本更低，但存在零点偏移、直流分量等问题。解决方案：采用交流或直流旁路方式隔断DC分量，专利H5技术通过5个开关管实现了直流旁路逆变器，通过交替控制实现完整的正弦输出。

组串式逆变器NPC拓扑：

类型：包括I型NPC结构和ANPC结构。特点：效率高、谐波小。差异：I型NPC结构正负半周期由不同的IGBT承担开关损耗；ANPC结构通过在每个IGBT旁并联IGBT来平衡内外管之间的损耗。T型三电平拓扑：通过减少开关损耗提高效率，但需要IGBT耐压达到母线电压的两倍，适用于低压系统或高压功率管应用。

总结：光伏逆变器的拓扑结构多种多样，每种结构都有其独特的特点和适用场景。随着功率器件特性和耐压的提升，以及学术研究的深入，未来将有更多创新的逆变器拓扑结构出现，进一步提升应用效率、降低体积和成本。

SVPWM的一点理解

如何理解SVPWM的问题，一直是很多人心中的疑团。然而如果你是做电机控制的，这始终是个无法回避的话题。本文尝试从基于载波的SVPWM的角度进行阐述。

三相逆变器拓扑结构如下：

基于倒推的方法进行理解。已知svpwm的电压利用率可达1，使用svpwm的调制方式，线电压的幅值可达Udc。假设：Udc=1；选择载波范围为[0,1]。为了防止进入过调制区域，必须保证调制波范围为[0,1]。基于载波的调制方式，画一个简图，理论上，调制输出的端电压波形应该和调制波波形相同（幅值及相位均相等）。因此，为了不进入过调制，端电压的幅值也需要被限制在[0,1]。当线电压幅值为Udc时，相电压的幅值应该为[公式]。当线电压Uab,Uac,Ubc幅值为1，那么Uan，Ubn，Ucn幅值应该为[公式]，如下图所示。三相的端电压与相电压的关系为：[公式]、[公式]、[公式]。将公式相加，可得[公式]；相减，可得线电压为：[公式]、[公式]、[公式]。可知，Uno的选择不影响线电压的大小，你可以根据需要去选择其大小。若取星结点电压为[公式]，端电压，相电压及星结点电压可用下图曲线表示。上图中端电压Uao/Ubo/Uco超过了1。前面提到，为了防止进入过调制，端电压Uao/Ubo/Uco的大小必须小于1。因此，上述星结点电压的选择并不合适。为了满足Uan，Ubn，Ucn幅值为[公式]，且使端电压Uao/Ubo/Uco不大于1，该如何选择星结点电压Uno呢？如果能够想办法选择出合适的星结点电压，让超过1的波峰被削掉，如下图所示。此时，端电压波形Uao/Ubo/Uco，即调制波波形，按照上述思路，你肯定可以想到其他的星结点选择方式。

这里为了清楚显示结果，将模型信号流做如下处理，当然这样并不符合MAAB建模规范。由仿真结果得知，母线电压为0.998，约为1；相电压幅值为0.5762，约为[公式]。调制波及载波波形如下图所示。

基于载波的调制方式，如下图所示。首先给出如下公式，调制信号为[公式]。端电压为[公式]。上述公式成立的前提是不能进入过调制区域。对于spwm而言，[公式] 如载波在[-1,1]之间， [公式] 均为幅值为1的正弦调制波形，那么根据上述公式可得，端电压幅值及相电压幅值均应该为E/2。可知上述结论与常识相符合。假设[公式]，[公式]，[公式]，m为调制比，m<=1时，为线性调制。则根据公式(1)和公式(2)，可知[公式]、[公式]、[公式]。由上述公式可得线电压：[公式]、[公式]、[公式]。可知，[公式]不影响线电压，因此称其为零序电压分量。当[公式]时，那么线电压为E，则电压利用率达到了1。但是，此时必须选择合适的[公式]，防止调制波超过载波幅值1（防止进入过调制）。这里直接给结论，如下[公式]的一种选择，可等价于SVPWM：[公式]、[公式]、[公式]。但是，基于载波调制方式和基于空间矢量调制实现的SVPWM等价与否，能否给出证明呢？我们知道，基于空间矢量的svpwm中施加的T0=T7=(1-T1-T2)/2。上述问题变成了，已知零序电压为[公式]，如何证明T0=T7=(1-T1-T2)/2？第一扇区的空间向量调制，如下图所示。由上图，基于伏秒等效原理(面积等效,即电压波形和时间轴围成的面积)可得：[公式]、[公式]、[公式]。基于上述公式组(3)及公式(1)可得：[公式]、[公式]。基于公式组(1)，三个公式左边右边相加，可得[公式]。将公式(4)带入上式可得，基于空间向量调制等效的零序分量为[公式]。且根据公式组(3)，左边右边相减，可得：[公式]、[公式]。基于上述公式可得：[公式]、[公式]、[公式]。扇区分布及三相电压大小关系如下图所示。那么在第一扇区，[公式]和[公式]可表示为：[公式]、[公式]。基于已知条件的零序电压为[公式]，代入[公式]和[公式]可推出：[公式]。假设公式(6)和(7)相等，可得：[公式]化简后可得：[公式]。又由于[公式]，则可得：[公式]。证明完毕。可知只要合理选择零序分量及零矢量的作用时间，基于载波的方式和空间向量等效。

