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龙图腾网获悉中车永济电机有限公司申请的专利一种NPC三电平变流器损耗计算方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN115982999B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-07-18发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202211710000.1，技术领域涉及：G06F30/20；该发明授权一种NPC三电平变流器损耗计算方法是由水富丽;常秀丽;俞晓丽;刘志敏;张瑞峰设计研发完成，并于2022-12-29向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种NPC三电平变流器损耗计算方法在说明书摘要公布了：本发明涉及变流器损耗计算技术领域，尤其涉及一种NPC三电平变流器损耗计算方法，克服了如何以NPC三电平桥臂拓扑为研究对象，准确计算NPC三电平变流器的整流器及逆变器在牵引及制动工况下各功率器件的损耗的技术缺陷。本发明给出了三电平NPC拓扑桥臂在逆变器和整流器拓扑中，基于SPWM调制方式的各功率器件通态损耗及开关损耗的解析表达式，其结论具有通用性，可为该桥臂拓扑构成的任何能量单向双向流动的变流器提供损耗计算解决方案。

本发明授权一种NPC三电平变流器损耗计算方法在权利要求书中公布了：1.一种NPC三电平变流器损耗计算方法，NPC三电平桥臂拓扑结构是NPC三电平变流器的基本单元，NPC三电平桥臂拓扑结构中T11为IGBT，D11为其反向续流二极管FWD，共同组成一个带反向续流的IGBT功率模块，T11与D11、T12与D12、T13与D13、T14与D14为选型一致的IGBT功率模块，D1为钳位二极，与D2选型一致，其特征在于，所述损耗计算方法分别包括逆变器及整流器的损耗计算方法； 其中，逆变器的损耗计算方法为： 考虑到NPC三电平变流器的交流侧为电机，电机为感性负载，默认电流从直流侧流向交流侧为正向，建立电流为正情况下的相电压、相电流模型为： it＝Isinωt， 其中，I为相电流幅值，V为相电压幅值，为功率因数角；其中，功率因数的定义不同于电机应用中对功率因数的定义，采用四象限运行电力系统的定义，即所述功率因数以功率流向电机侧为正值，此时以功率流向直流侧为负值，此时 NPC三电平桥臂采用SPWM调制方式，将其在一个正弦波周期内的工作区间划分为X1、X2、X3和X4，X1的范围为X2的范围为X3的范围为X4的范围为各器件在各区间的工作特性及占空比见表1，其中m为调制度； 表1电流正向NPC三电平桥臂各器件工作特性及占空比 对于NPC三电平桥臂上的每一个半导体器件，其在一个正弦波周期Tm内的通态损耗为： 其中Vsatt为半导体器件的饱和压降，在计算中根据功率器件手册提供的曲线，将其转化为关于电流的函数，因此NPC三电平桥臂各半导体器件的导通压降可分别为： NPC三电平桥臂各IGBT的饱和压降特性采用一阶近似：Vcet＝rceit+Vce0、FWD的饱和压降特性采用一阶近似：Vft＝rfit+Vf0、 钳位二极管的饱和压降采用一阶近似：Vdt＝rdit+Vd0； 根据表1中对各器件的导通区间及占空比分析，可得各器件的通态损耗为： 其定积分解析表达式为： 对于各器件的开关损耗，采用载波周期内正弦波电流的平均值来近似计算各开通损耗及关断损耗，其结果如下： 其中，Fsw为三角波载波频率；ErecI、EonI、EoffI分别为器件手册上开关损耗关于电流曲线上电流I对应的各项开关损耗能量；Udcon_test为器件手册上测试Eon关于电流Ic曲线时使用的直流侧电压；Udcoff_test为器件手册上测试Eoff关于电流Ic曲线时使用的直流侧电压；Udcrec_f_test为器件手册上反并联二极管测试Erec关于电流If曲线时使用的直流侧电压；Udcrec_d_test为钳位二极管器件手册上测试Erec关于电流If曲线时使用的直流侧电压；kron为根据器件手册上测试Eon关于开通门极电阻Ron曲线计算的门极修正系数；kroff为根据器件手册上测试Eoff关于关断门极电阻Roff曲线计算的门极修正系数，kron和kroff的计算方法如下： 其中，Eon_r为器件手册上开通门极电阻与电流的关系曲线函数表达式，Eoff_r为器件手册上关断门极电阻与电流的关系曲线函数表达式，Ron为实际使用的开通门极电阻，Ron_test为Eon关于电流的曲线测定时使用的门极电阻，Roff为实际使用的关断门极电阻，Roff_test为Eoff关于电流的曲线测定时使用的门极电阻； 其中，整流器的损耗计算方法为： 考虑到NPC三电平变流器的交流侧为变压器，属于感性特性，默认以电流流向交流侧为正向，建立电流为负情况下的相电压、相电流模型： it＝-Isinωt， 其中，I为相电流幅值，V为相电压幅值，为功率因数角；功率因数的定义不同于电机应用中对功率因数的定义，其采用四象限运行电力系统的定义，即功率因数以功率流向直流侧为正值，此时以功率流向电源侧为负值，此时 NPC三电平桥臂采用SPWM调制方式，将其在一个正弦波周期内的工作区间划分为X1、X2、X3和X4，X1的范围为X2的范围为X3的范围为X4的范围为各器件在各区间的工作特性及占空比见表2，其中m为调制度； 表2电流负向NPC三电平桥臂各器件工作特性及占空比 对于NPC三电平桥臂上的每一个半导体器件，其在一个正弦波周期Tm内的通态损耗为： 其中，Vsatt为半导体器件的饱和压降，在计算中根据功率器件手册提供的曲线，将其转化为关于电流的函数，因此NPC三电平桥臂中各功率器件的导通压降可分别表示为： IGBT的饱和压降特性采用一阶近似：Vcet＝rceit+Vce0、 FWD的饱和压降特性采用一阶近似：Vft＝rfit+Vf0、 钳位二极管DIODE的饱和压降采用一阶近似：Vdt＝rdit+Vd0； 根据表2中对各器件的导通区间及占空比分析，可得各器件的通态损耗为： 对上述定积分进行计算，其结果为： 对于各功率器件的开关损耗，采用载波周期内正弦波电流的平均值来近似计算各开通损耗及关断损耗，其结果如下： 其中，各参数定义同上。

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