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多电平逆变器能有效降低输出电压谐波成分,提高波形质量。其中,三电平NPC逆变器无论从实用性和控制复杂性方面,都具有很大的竞争优势。随着逆变器容量的不断提升,功率器件的损耗也急剧增加,散热问题已成为逆变器设计过程中关键性问题之一。实际应用表明,散热性能的好坏直接影响到逆变器的使用寿命。逆变器的发热主要是由功率器件的损耗引起,同时功率器件本身的特性对温度敏感,温度的变化会影响到功率器件的开关特性,从而会影响逆变器的工作性能,因此准确分析功率器件的损耗可以优化逆变器散热设计,提高逆变器长期运行的可靠性。本文首先对三电平NPC逆变器的调制策略进行了介绍,仿真得到了不同调制策略下输出电压波形,并对其谐波特性进行了分析。阐明了SPWM和SVPWM本质上的联系,得出SVPWM可以等效为正弦调制波注入三次谐波的SPWM调制的结论。然后通过分析三电平NPC逆变器功率器件的工作特性曲线,总结了功率器件损耗产生的原因,并对损耗进行了分类,给出了单个功率器件损耗计算方法。详细分析了三电平NPC逆变器工作时电流的流通路径,并以A相为例,总结了功率器件的工作规律,推导出了SPWM调制和SVPWM调制下功率器件损耗计算公式。公式表明,功率器件的损耗跟调制度、开关频率、负载电流、负载阻抗角及结温和静态参数有关。详细分析了各个功率器件损耗随负载阻抗角、调制度和开关频率的变化规律。最后研究了功率器件两种散热模型,在前一章得到的功率器件损耗计算公式的基础上通过仿真得到各个功率器件的结温,提出了影响功率器件寿命的两个重要因素:平均结温和结温波动幅度。分析了系统在4种极端工况下功率器件的平均结温分布情况,从仿真结果来看,三电平NPC逆变器存在着严重的结温分布不平衡问题,具体表现为有的功率器件结温很高,有的功率器件结温很低,这增加了系统散热设计的难度。以VT1、VT2为例,给出了它们的结温波动曲线,并提出可以通过适当降低开关频率的方法来降低平均结温。