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1、三电平与两电平逆变器谐波特性的比较引言三电平逆变器自1981年nabae提出后1,在近几年得到了广泛的应用。因为相对于传统的两电平逆变器而言，它具有如下2个突出的优点2:每个桥臂上开关元件的电压应力为直流侧输入电压的一半，这样无需动态均压电路就可以将低耐压的器件应用于高压大功率场合。在相同的载波频率下，三电平逆变器线电压的谐波成份较两电平逆变器要小得多，且由于开关频率也成倍减小，有效地减小了开关损耗。本文采用双重傅立叶级数的方法分析了这两种逆变器的谐波特性，并分别给出仿真结果进行比较，证明三电平逆变器的这两个优点。2三电平逆变器的谐波分析图1为二极管箝位型三相三电平逆变器主电路拓扑结构，图2是

2、a相的波形图。图1三电平逆变器主电路图2三电平逆变器波形图其中，载波幅值为1,角频率为s;调制波幅值为ma，也即逆变器的调制系数，角频率为w0o载波和调制波可以写成如下形式-CDj,-710L71CD5t?0GJ/1,n=0)ak0=0,所以ak0ak=0,uab不含基波频率的整数倍分量。(4)载波频率的整数倍分量(k=0,nni)因为a0=0,所以a0na0=0,uab不含载波频率的整数倍分量。d(砂)(5)调制波和载波频率的和频与差频分量(kH0,nni)图5a相波形图%(0=茸6叭血如+手)2671H=1k=lxsmn&5ik何/+三16丿COS3n-k(17)4归纳比较将以上两种逆变器

3、的谐波特性归纳如下(1)线电压的基波分量相同，都为:sin(tu0/+谐波分量都为nws士kwO,但振幅不同，三电平逆变器的振幅为,而两电平的振幅为，很明显，三电平逆变器各次谐波的振幅均小于两电平逆变器，谐波的减小方便了滤波网络的设计，提高了输出波形的质量，并且减小了系统的损耗。谐波都以(nws士kwO)分组，每组以nws为中心，两侧以士k0对称分布且对称衰减，不存在载波的整数倍(nws)谐波。5仿真与实验结果针对这两种逆变器，在相同条件下利用pspice仿真软件进行了仿真研究，仿真波形如图6所示。其中直流输入为500v，调制系数为0.8，载波比为30,输出电压基波频率为400hz。三电平逆变器线电压是5电平，比两电平逆变器输出的线电压更接近正弦波。图7为10kw实验装置测得的三电平逆变器的线电压波形，thd小于3%。可看出，仿真、实验结果与上述的分析结论是一致的。图6pspice仿真结果图7三电平逆变器的实验结果6结束语由以上分析可知，三电平逆变器在谐波特性上明显优于传统的两电平逆变器，这不仅提高了波形质量，减小了开关损耗，而且给滤波器的设计带来很大方便。同时器件的电压应力成倍减小，解决了低

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