5.4.2  三电平逆变器的控制

对于三电平逆变器的控制，由于各桥臂中有两个开关器件，所以变得极为复杂。实用中通常使用面向三电平逆变器的空间矢量法，本书中为了简单，仅限于介绍由三角波比较法实现的控制结构。

图5.45所示为基于上下2层三角波比较来产生PWM控制信号的方法，参考4.5.3节中第1部分的“三电平控制”相关说明。首先，在图5.45a中，上层载波用来控制+Q_a1和-Q_a1，它与a相调制波比较（对应于图4.18中的Q₁和Q₂组），下层载波用于控制+Q_a2和-Q_a2（对应于图4.18中的Q₃和Q₄组），通过比较法得到的控制信号分别控制这些开关器件，可得如图5.45所示的a相和b相输出电压，由图可知，它们都分别以E₁～（E₁/2）～0的三电平进行电压变化。另一方面，两者之差即a-b相间线电压，它为五电平变化的电压，谐波变得更少。各相输出端子分别连接持流电抗器，所以各相电压变为零的时间段对应零电压（时间）段，正如b相输出电压所示，零电压段指该相电压完全为零的时间段，在这个时间段内b相负载与电源隔离，电流在串联的两个二极管和负载中进行环流。另一方面，虽然波形在中途发生阶梯般电压升降，但是这相当于电源的切换，另外三相的极性也各自被切换，所以很明显它属于复合型功率变换。

另外，图5.45a所示为上下相位相同的载波情况，而图5.45b所示为上下相位相反（180°相位差）的载波情况。尽管都可以输出基本同样的三电平相电压和五电平线电压，但波形多少有些不同，至于哪种更好还有值得探讨的地方。

总结以上说明的三电平逆变器的好处如下：

1）开关器件的正向耐压可以减半；(https://www.daowen.com)

2）各桥路中由于有2组开关器件，所以实质的开关频率变为2倍；

3）各桥路以三电平的电压进行变化，使得线电压输出变为五电平的电压波形，同时谐波含量减少，并且电压变化的台阶变小。

图5.45 NPC型逆变器的PWM调制方法（调制度为0.7，频率比为18）

第3个优点在驱动电动机时变得非常重要，逆变器驱动电动机时存在由于方波（陡峭上升的波形）电压而导致电动机绕组绝缘老化的问题。绕组缠绕在电动机的定子槽内，由于铁心和绕组间存在寄生电容，所以在施加陡峭波形的电压时绕组的匝间电压分布变得不均匀，使得输入端子附近的匝间电压值比平均值高，易引起绝缘老化问题。特别是逆变器和电动机通过电缆连接时，对于方波电压，电缆变为分布常数线路，电动机端子上由于电压反射而承受2倍的电压，条件恶劣时也会产生2倍以上的电压作用在绕组上^[19]，因此，应尽可能降低方波电压的台阶，以便可以缓和所施加的过电压。

另一方面，使用三电平逆变器时需要注意中性点分压电容的充电不平衡问题。上下桥臂动作的不均衡，或者电路上存在不平衡，都会导致分压电容的电压值变得不平衡。为此，应经常监视电容的电压值，在发生不平衡时通过调节PWM的调制方法来控制电容器的充放电，从而对不平衡进行必要的纠正，在此省略详细的说明。