五电平逆变器电流流向



三电平SVPWM基本理论（1）

一、三电平基本原理

三电平逆变器主要由T型NPC、二极管箝位型（I型NPC）和飞跨电容型（FC NPC）三种拓扑结构组成。

二、二极管箝位型分析

以A相为例，分析其工作原理。

1）Q1与Q3、Q2与Q4分别互补导通，形成电流流向负载或逆变器。

2）在Q1、Q2同时导通，Q3、Q4同时关断时，电流从逆变器流向负载，此时A点电位等于DC+，相当于Udc/2。

3）Q3、Q4同时导通，Q1、Q2同时关断时，电流从负载流向逆变器，此时A点电位等于DC-，相当于-Udc/2。

4）通过D1、Q2或D2、Q3导通，电流可以分别从逆变器流向负载或负载流向逆变器，此时A点电位等于中点电位O，相当于0。

三、开关状态与输出电压的关系

任意相可投入三个电平，通过开关函数定义电平状态，即相对于O点的电平。

四、电平定义与切换模式

对于任意相，电平状态有三种切换模式，形成对应的电平状态表达式。

五、输出线电压计算

任意相输出电压可通过线电压的计算公式得出，公式包含线电压与电平状态的矩阵关系。

六、负载相电压计算

在三相平衡条件下，根据负载相电压的计算公式，可以得出负载相电压与线电压之间的关系。

一文看懂逆变器的17种主要类型

逆变器的17种主要类型

逆变器是将直流电（DC）转换成交流电（AC）的装置。根据应用的输入源、连接方式、输出电压波形等，逆变器主要分为以下17种类型：

一、按输入源分类

电压源逆变器（VSI）：当逆变器的输入为恒定直流电压源时，该逆变器被称为电压源逆变器。其输入有一个刚性直流电压源，阻抗为零或可忽略不计。交流输出电压完全由逆变器中开关器件的状态和应用的直流电源决定。

电流源逆变器（CSI）：当逆变器的输入为恒定直流电流源时，该逆变器被称为电流源逆变器。刚性电流从直流电源提供给CSI，其中直流电源具有高阻抗。交流输出电流完全由逆变器中的开关器件和直流施加电源的状态决定。

