采用三电平 PWM 方式的变频电源，可避免器件串联的动态均压问题，同时降低输出谐波与 du/dt。三电平 PWM 方式整流电路采用二极管，逆变部分功率器件采用 GTO、IGBT 或 IGCT。每个桥臂虽由 4 个功率器件串联，但不存在同时导通和关断以及由此引起的动态均压问题。由于输出相电压电平数增加到 3 个、每个电平幅值下降，且提高了谐波消除算法的自由度，使输出波形比二电平 PWM 变频电源有较大提高，输出 du/dt 也有所减小；若输入也采用对称 PWM 结构，可做到系统功率因数可调、输入谐波很低，且可四象限运行。但为减少输出谐波与转矩脉动，希望有较高开关频率，这会导致变频电源损耗增加、效率下降。三电平变频电源输出若不设滤波器，一般需要特殊电动机，若使用普通电动机应降额应用。

ABB 公司生产的 ACS1000 系列变频电源是采用新型功率器件——集成门极换流晶闸管（IGCT）的三电平变频电源，输出电压等级有 2.2、3.3 kV 与 4.16 kV。图2-7 为 ACS1000 12 脉冲整流三电平电压源变频电源的主电路拓扑结构图。

图2-7 ACS1000 变频器主电路拓扑结构图

其整流部分采用 12 脉波二极管整流器，逆变部分采用三电平 PWM 逆变器。该系列变频电源采用传统电压型结构，通过高耐压 IGCT 功率器件使器件总数减少为 12 个；随器件数量减少，成本降低、电路结构简洁、体积缩小、可靠性更高。

由于变频电源整流部分非线性，产生的高次谐波将污染电网。为此，ACS1000 系列的 12 脉波整流接线中，将两组三相桥式整流电路用整流变压器联系起来：一次侧绕组接成三角形，二次侧绕组一组接成三角形、另一组接成星形，两个二次侧绕组线电压相同但相位相差 30°，这样 5、7 次谐波在变压器一次侧将有 180° 相移而互相抵消，17、19 次谐波同理也互相抵消。经两个整流桥串联叠加后，可得 12 脉波整流输出波形，比 6 脉波更平滑，且每个整流桥二极管耐压可降低一半。采用 12 相整流电路减少了特征谐波含量，因特征谐波次数=N=KP±1（P 为整流相数、K 为自然数），故网侧特征谐波只有 11、13、23、25 次等；若采用 24 脉波整流，网侧谐波将进一步被抑制。两种方案均可使输入功率因数在全功率范围内维持在 0.95 以上，不需功率因数补偿电容器。

ACS1000 的逆变部分采用传统三电平方式，故输出波形不可避免地产生较大谐波分量（THD 达 12.8%），这是三电平逆变方式所固有的，其线电压波形如图2-8 所示。

图2-8 三电平 PWM 变频器输出线电压波形图

三电平逆变器结构简单、体积小、成本低，使用功率器件数量最少（12 只），避免器件串联、提高装置可靠性。根据目前 IGCT 及高压 IGBT 耐压水平，三电平逆变器最高输出电压等级为 4.16 kV。当输出电压要求 6 kV 时，用 12 个功率器件已不能满足要求，必须采用器件串联，除增加成本外还会带来均压问题、失去三电平结构优势、大大影响系统可靠性。若将来采用 9 kV 耐压 IGCT，三电平变频电源可直接输出 6 kV，但谐波与 du/dt 也相应增加，必须加强滤波以满足 THD 指标。

在二极管钳位型变流器电路中，因两个钳位二极管的存在，各功率器件可分别控制，从而避免器件直接串联引起的动态均压问题。与普通二电平变流器相比，由于输出电压电平数增加、每个电平幅值相对降低（由整个直流母线电压降为一半），在同等开关频率下可使输出波形质量有较大改善、输出 du/dt 相应下降，故二极管钳位型变流器明显优于普通二电平变流器。

二极管钳位型变流器同时具有多重化与脉宽调制的优点，输出功率大、器件开关频率低、等效开关频率高、交流侧不需变压器连接、动态响应好、传输带宽较宽。其缺点如下：

1）钳位二极管耐压要求较高、数量庞大。对 m 电平变流器，若使每只二极管耐压等级相同，每相所需二极管数量为 (m-1)×(m-2)；这些二极管不但大大提高成本，而且在安装上造成困难，故实际应用一般仅限 7 或 9 电平变流器。

2）开关器件导通负荷不一致。靠近母线的开关与靠近输出端的导通负荷不平衡，导致开关器件电流等级不同；若按导通负荷最严重情况设计电流等级，每相有 2×(m-2) 个外层器件电流等级过大、造成浪费。

3）进行有功功率传送时，直流侧各电容充放电时间各不相同、造成电容电压不平衡，增加系统动态控制难度。