T型三电平逆变器的工作原理及Simulink仿真
本文对t型三电平逆变器的工作原理及simulink仿真建模方法进行介绍。
01t型三电平拓扑的开关状态
图1为t字型-三电平电路单相拓扑，拓扑中共有4个igbt，4个二极管，还有电容组c1和c2; 假设正负母线电压均等，都是vdc。 将t1，t2，t3，t4的状态用1和0分别表示，1表示开通，0表示关断。
图1 t型三电平逆变器拓扑结构
将t1、t2、t3、t4状态组成的二级制数用16进制表示开关状态，如t1、t2、t3、t4分别为1、1、0、0，则将该开关状态的二进制数1100用十六进制数表示为c。
稳定模态有3种：c，6，3; 即当t1、t2、t3、t4分别为1、1、0、0时，输出电压为vdc; 即当t1、t2、t3、t4分别为0、1、1、0时，输出电压为0; 即当t1、t2、t3、t4分别为0、0、1、1时，输出电压为-vdc。
考虑死区后，还存在另外两种状态，分别为4，2。 则t型三电平逆变器输出电压由vdc → 0 → - vdc → 0→vdc的切换过程中，t型三电平具有如下图的切换状态，其中死区状态的切换用黄色部分表示，稳态状态用蓝色表示。
图2 t字型-三电平电路状态表
图3 t型三电平状态循环和电流流向
在该拓扑中，igbt的所有开关状态的切换是循环的过程。
02t型三电平逆变器的换流过程
2.1. 开关状态为c时(t1、t2、t3、t4分别为1、1、0、0)，开关状态，igbt的c-e电压与输出电压的关系及电流路径如下图所示：
2.2. 开关状态由c(1100)到开关状态4(0100)的过程中，igbt的c-e电压与输出电压的关系及电流路径如下图所示：
2.3. 开关状态由4(0100)到开关状态6(0110)的过程中，igbt的c-e电压与输出电压的关系及电流路径如下图所示：
2.4. 开关状态由6(0110)到开关状态2(0010)的过程中，igbt的c-e电压与输出电压的关系及电流路径如下图所示：
2.5. 开关状态由2(0010)到开关状态3(0011)的过程中，igbt的c-e电压与输出电压的关系及电流路径如下图所示：
2.6. 开关状态由3(0011)到开关状态2(0010)的过程中，igbt的c-e电压与输出电压的关系及电流路径如下图所示：
2.7. 开关状态由2(0010)到开关状态6(0110)的过程中，igbt的c-e电压与输出电压的关系及电流路径如下图所示：
2.8. 开关状态由6(0110)到开关状态4(0100)的过程中，igbt的c-e电压与输出电压的关系及电流路径如下图所示：
2.9. 开关状态由4(0100)到开关状态c(1100)的过程中，igbt的c-e电压与输出电压的关系及电流路径如下图所示：
小结：经过以上对三电平拓扑中每个切换过程的分析，可以得出如下结论：igbt部分：1)电流朝外流时：t1(c-->4)，t2(6-->2)在关断时会有电压尖峰。 2)电流朝内流时：t3(6-->4)，t4(3-->2)在关断时会有电压尖峰。 3)t1~t4在关断时产生的电压尖峰，都是基于半个母线电压vdc。 但是由于t1管和t4管的阻断电压高，所以t1管和t4管的关断电压应力风险相对较低; 而t2管和t3管是低压管，所以t2管和t3管的关断电压应力相对较大，这点需要特别注意。
二极管部分：1)电流朝外流时：d3，d4有续流。 d3(4-->c)，d4(2-->6)反向恢复。 2)电流朝内流时：d1，d2有续流。 d1(4-->6)，d2(2-->3)反向恢复。 3)高阻断电压d1管和d4管在反向恢复时，是基于半个母线电压vdc，所以产生的峰值功率也相对较小; 但是d2管和d3管由于阻断电压较低，在基于半个母线电压vdc反向恢复时，产生的峰值功率会相对较大，这点需要特别注意。
03t型三电平拓扑的simulink仿真
作者在matlab2014/simulink上搭建两t型三电平的仿真模型，如下图所示：
图4 t型三电平仿真结构图
该simulink模型采用模块封装的方式，主要包含电路部分，控制部分以及波形显示三个部分。 采用闭环控制，对输出电压的平均值进行闭环，逆变器直流侧电压为750v，输出电压平均值为380v。 其t型三电平的电路结构如下图所示：
图5 t型三电平逆变器电路拓扑
其中控制器如下图所示，采用模块封装结构，分为输出电压平均值计算模块，pi模块，输出电压指令模块和调制模块。 均采用函数编写。
图6 t型三电平逆变器控制器
下图为t型三电平逆变器的调制模块，采用三次谐波注入的spwm方式等效三电平svpwm的调制。
图7 t型三电平逆变器调制示意图
下图为t型三电平逆变器simulink模型的仿真结果，分别为滤波器逆变器滤波前线电压波形，滤波后线电压波形和输出电流波形。
图8 t型三电平逆变器输出电流电压仿真波形
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图1为t字型-三电平电路单相拓扑，拓扑中共有4个igbt，4个二极管，还有电容组c1和c2; 假设正负母线电压均等，都是vdc。 将t1，t2，t3，t4的状态用1和0分别表示，1表示开通，0表示关断。
图1 t型三电平逆变器拓扑结构
将t1、t2、t3、t4状态组成的二级制数用16进制表示开关状态，如t1、t2、t3、t4分别为1、1、0、0，则将该开关状态的二进制数1100用十六进制数表示为c。
稳定模态有3种：c，6，3; 即当t1、t2、t3、t4分别为1、1、0、0时，输出电压为vdc; 即当t1、t2、t3、t4分别为0、1、1、0时，输出电压为0; 即当t1、t2、t3、t4分别为0、0、1、1时，输出电压为-vdc。
考虑死区后，还存在另外两种状态，分别为4，2。 则t型三电平逆变器输出电压由vdc → 0 → - vdc → 0→vdc的切换过程中，t型三电平具有如下图的切换状态，其中死区状态的切换用黄色部分表示，稳态状态用蓝色表示。
图2 t字型-三电平电路状态表
图3 t型三电平状态循环和电流流向
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2.1. 开关状态为c时(t1、t2、t3、t4分别为1、1、0、0)，开关状态，igbt的c-e电压与输出电压的关系及电流路径如下图所示：
2.2. 开关状态由c(1100)到开关状态4(0100)的过程中，igbt的c-e电压与输出电压的关系及电流路径如下图所示：
2.3. 开关状态由4(0100)到开关状态6(0110)的过程中，igbt的c-e电压与输出电压的关系及电流路径如下图所示：
2.4. 开关状态由6(0110)到开关状态2(0010)的过程中，igbt的c-e电压与输出电压的关系及电流路径如下图所示：
2.5. 开关状态由2(0010)到开关状态3(0011)的过程中，igbt的c-e电压与输出电压的关系及电流路径如下图所示：
2.6. 开关状态由3(0011)到开关状态2(0010)的过程中，igbt的c-e电压与输出电压的关系及电流路径如下图所示：
2.7. 开关状态由2(0010)到开关状态6(0110)的过程中，igbt的c-e电压与输出电压的关系及电流路径如下图所示：
2.8. 开关状态由6(0110)到开关状态4(0100)的过程中，igbt的c-e电压与输出电压的关系及电流路径如下图所示：
2.9. 开关状态由4(0100)到开关状态c(1100)的过程中，igbt的c-e电压与输出电压的关系及电流路径如下图所示：
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