三相四橋臂逆變器的工作原理分析與控制

1、三相四橋臂逆變器的工作原理分析與控制在傳統(tǒng)的三相全橋逆變誹的帛礎(chǔ)tttfln一個梅俳構(gòu)成的匚相烈橋骨逆變器町U產(chǎn)生24*立的輸出電砥4通過所増加的第凹橋臂產(chǎn)生一6自由度來神制中昇貞電除可以性逆變議具有常不平衡負載的麗力-本章朋采用正麓it寬調(diào)制技樞刖認啊溝：相半橋逆變aun三相四橋普 連受番進和了分析蚯較車也好折丁正眩波軸制和三空暗波注入的FWM控制的一刑旳橋普連變器工杵廝陳，井進行丁仿真比擬21三相半橋逆變器的工件原理分析2.1,1三相半橋逆變器怖出紋波份析當(dāng)逆變曙的斤關(guān)虞率遠梵卜輔出麺卑時，逆變器輸川link上要包含調(diào)制頻率及其普波、 關(guān)麹宰段其澹液的也馳需忙4. SPWM逆變辭屮I關(guān)酗字

2、込丸，輸出頻聿因it高次漕渡瞬遠離甌 經(jīng)過濾渡屈曲誡劑到了抑制.逆蛟器涮I出I卜城械41!匕 瑕疔利用1均值 模隼舊】，棉籀出電壓在個開其同期內(nèi)的平旳値迥似為輸H1業(yè)伍基放付疑的時值來井折電感ZbZjSnmrtQ陽口卬半斫迎變器BBZL州【下橋逆愛購主削略H3-1腐示為三栩半拼逆變囂左電略*三HIT橋逋變器捱相的T作方式吊瑯相半橋相同，英中一tH的電疇餡構(gòu)圖如圖工2折小.FJT關(guān)周陰內(nèi)有十|務(wù)皿嘰C2-DUn 三1-加gWB 慄期內(nèi)輔出甫壓的平均值肯*- - I M由訝_斗宙Jtrl - d(f) = yP + msin(wf) *)w 為調(diào)制比 h Jft m = 1 UJill 電.R偽t

3、(23)澹波電嗨I的電流紋波為：1 W(2.4)* 廠 S)d(r)7：9(r)T Al N _將式(2.2)代入式(2.4) nf以紂到電流紋波為：(25)也(/和l-d的J+=- sm 3切圖2.3輸出電JI、14,(0和電感電流M(。變化曲線圖2.3示出輸出電Hxh(O和電感電流紅波M(/)的變化曲線町以看出.輸出電爪過零 處電感I：的電流紋波址幾 址人電感電流紋波為：(2.6)輸出濾破電容充電的平均電流為:(2.7)電容/I： T /2 IK何何隔內(nèi)允電.所以輸出電爪紋波為：Au (f) 呂匚 C 2=一-一1 - an切 32/;ZCl i 八2.1 2三相半橋逆變器輸入電容電壓紋波

4、分析十逆變器的胸級為DC/DC變換器時逆變器的輸入端電容前的電流可認為是直流氐 產(chǎn)交器的輸入電容承當(dāng)功率解耦的功能何，l -MIT橋逆變器中.輸入電容還片仃抑制屮點電 位偏移的ff HL 相半橋逆交器的負栽4、T衡時.輸出中銭茨過不平衛(wèi)電流】、電流4、】； 八的方向如圖2.1所不.作出中線電流人、輸入電容電沆和.、輸入電容電爪叫和的 近眥曲線如圖2.4所示。以A相帝2/3載B、C相空代為例來分析輸入電容上電壓的脈動那么i =手 +(2 9)其沖.厶為輸出利定電涼仃履値，&為御II電流初姐村位你取決JF機瞬間廉卅電爪的瞬時 值.是一個隨機昴.圖2.4中線電流.八 輸入電容電沆咕和心、輸入電容電壓

5、氣|和七的近似曲線在三相半橋逆變翻中要求U 假設(shè)輸入分爪電容的初始電山為c/(lo = ：o = 7Sfc山吟+uc2 = E 可以為到6c f = 0 e 乂因為G +ic2 = Iv .町以碼到匚=；i、 4 = A。XX由以匕分析可以得到*心 1 匕必十 U“ -co(：0!C(2-13)分樂電客上的平均電斥為，1 J1Ift去-亠12 3aCcos 8(2.14)qd+土丄=23C、cos 8SR那么兩個分斥電容I:的電樂不平衡值為:AuT2(216)llHt(2.16)riJ以得到兩個入分壓電If的取值范用為：C.=C2範(fàn)3dAw,(217)2.2三相四橋臂逆變器的工作原理分析三相四

6、橋臂逆變器輸出紋波分析三相四橋宵的每相橋宵與第四橋杵構(gòu)成一個個橋逆變跆 但毎相的工作方式與單相逆變器 有所不同木節(jié)分析了這種悄況,逆變電路的一個橋畤采用SPWM控制.第料個橋修UIRI定的 2的占空比工作.如用2J所示.2.5三相四橋艸柑電蹄的工作模態(tài)仁僅丿殖率遠大于輸出基波頻瓠 一個開關(guān)周期內(nèi)的輸出電壓幅值不變 ra2.5 aiT 四個開關(guān)背驅(qū)動信號之間的相位關(guān)系.由此看也三相四橋臂年柑橋臂想制信兮的分布并不是隨 機的。冷一個開關(guān)周期內(nèi)有0U個I作狀態(tài).三郴四橋碑中單村電路的I作模態(tài)如F：Elu020)弐豪-三一e-9 爭 MutMmtn與21)二一 E besEU 母三.層煩萊、.:w冶

