图4为三电平软开关逆变器结构。在原有T型三电平逆变器基础上加入1个缓冲电感L;2个缓冲电容C1,C2;4个二极管VDh1—VDh4构成了新型软开关三电平逆变器。与现有的硬开关三电平逆变器相比,其可以在开关管导通、关断过程中实现零电压关断、零电流导通。这样可有效减小开关损耗。进而提高逆变器效率。
下面通过软开关三电平逆变器由1电平换相到0电平过程说明其具体的工作原理:
(1)1电平稳定工作状态说明 1电平稳态时,开关管V1,V3导通,V2,V4关断;L的初始电流iL=0;C1,C2的电压分别为Uc1=0,UC2=-Udc,Udc为直流母线电压;负载电流五方向如图5所示(规定C2电压左正右负为正,L电流方向向右为正)。
(2)换相第1阶段 V2导通V1关断,此时形成了两条换流回路,负母线电压与L-V2-VD2-C2-VDh4形成第1条回路,L-V2-VD2负载形成第2条回路,两条回路重叠。V1电流迅速减小为零,而V1所承受电压为Udc uc2,由于C2的箝位作用,使V1两端电压上升率受到限制,因此V1关断过程中。大电流和高电压不会同时产生。可实现开关管的零电压关断,因而减少了开关损耗。根据换相过程可列写出以下方程:
放电截止后,由于VD4的箝位作用,使得C2不再被反向充电而通过VD4续流,此后进入下一个换相阶段,该阶段换相时间为
(3)换相第2阶段 由于VD4的箝位作用,使C2不会被反向充电,电流经VD4续流,此时负母线电压与L-V2-VD2-VD4形成回路,负母线电压直接加在L两端,iL线性降低,流过VD4的电流也相应降低。当iL正向增大到IL时,VD4电流降为零后截止。实现了零电流自然关断。经计算换相时间为
(4)0电平稳定工作状态说明 0电平稳态工作过程时V2,V3导通,V1,V4关断;iL=IL;UC1=0,UC2=0。其他换相过程可类似推导出。图2a给出了换相各过程中iL和uc2的变化。图2b给出了换相过程中uv1,iv1的变化,可以看出V1可实现软关断 。