二、按输出相位分类

单相逆变器：将直流输入转换为单相输出，标称频率为50Hz或60Hz，标称电压有多种，如120V、220V等。单相逆变器用于低负载，损耗较多，效率比三相逆变器低。

三相逆变器：将直流电转换为三相电源，提供三路相角均匀分离的交流电。每个波的幅度和频率都相同，但每个波彼此之间有120度的相移。三相逆变器是高负载的首选。

三、按换向技术分类

线路换向逆变器：交流电路的线电压可通过设备获得，当SCR中的电流经历零特性时，器件被关闭。这种换向过程称为线路换向。

强制换向逆变器：电源不会出现零点，需要外部源来对设备进行整流。这种换向过程称为强制换向。

四、按连接方式分类

串联逆变器：由一对晶闸管和RLC（电阻、电感和电容）电路组成，负载在晶闸管的帮助下直接与直流电源串联。也称为自换相逆变器或负载换向逆变器。

并联逆变器：由两个晶闸管、一个电容器、中心抽头变压器和一个电感器组成。在工作状态下，电容器通过变压器与负载并联。

半桥逆变器：需要两个电子开关（如MOSFET、IJBT、BJT或晶闸管）才能工作。对于阻性负载，电路工作在两种模式。

全桥逆变器：具有四个受控开关，用于控制负载中电流的流动方向。对于任何负载，一次只有2个晶闸管工作。

三相桥式逆变器：由6个受控开关和6个二极管组成，用于重负载应用。

五、按操作模式分类

独立逆变器：直接连接到负载，不会被其他电源中断。也称为离网模式逆变器。

并网逆变器：有两个主要功能，一是从存储设备向交流负载提供交流电，二是向电网提供额外的电力。也称为公用事业互动逆变器、电网互联逆变器或电网反馈逆变器。

双峰逆变器：既可作为并网逆变器工作，也可作为独立逆变器工作。可以根据负载的要求灵活切换工作模式。

六、按输出波形分类

方波逆变器：将直流电转换为交流电的最简单的逆变器，但输出波形不是纯正弦波，而是方波。更便宜，但谐波失真较大。

准正弦波逆变器：输出信号以正极性逐步增加，然后逐步下降，形成阶梯正弦波。谐波失真较低，但仍不是纯正弦波，对某些负载可能不适用。

纯正弦波逆变器：将直流转换为几乎纯正弦交流。输出波形具有极低的谐波，是大多数电气设备的首选。

七、按输出电平数量分类

两电平逆变器：有两个输出电平，输出电压在正负之间交替，并以基本频率（50Hz或60Hz）交替。在某些情况下，可能将三电平逆变器（其中一个电平是零电压）归入此类。

多电平逆变器（MLI）：将直流信号转换为多电平阶梯波形。波形的平滑度与电压电平的数量成正比，因此会产生更平滑的波形，适用于实际应用。

以下是部分逆变器的展示：

综上所述，逆变器根据不同的分类标准有多种类型，每种类型都有其特定的应用场景和优缺点。在实际应用中，需要根据具体需求选择合适的逆变器类型。

逆变器的几电平看的是相电压吗？

准确的说，不是相电压，如果说相电压，那么输出端每相电压的中性点应该是负载端，即三相对称负载的中性点N。这样子相电压输出就会有五个电平，这样说起来就忒复杂了（详细分析可以搜索“逆变器方波控制原理分析“）

所以呢，一般的说几电平，是指每个桥臂输出端相对于直流侧某个电位参考点而言的电平数量有几个。（直流侧电位参考点可以选两个电容中间点或者端点）

最后看看你给出的电路图（以下面追问中的图为例）：如果选取直流侧两个电容中点N为零电位点，那么逆变器三个桥臂的输出端电压Ua、Ub、Uc都只有Ud/2 、-Ud/2 两种电平

如果选取电容C2 的下端为零电位点，那么每个桥臂输出电平也同样只有 Ud 、 0 两个电平

所以这个电路拓扑是两电平的

多电平逆变电路主要有哪几种形式,各有什么特点

多电平逆变电路在现代电力电子技术中占据重要位置。常用的多电平逆变电路包括三种形式：三电平、五电平和七电平。它们的特点在于利用阶梯波形逼近正弦波。具体而言，三电平逆变器通过三个电压电平来近似正弦波，而五电平和七电平逆变器则通过更多的电平来提高逼近精度。

三电平逆变器相较于传统的两电平逆变器，能够提供更平滑的输出波形。它的优点在于降低了开关频率，减少了功率开关元件的损耗，降低了电磁干扰，提高了逆变器的效率。然而，三电平逆变器需要更多的功率开关元件，这增加了系统的复杂性和成本。

五电平逆变器在输出波形逼近精度方面更进一步，它通过五个不同的电平来逼近正弦波。这使得五电平逆变器在输出波形的平滑度和失真度方面优于三电平逆变器。然而，五电平逆变器的缺点是需要更多的功率开关元件，增加了系统的复杂性和成本。

七电平逆变器是最高级别的多电平逆变器，它通过七个不同的电平来逼近正弦波。七电平逆变器的优点在于输出波形的平滑度和失真度都非常高，能够提供接近理想的正弦波输出。然而，七电平逆变器需要更多的功率开关元件，增加了系统的复杂性和成本。

总的来说，多电平逆变器的优点在于能够提供更平滑的输出波形，降低开关频率，减少功率开关元件的损耗，降低电磁干扰，提高逆变器的效率。然而，多电平逆变器的缺点是需要更多的功率开关元件，增加了系统的复杂性和成本。

逆变器的控制策略是影响其性能的关键因素。在实际应用中，多电平逆变器的控制策略通常采用空间矢量调制技术。这种技术通过优化开关模式，使逆变器输出波形更加接近正弦波。空间矢量调制技术能够有效降低逆变器的谐波含量，提高其输出波形的正弦度。

