新型高频链三电平交-交变换器的分析与仿真(2)
因为没有中间储能元件，大大改善了输出电压质量和波形质量，减少了谐波含量，降低了功
率开关管的电压应力。应用前景十分广阔。
三电平技术最早由日本教授 Akira Nabae提出，他提出了中点钳位型 PWM逆变器【6】，在
三相桥式逆变器中增加分压电容和开关管以及中点钳位二极管，使得每个桥的输出有三个电平，有效减小了输出电压的高次谐波，并且电压应力减小为输入电压的一半，很
适合输入电压非常高，大功率输出等场合。
自此之后，众多学者对三电平技术产生了浓厚的研究兴趣，先后提出了二极管钳位型，
飞跨电容型，级联型等逆变器。将三电平逆变器的技术应用于直流变换器，就可以得到三电
平直流变换器。90 年代初，又有学者提出了零电压开关（ZVS）三电平直流变换器，这种变
换器结构简单，开关管电压应力低，并且实现了零电压开关，适和用于输入电压很高，大功
率的场合。自此三电平变换器成为了学者研究的焦点，并获得了飞速的发展。三电平技术充
分体现了“采用有源控制的方式，减小无源器件的体积”的思想。
1.2 三电平 AC-AC变换器的发展与应用
通过电力电子及变换装置把一种频率和电压的交流电变换成另一种频率和电压的交流电
的变流技术称为 AC—AC变换【7】。这种变流技术广泛应用于国民生产生活的各个领域，生产，
科研，国防等等。为了使变换器能适用于高压大容量场合，现在广泛采用多电平交直交变换
器模型，该模型采用多电平整流器，直流储能，多电平逆变器三个环节级联而成【8】。该模型
现如今技术较成熟，应用最为广泛。但是由于其有中间直流环节，电路拓扑结构和控制电路
结构环节都非常复杂，器件成本也相应增加，故障率也会提升。
另一种比较成熟的三电平交交变换器为三电平矩阵变换器，也叫强迫换流的交-交变换器。它是一个不经过中间直流环节、而直接把一种多相交流电变换为另一种交流电的变换装
置。它主要由电力电子开关器件组成，没有大的电感和电容。其电路拓扑和开关单元如下图
所示，每个开关单元有四个二极管，四个绝缘栅双极型晶体管（IGBT），还有一个钳位电容。
它有四条工作回路，四条工作回路产生三种电平 0，Ui,-Ui。由钳位二极管将开关管电压钳位
至 Ui，降低了电压应力。矩阵型的交交变换器，没有中间的直流环节，提高了转换效率，简
化了电路结构，而且在四个象限内都可以工作，相对于交直交型变换器来说，其输出电压质
量和和波形质量更为优良，开关频率和开关损耗也随之降低。
目前对于新型三电平 PWM 交交变换器研究还不是很多，目前多采用高频隔离式直接变换
的方法，舍去了中间直流环节，具有优良的输入和输出波形。在高压大功率变换中，为了保
证人身安全等因素，采取高频隔离的方法，成功利用了低电压的功率开关元件来控制高压大
功率变流，提高了安全系数和变换效率，同时，也具有功率因数高、音频噪音低、体积重量
小、功率开关电压应力小、负载通应能力强的优点。
目前研究中的高频链三电平交交变换器主要有正激式三电平交交变换器、反激式三电平
交交变换器、Sepic 型高频链三电平交交变换器、Zeta 型三电平高频链交交变换器、Cuk 型
高频链三电平交交变换器等等。对于高频隔离式三电平交交变换器，研究空间还非常广阔。
1.3 论文研究内容简介
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