安森美 | 带你了解主流商用组串式太阳能逆变器的拓扑结构

随着全球变暖及碳排放问题的日益严峻，清洁能源的广泛应用显得尤为重要。太阳能作为清洁能源的一种，其逆变器在不同终端应用中扮演着关键角色。其中，组串式逆变器以其灵活、易于维护的特点，正在成为主流太阳能逆变器类型，广泛应用于住宅、商业及公用事业。

组串式逆变器系统主要由光伏电池板串或阵列、DC-DC升压转换器、DC-Link电容器和逆变器(DC-AC转换器)组成。DC-DC级实现两个主要功能，即提升PV串的输出电压至DC-Link工作电压水平，并实施MPPT(最大功率点跟踪)功能，以确保在不同环境和太阳辐照度下，光伏面板能产生最大功率。逆变器则负责将直流电转换为交流电，满足住宅用电或并网需求。

组串式逆变器的直流母线电压通常为1100V，但在大型住宅、商业及分布式公用事业规模应用中，使用1500V或更高电压可以降低铜线和开关设备的成本，同时在更广的温度和辐照条件下捕获更高能量。DC-DC升压级的拓扑结构主要有三种，其中飞跨电容升压和对称升压作为三电平拓扑，可以降低开关电压，提升效率和功率密度，但需注意额外开关器件带来的成本和驱动问题。

逆变器级决定了总效率和输出质量，三电平拓扑结构在大功率三相逆变器系统中尤为关键。除了降低开关损耗和半导体需求外，三电平系统还能提供更好的正弦电压波形，减少电缆压力和高灵敏度电气设备的风险。相较于两电平系统，三电平系统中的MOSFET或IGBT所承受的电压减少，降低了大功率太阳能逆变器的成本，同时减少了EMI，并提高了输出波形质量。

为了优化太阳能逆变器设计，安森美(onsemi)提供了一系列电子元器件，包括1200V, 20mΩ的SiC MOSFET、单通道I-NPC SiC混合集成功率模块、以及2件装半桥全SiC功率集成模块，这些元器件在不同应用中展现出独特优势。此外，安森美还提供即用型SIMetrix电路仿真，帮助客户在订购任何硬件之前，获得准确数据，确保设计过程的高效性和准确性。

三电平SVPWM学习

三电平SVPWM原理与性能优化

三电平SVPWM是一种逆变器技术，其相较于两电平SVPWM，具有更低的开关应力、更小的开关损耗、以及更接近正弦波的输出电压波形，主要得益于其调制算法的优化。模型设计与实现过程可关注公众号“浅谈电机控制”，留下邮箱，模型将发送至邮箱。

三电平逆变器结构与原理

三电平逆变器由3个桥臂组成，每个桥臂包含4个开关管，并带有中性线，通过不同开关组合实现三电平电压输出。具体原理图如图1所示。三电平每相电压有3个电平，通过27个电压矢量组合实现，每相电压同时为零时，输出电压矢量为零。

三电平SVPWM核心技术介绍

三电平SVPWM的核心在于扇区判断、区域判断与时间状态分配。在每个扇区内，根据参考电压矢量位置，划分出小扇区，判断其所在区域。选择短矢量作为每个采样周期的起始矢量，确保在电压矢量变化时，只有一对桥臂动作，避免反向转矩和脉动，实现高效控制。

三电平与两电平SVPWM波形对比

三电平SVPWM相较于两电平SVPWM，不仅在波形接近度、电压利用率、谐波含量上表现出优势，而且在开关应力和开关损耗上显著降低。三电平电路具有高效率、低EMI、适用于大容量高电压场合等优点，但同时存在开关器件数量增加、控制复杂性和电位不平衡问题。

总结

三电平SVPWM技术提供了在电机直接转矩控制中的高效性能，通过减少开关应力、降低损耗、优化输出波形等手段，实现对电机的精准控制。在应用中需权衡其优点与挑战，例如采用二极管钳位式作为主电路拓扑结构，以实现三电平逆变器的高效稳定运行。

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