隨著城市軌道交通向綠色節能的趨勢發展，研究電功耗低的牽引變流器成為關鍵。具有高溫耐受、高頻開關和低功耗優勢的硅碳（SiC）器件，應用于三電平變流器技術中，能有效提升效率、降低能耗及設備重量。硅碳器件的應用不僅降低了能效，還有助于減小變流器和相關設備的體積，提升使用壽命，從而響應城市軌道交通的發展需求。五種常用的三電平逆變器拓撲結構對不同牽引傳動控制方法在城軌領域也起到了促進作用。

城軌列車牽引系統作為城市交通的動力來源，對穩定、安全、可靠的運行至關重要。牽引變流器對效能牽引和節能目標起關鍵性作用，三電平拓撲結合合適的控制策略可以降低碳化硅器件的應用成本，兩者結合可以進一步縮小變流器和相關設備的體積，延長系統使用壽命；因此，將碳化硅三電平變流器應用于城軌交通是符合發展需求的。

城軌牽引系統的技術進步與碳化硅器件應用現狀

目前中國城軌車輛普遍使用二電平硅基IGBT變流器，但受限于開關頻率，其在能效效能和諧波控制上存在不足。而三電平變流器，加之SiC器件的應用，能降低開關損耗，改善輸出波形，減輕設備重量，拓寬調速范圍。SiC器件耐高壓、功率損耗小且開關頻率高，使變流器小型化的同時，提升效率成為可能。然而誤導通、電磁干擾等技術挑戰，亦需要對牽引系統的設計進行優化以確保可靠性。

變流器拓撲結構與城軌需求的適應性分析

三電平變流器開關器件承受的電壓應力較小，降低了損耗。多樣的拓撲結構和控制策略為城軌牽引提供良好適配性。中點電位偏移和損耗不平衡等問題可通過優化調制策略和SiC器件的高頻特性得到改進。SiC與三電平變流器結合可減輕體積、提升性能。ANPC混合拓撲是實用方案之一，全部采用SiC模塊則表現出更佳性能，但成本是放棄使用其高性能方案的原因。

碳化硅三電平變流器在城軌領域的適應性

城市軌道牽引變流器的拓撲結構主要有五種，包括中點箝位型（NPC）、飛跨電容型（FC）、有源箝位型（ANPC）、T型和級聯H橋型（CHB）。在這些拓撲中，ANPC拓撲器件較多，組合方法靈活，與碳化硅器件的組合方式有多種選擇。此外，全SiC拓撲也是一種選擇，全碳化硅器件的牽引變流器在性能和減重效果上具有更強的優勢。兩者的應用需要結合控制策略進行設計，選擇最適合的組合方式。

SiC三電平變流器在城軌牽引領域的應用，符合碳低排放與高效運營的發展需求，并有望進一步提升牽引變流器的性能，推動城市軌道交通技術向前發展。三電平拓撲結合硅碳器件后在減少體積、提升執行效率和延長使用壽命方面能帶來的顯著改善。三電平拓撲結構中NPC、T型和ANPC的適應性及其與城軌牽引要求的一致性。不同拓撲的混合應用以及全SiC器件的成本效益需要按需采用，為城軌牽引變流器的未來升級提供理論和實務上的指導。

從城市軌道牽引變流器的核心地位、碳化硅器件的獨特優勢、三電平變流器拓撲的發展趨勢等方面可以看出硅碳三電平牽引變流器在應對能耗低、性能高、輕量化等方面的重要作用。可預見全硅碳器件變流器在成本優化后將廣泛應用，并有望引領城市軌道牽引系統進入新的發展階段。