根据前面对双向变换器原理的介绍可知，双向变换器实际上就是一个既能实现整流又能实现逆变的、能量可以双向流动的装置。因此，最容易想到的方案就是将整流和逆变电路组合起来，根据实际需要分别控制整流电路和逆变电路的工作。实现整流的方法有不控整流和可控整流两种。其中，不控整流电路结构简单，无需专门控制电路，但是整流输出电压会随着输入电压和负荷的变动而变化，无法实现稳压。全控整流又有相控整流和PWM整流，其中，相控整流的整流器件采用的是半控型器件晶闸管，而PWM整流采用的是全控型的整流器件，例如MOSFET、IGBT等。两者都需要提供专门的控制驱动电路，相控整流整流效率低、输入功率因数低，而PWM整流效率较高，并且通过一些控制方法可以实现很高的功率因数。逆变电路的拓扑一般采用三相全桥。

采用两套独立的整流逆变电路虽然也可以实现系统所要求的能量双向流动，任何时候整流电路与逆变电路都只有一个电路工作，是一种互斥关系，但是却需要配置两套驱动电路，分别驱动整流桥和逆变桥，在结构上有一定的臃肿，控制复杂、功耗大、成本高。随着电力电子技术的发展及研究者研究的深入，涌现出很多的双向变换器拓扑结构，把整流、逆变两部分电路合为一体，用一个电路去实现。这样既简化了结构，又易于控制，大大提高了系统的的可靠性，降低了系统的成本。

双向变换器分类方法有很多，但最基本的分类方法就是将双向变换器拓扑结构分为电压型和电流型两大类。这主要是因为电压型和电流型双向变换器，无论在主电路结构、PWM信号发生，以及控制策略等方面均有各自的优点，并且两者间存在电路上的对偶性。就主电路拓扑结构而言，都可以归类于电压型或电流型双向变换器之列。由于MTG系统中，电网为三相交流输入，这里主要对三相电压源型PWM双向变换器和三相电流源型PWM双向变换器进行分析。

1.三相电压型PWM双向变换器拓扑结构

三相电压源型PWM双向变换器主要有三相半桥、全桥、三电平及基于软开关调制这四种拓扑结构。其最显著的特征是直流侧采用电容进行直流储能，从而使双向变换器直流侧呈低阻抗的电压源特性。

图5-5为三相半桥和三相全桥电压型双向变换器拓扑结构。图5-5a为三相半桥结构，其交流侧采用三相对称的无中线连接方式，并采用6个功率开关管，在直流侧采用电容进行直流储能，交流侧采用电感用于滤除网侧电流谐波，这是一种最常用的三相双向变换器。通常所谓的三相桥式电路即指三相半桥电路。它比较适合三相电网平衡系统，具有结构简单、损耗低及控制方便等一系列的优点。图5-5b为三相全桥拓扑结构，它是由三个独立的单相全桥电压型拓扑组合而成。当电网不平衡时，不会严重影响双向变换器的控制性能，但其所需要的功率开关管是三相半桥的两倍，故这种拓扑一般很少采用。

图5-5 三相半桥和全桥电压型双向变换器拓扑结构

a）三相半桥 b）三相全桥

图5-6为三相三电平电压型双向变换器拓扑结构。它由多个功率开关管串联使用，并采用二级管钳位，以获得交流输出电压的三电平调制，极大地提高了三相电平电压源型双向变换器的耐压等级，有效地降低了交流谐波电压和电流，从而改善了其网侧波形的品质。但其所需要的功率开关管与二电平电路相比也成倍地增加，并且控制也相对复杂。

图5-6 三相三电平电压型双向变换器拓扑结构(www.daowen.com)

图5-7为三相软开关电压型双向变换器拓扑结构。图中，桥式并联谐振网络由谐振电感L_r、谐振电容C_r，功率开关VI₇，以及续流二极管VD₇、VD₈组成；VI₈和VD₉为直流侧开关，其主要作用是将直流侧与谐振网络和交流侧隔离。在一定条件下，L_r和C_r产生谐振，并使C_r两端产生零电压，此时对三相桥功率开关管进行切换，便可实现软开关PWM控制。

图5-7 三相软开关电压型双向变换器拓扑结构

2.三相电流型PWM双向变换器拓扑结构

电流型PWM双向变换器拓扑结构最显著的特征是：直流侧采用电感进行直流储能，从而使直流侧呈高阻抗的电流源特性。常采用的电流型PWM双向变换器拓扑结构见图5-8。

图5-8 三相电流型PWM双向变换器拓扑结构

图5-8所示的三相电流型双向变换器拓扑结构为半桥结构。除直流储能电感以外，在其交流侧增加了滤波电容，与网侧电感一起组成LC滤波器，以滤除网侧谐波电流，并抑制交流侧谐波电压；另外，在功率开关管支路上顺向串联二极管，用于阻断反向电流并提高功率开关管的耐反压能力。

3.两种拓扑结构的对比

从以上对双向变换器拓扑结构的分析中可以看出：电流型双向变换器采用大电感作为直流环节的储能元件，其优点是通过直流环节电压反向，可以很方便地实现四象限工作而不需要其他附加环节；其缺点是它的电压谐波比较大，如果输出带电机负荷，会引起电机转矩的脉动，影响控制精度，而且由于直流环节大电感的存在，电流变化速度受到限制，影响系统的动态响应速度。电压型双向变换器采用大电容作为直流环节的储能元件，当用于变频变压调速时，电网侧的功率因数高，同时整体结构更为简单，可靠性高；它可以采用空间电压矢量控制，系统电压、电流谐波含量大幅度减小，转矩脉动相应减小，性能得到大幅度地提高。