双向PCS储能变流器（二）基于T型三电平逆变器拓扑的单级式PCS MATLAB/Simulink仿真实现

双向PCS储能变流器（二）基于T型三电平逆变器拓扑的单级式PCS MATLAB/Simulink仿真实现

答案：

基于T型三电平逆变器拓扑的单级式PCS（储能变流器）在MATLAB/Simulink中的仿真实现，旨在验证其DC/AC逆变并网和AC/DC整流能量双向流动的功能，并评估中点电位平衡效果及电流畸变率。以下是对该仿真实现的详细阐述：

一、系统概述

双向储能变流器（PCS）作为蓄电池和电网之间能量转换的接口，其核心功能是实现电能的双向流动。在电力系统出力过剩时，储能系统吸收电能并存储到电池中；在用电高峰期，储能系统释放电能回馈给电网。T型三电平逆变器拓扑因其使用的功率器件较少、损耗更小、EMI优势显著，适用于直流母线电压较低的电力电子设备。

二、主电路原理

主电路采用T型双向储能变流器PCS结构，包括三相电网、T型三电平逆变器、直流侧电容及负载等。三相电网电压为3AC380V，频率为50Hz；直流电压为DC800V；储能变流器开关频率为5kHz。T型三电平逆变器通过控制IGBT的开通与关断，实现电能的双向转换。

三、MATLAB/Simulink仿真模型

在MATLAB/Simulink中搭建T型双向储能变流器仿真模型，包括主电路、控制系统及测量模块等。控制系统采用电压外环和电流内环的双环控制策略，电压外环采用PI控制器，用于调节直流侧电压；电流内环同样采用PI控制器，实现dq电流解耦及电网电压前馈控制。采用三电平SVPWM空间矢量调制策略，实现逆变器的精确控制。同时，加入中点电位平衡控制算法，确保上电容电压与下电容电压的稳态偏差在±10V以内。

四、控制算法框图

控制算法框图展示了电压外环和电流内环的控制流程，以及PQ控制、中点电位平衡控制及锁相环（SRF-PLL）的实现方式。PQ控制用于计算dq电流参考值，实现有功功率和无功功率的精确控制；中点电位平衡控制用于调节上下电容的电压偏差；锁相环用于实时跟踪电网电压的相位信息。

五、仿真结果分析

仿真结果展示了系统在0-1s内工作在逆变并网DC/AC模式，采用PQ控制，P为50kW，Q为20kVAR；在1-2s内工作在整流AC/DC模式，控制整流输出电压为DC850V，直流负载50kW，单位功率因数运行。仿真结果包括直流侧电压波形、交流侧电流波形、中点电位平衡效果及电流畸变率等。

直流侧电压波形：在逆变并网和整流模式下，直流侧电压均保持稳定，验证了控制系统的有效性。交流侧电流波形：交流侧电流波形正弦度良好，验证了三电平SVPWM空间矢量调制策略的有效性。中点电位平衡效果：上电容电压与下电容电压的稳态偏差在±10V以内，验证了中点电位平衡控制算法的有效性。电流畸变率：电流畸变率较低，THD<1%，满足实际应用要求。

综上所述，基于T型三电平逆变器拓扑的单级式PCS在MATLAB/Simulink中的仿真实现，成功验证了其DC/AC逆变并网和AC/DC整流能量双向流动的功能，并展示了良好的中点电位平衡效果及较低的电流畸变率。该仿真模型为实际储能系统的设计与优化提供了有力的理论支持。

DRV8301/8302三相无刷电机驱动全解

DRV8301/8302三相无刷电机驱动全解

DRV8301和DRV8302是德州仪器（TI）生产的三相无刷电机驱动芯片，它们集成了多种功能，包括BUCK降压电路、三相逆变和换向电路、电流放大和采样等，使得三相无刷电机的驱动变得更加简单和高效。

一、引脚功能

DRV8301/8302的引脚功能在数据手册中已有详细说明，这里不再赘述。用户可以通过访问TI官网下载数据手册，以获取详细的引脚功能描述。

二、BUCK降压电路

DRV8301和DRV8302都集成了一个电荷泵电路，即TPS54160电荷泵芯片，用于实现BUCK降压。用户可以通过TI官网提供的工具来计算外设电路的参数，并参考计算结果设计电路。在设计电路时，可以省略RenT和RenB两个电阻，Cin为电源滤波电容，需要根据实际需要选择。如果设计的电路中已经包含了电源滤波，则无需再添加电容。

