雖然多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)種類較多，但是大致可分為：二極管鉗位型，飛躍電容型和獨(dú)立直流電源級聯(lián)多電平這三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這三種多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)各有優(yōu)缺點(diǎn)，其中應(yīng)用最廣泛的是二極管鉗位型多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。本文的研究對象主要是二極管鉗位型三電平逆變器。在圖1所示的二極管鉗位型三電平逆變器中，相對逆變器直流側(cè)中點(diǎn)的參考電位0，逆變器的輸出電壓除了兩電平逆變器輸出電壓＋UD/2和－UD/2，還增加了第三個(gè)電平值0。圖1中采用了12個(gè)可關(guān)斷功率器件和6個(gè)鉗位二極管，在直流側(cè)接有2個(gè)等電容量的電容分別是C1，C2，每個(gè)電容分擔(dān)的電壓為UD/2，并且通過鉗位二極管的鉗位作用，使每個(gè)開關(guān)器件上承受的電壓限制在一個(gè)電容電壓（UD/2）上，從而大大減小了開關(guān)器件的電壓應(yīng)力。
圖1 二極管鉗位型三電平逆變器
與三相兩電平逆變器相同，三相三電平逆變器也可以用開關(guān)變量Sa、Sb、Sc分別表示各橋臂的開關(guān)狀態(tài)，不同的是這時(shí)A、B、C橋臂分別有三種開關(guān)狀態(tài)，從而Sa、Sb、Sc為三態(tài)開關(guān)變量，如表1所列。
表1 三電平(NPC)逆變器A相開關(guān)狀態(tài)
| Uao | Sa1 | Sa2 | Sa3 | Sa4 | Sa |
|---|---|---|---|---|---|
| ＋UD/2 | 1 | 1 | 0 | 0 | 2 |
| 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 |
| －UD/2 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 |
因此，A相輸出端A對電源中點(diǎn)0的電壓uAO可以用A相開關(guān)變量Sa結(jié)合輸入直流電壓UD來表示
uAO=
輸出線電壓可表示為
uAB=uAO－uBO=
整理即為
與三相兩電平逆變器相同，三相三電平逆變器可以定義逆變器的開關(guān)狀態(tài)為（SaSbSc），則三電平逆變器有27個(gè)開關(guān)狀態(tài)，分別對應(yīng)著19個(gè)特定的空間電壓矢量,如圖2所示，并將整個(gè)矢量空間分成24個(gè)扇區(qū)。由圖2可以看出，19種空間電壓矢量可分為長矢量，中矢量，短矢量和零矢量，分別對應(yīng)著1個(gè)，2個(gè)和3個(gè)不同的冗余開關(guān)狀態(tài)，如表2所列。
表2 開關(guān)狀態(tài)及相應(yīng)電壓矢量
| 開關(guān)狀態(tài) | Sa | Sb | Sc | 電壓矢量 |
|---|---|---|---|---|
| S1 | 0 | 0 | 0 | V0 |
| S2 | 1 | 1 | 1 | V0 |
| S3 | 2 | 2 | 2 | V0 |
| S4 | 1 | 0 | 0 | V1 |
| S5 | 1 | 1 | 0 | V2 |
| S6 | 0 | 1 | 0 | V3 |
| S7 | 0 | 1 | 1 | V4 |
| S8 | 0 | 0 | 1 | V5 |
| S9 | 1 | 0 | 1 | V6 |
| S10 | 2 | 1 | 1 | V1 |
| S11 | 2 | 2 | 1 | V2 |
| S12 | 1 | 2 | 1 | V3 |
| S13 | 1 | 2 | 2 | V4 |
| S14 | 1 | 1 | 2 | V5 |
| S15 | 2 | 1 | 2 | V6 |
| S16 | 2 | 1 | 0 | V7 |
| S17 | 1 | 2 | 0 | V8 |
| S18 | 0 | 2 | 1 | V9 |
| S19 | 0 | 1 | 2 | V10 |
| S20 | 1 | 0 | 2 | V11 |
| S21 | 2 | 0 | 1 | V12 |
| S22 | 2 | 0 | 0 | V13 |
| S23 | 2 | 2 | 0 | V14 |
| S24 | 0 | 2 | 0 | V15 |
| S25 | 0 | 2 | 2 | V16 |
| S26 | 0 | 0 | 2 | V17 |
| S27 | 2 | 0 | 2 | V18 |
圖2 三電平空間電壓矢量圖