BUCK电路的作用是通过调节VSENCE引脚的分压来确定输出电压的大小。

三、三相逆变和换向电路

驱动芯片的数据手册中给出了三相逆变器的设计参考，并包含了部分电流采样电路的设计。用户在设计电路原理图时可以直接参考数据手册的设计方案。

在三相逆变电路中，需要注意AGND（模拟地）、PGND（功率地）和GND（数字地）的区分和布线。数字地用于数字信号的参考，模拟地用于模拟信号的参考，功率地用于功率信号的参考。所有的地需要连接到一起以保证相同的参考电平，但为了避免电流回流的紊乱，通常通过一根铜导线连接多个地。

三相逆变电路的设计要点包括选择合适的MOS管、设计栅极电阻值以及进行电容滤波等。整个逆变器是一个桥式逆变电路，由三个上桥臂和三个下桥臂组成。当GH_A通上高电平时，N沟道的MOS管漏极到源极导通，从而实现电流的换向。

四、电流放大和采样

电流采样是用于FOC控制时的第一个闭环——电流环。芯片手册中给出了电流采样电路的设计参考，包括使用运放进行电流放大和采样。

在电路中，可以通过采样一个电阻的两端电压来得到流过的电流。为了提高采样精度，可以使用运放来实现电流的采样。放大过后的输出计算方法在数据手册中也有详细说明。

对于三相无刷电机而言，只需要采样两路电流，第三路电流即可通过计算得知。

五、DRV8301和DRV8302的区别

DRV8301和DRV8302在功能上基本相同，都用于驱动三相电机电路。唯一的不同在于电流采样所使用的调节放大倍数的方式。DRV8301通过SPI通讯进行四档调节，而DRV8302则通过GAIN引脚的电平输入实现两档调节。

六、小结

本文简单介绍了DRV8301/8302三相无刷电机驱动芯片在使用上的一些基础和设计电路过程中的一些细节。通过了解这些基础知识，用户可以更加快速地入门并设计出高效的电机驱动电路。同时，用户也可以参考数据手册和TI官网提供的资源，以获取更详细的信息和支持。

T型三电平逆变器工作原理

T型三电平逆变器工作原理

T型三电平逆变器是一种采用T型拓扑结构的逆变器，能够输出三种电平（正电平、零电平和负电平），从而提高了输出电压的谐波性能和效率。以下是T型三电平逆变器工作原理的详细解释：

一、单相T型三电平拓扑结构

T型三电平逆变器由4个IGBT（绝缘栅双极型晶体管）、4个二极管、两个电容C1和C2，以及一个电感L构成。假设C1和C2的电压差都相等，均为Vdc。IGBT和二极管的状态用1和0分别表示，1表示开通，0表示关断。

二、开关状态与输出电压

T型三电平逆变器的开关状态由T1、T2、T3、T4四个IGBT的开通与关断组合决定。将这四个状态组成的二进制数用16进制表示，可以得到逆变器的开关状态。例如，当T1、T2、T3、T4分别为1、1、0、0时，开关状态的二进制数为1100，用16进制数表示为C。

T型三电平逆变器有三种稳定的模态（调制后输出的结果），分别为C、6、3。对应的输出电压分别为：

模态C（T1、T2开通，T3、T4关断）：输出电压为Vdc。模态6（T2、T3开通，T1、T4关断）：输出电压为0。模态3（T3、T4开通，T1、T2关断）：输出电压为-Vdc。

此外，考虑死区后，还存在另外两种状态，分别为4和2，这两种状态下输出电压为高阻。

三、输出电压转换与IGBT控制逻辑

T型三电平逆变器在输出电压转换过程中，会经历不同的开关状态。例如，从Vdc转换到0，再到-Vdc，最后回到0和Vdc，这个过程中会涉及多个开关状态的切换。IGBT的控制逻辑需要确保这些切换过程平稳且高效。

IGBT的控制转换逻辑图展示了在不同输出电压下，各个IGBT的开通与关断状态。这个逻辑图是实现T型三电平逆变器精确控制的关键。

四、换流过程与电流路径

在T型三电平逆变器中，换流过程是指从一个开关状态切换到另一个开关状态的过程。这个过程中，IGBT的C-E电压与输出电压的关系以及电流路径都会发生变化。

以输出Vdc到0的换流过程为例，当开关状态从C（1100）切换到4（0100）时，T1会关断，电流会通过D3续流，同时T2保持开通状态。在这个过程中，T1的Vce两端会产生尖峰电压，这是由于换流引起的。随着开关状态的进一步切换，电流路径会发生变化，直到达到新的稳态。

五、注意事项

电压尖峰：在换流过程中，IGBT在关断时可能会产生电压尖峰。这些尖峰电压可能会对IGBT造成损害，因此需要采取适当的保护措施。二极管反向恢复：在换流过程中，二极管可能会经历反向恢复过程。这个过程会产生峰值功率，对二极管的性能产生影响。特别是低阻断电压的二极管，在反向恢复时产生的峰值功率会相对较大，需要特别注意。

六、展示

以下是T型三电平逆变器工作原理相关的展示：

（注：以上仅为示例，实际可能因来源和格式而有所不同。）

综上所述，T型三电平逆变器通过精确控制IGBT的开通与关断状态，实现了输出电压的三种电平输出。在换流过程中，需要注意电压尖峰和二极管的反向恢复问题，以确保逆变器的稳定运行。

两电平和三电平逆变器，为何输出相电压分别为五电平和九电平

两电平逆变器输出相电压为五电平，三电平逆变器输出相电压为九电平的原因如下：

两电平逆变器

两电平逆变器输出端相对于直流侧中性点的电位决定了其输出相电压的电平数。在两电平逆变器中，每个桥臂的开关状态只有两种：上桥臂导通（S=1）或下桥臂导通（S=0）。因此，对于三相逆变器，其开关状态组合共有2^3=8种。

以A相为例，当考虑三相逆变器带三相对称负载时，有Uao+Ubo+Uco=0。通过推导，可以得到A相输出相电压Uao与直流侧电压Udc的关系。具体来说，当A相上桥臂导通，B相和C相下桥臂导通时（即开关状态为100），Uao=2/3Udc；当A相上桥臂导通，B相上桥臂导通且C相下桥臂导通时（即开关状态为110），Uao=1/3Udc；以此类推，可以得到A相输出相电压的其他电平值。最终，A相输出相电压的电平数为五个，分别为2/3Udc，1/3Udc，0，-1/3Udc，-2/3Udc。假设直流侧电压为600V，则相电压的电平值分别为400V，200V，0V，-200V，-400V，与仿真结果一致。

三电平逆变器

三电平逆变器（如NPC逆变器或T型逆变器）的输出端同样相对于直流侧中性点的电位来决定其输出相电压的电平数。在三电平逆变器中，每个桥臂的开关状态有三种：-1（下桥臂两个开关均导通），0（上桥臂一个开关导通且下桥臂一个开关关断），1（上桥臂两个开关均导通）。因此，对于三相逆变器，其开关状态组合共有3^3=27种。

通过类似的推导过程，可以得到三电平逆变器输出相电压的电平数。具体来说，当考虑所有可能的开关状态组合时，可以得到A相输出相电压Uao的九个电平值：2/3Udc，1/2Udc，1/3Udc，1/6Udc，0，-1/6Udc，-1/3Udc，-1/2Udc，-2/3Udc。假设直流侧电压为600V，则相电压的电平值分别为400V，300V，200V，100V，0V，-100V，-200V，-300V，-400V，与仿真结果一致。

总结两电平逆变器：由于每个桥臂的开关状态只有两种（上桥臂导通或下桥臂导通），因此输出相电压的电平数为五个。三电平逆变器：由于每个桥臂的开关状态有三种（-1，0，1），因此输出相电压的电平数为九个。

这种电平数的增加使得三电平逆变器在输出电压波形质量、谐波含量以及效率等方面相对于两电平逆变器具有优势。

湖北仙童科技有限公司 高端电力电源全面方案供应商 江生 13997866467