7、losWMtd應(yīng)三芬 * . TJTH 呈SN A.n fIATda)7QTN皆 2+rT xTAtr色蘭壬罄三&刊耳二丘丘罕十._?瓦(X匸 二一昇128) uf匕耳塗.2興尊.2雷.寫適26(3通汨 ANsru旦答三己活甘宀 0滸煞1|1三奩苗_.|15-卑冷0藝1“號半* 29) rs S. 口實邑官 RI2.6S滝糾 A N M5巨答三 m=n*E,-t!駅電想電漁統(tǒng)波可我亦為:三丄扣(0-Ljr,ofh(r)T-lT-U1131I P-d(t)Td(f)T-jTrjL -護(f)J 警側(cè)。-托，凱-AN s J Lt,Lt tTL 2 9 2 99將式(2.2 3)代入(2.25町以

8、得到電第I：電流紋波為Esi01 一 - sir), o i r s 鬲(2 功(126)A ：一 r 二 sin(Qf)l + -n 2.2“ 2圖2.7輸出電JI譏和電宙電沆0 (0變化曲線B 2.7示出J輸出電壓嗎和電感電流紋波山(0的變化曲線可以看出.處電廣上的電流紋波址人，城人電舟電流紋波為：AZ 丄4/.1輸出電兒幅值(2-27)輸出電原紋波為:現(xiàn)(f) = E6/丄彳門機1 - -ai0l + - sin(yf). 4?f2 (2.28)三相四橋臂逆變器輸入電容電壓紋波分析同樣以A W 2/3或B、C相空載為例來分析三村四橋臂逆變益輸入電壓的ftfc動。三相 負摸不平衡時負裁電漁

9、可分解為疋序分址、負序分盤和冬序分乩 在三相四橋側(cè)逆變器屮.零 序電流適過第四橋啊猊過所以不平術(shù)負我時的豹分試不會影響到愉入電爪的紋波。為了控 制輸出三相電爪的平衡.備相橋科幵關(guān)函數(shù)中存任負用開關(guān)說數(shù).從而町得到正庫片空比西數(shù)和負序占空比函數(shù)正序電流m負序占空比函數(shù)的乘枳以及負序電流正序占空比隔數(shù)的乘枳 將在輸入電流中產(chǎn)生二次非特征譜液分址,從而莊輸入電壓上產(chǎn)生兩催于基頻的電壓脈動.系 統(tǒng)無法從擰制策略I:消除該諧波分秋.內(nèi)此三相四橋眄逆變器需姜輸入濾波電容來濫除諂諧 波電訛.便得輸入電爪肘勸任要求的范鬧內(nèi)C設(shè)設(shè)開關(guān)管是理想的,考慮到開關(guān)苗數(shù)中的正凈分址、負序分a：和零序分雖,各僑怦占空 比的

10、左達式為：7 =心5111(時+匕)十 2 sin(yr + q)+ d“ aitzuZ + J dB = d. sn(Br+叭、一2刃 /3) + d, + 6t . +2 /3) +rf. fsin(eyr4-, 0)Q29)* d( = d： sin(3f + &ti p + 2押 J3) + d. sin3f + Gf n -2n /3) + rf,皿工少 +0)右嚴(yán)如2 o)Jlrlr d&p山0為以序分秋對應(yīng)的山空比函數(shù).耳B洛0為乞序分駅對丙的占 空比聞數(shù)初的角.A. B兩相橋怦間輸出電用的衣達式為I同理町得和1_的表達武.丹逆變器三相奐戰(zhàn)不平衡時.毎橋怦輸出電流的農(nóng)達式為:J

11、-人 &心 f+Q )+/ 啦b+q A A Egf + q )G31)Sb =厶顯區(qū)血十&戸一 /R十匚血(血十Q +2頁/刁十/上區(qū)血十& ) 匕=Jp siif+ d+2 /3) +1. sin(a)t+6f - 2j /3) + 人 sin(mt + 0 () h 一3人 qi3 + e 3兀中J/kpO為#序分址對應(yīng)的電漁昨值 0二P，兒0為#序分竝対應(yīng)的電流初始伽r流側(cè)輸入趣流為，U =日心+&心w人+人山式2.羽和2.引代入式Q.32川以得型輸入電渝瞬前値的袤達式為:L 細Z co“ 廠 e. p) + d丄 co“ 胡 J(2 33)那么輸入電流的交流分鼠為(2 34)GO=-

12、LCOI =八 根期式(236)叫以符到輸入電容冋滿足；戸 9g +G)山式(2.30)訶以存到輸山線電JK的峰值兒滿足:%s 馳+4)所以山以上分析訶以斜到輸入電容的収值范出為:C 2 12oAu(237(2.38(2.39)(2.40)山以上分析可以看出，同祥功率等級的三相BI橋鉤逆變響所需的輸入濾波電容遠小于：111 丫僑逆交器,所以與三相半橋逆變器相比三郴四橋骨逆費器體積和匝駅得到了減小.在第四 橋即固定占它比的三相四橋杵逆變器中H輸出電爪、輸出電爪紋波圮大值和電感電流紋波圮 大值打三相半橋逆交器相同，所以這種控制模式下的三相四橋件逆受器實際上等同于三相半橋 逆芟器,如然三相之間獨龍輸

13、出.但直流電爪利用率低.為了克JK這一塊點,可以通過在調(diào)制 遜I懂加荃波的諧波波形比至二角波、方波以及町編程的液形來捉府宣流電用利川半 2.3采用三次諧波注入法的三相四橋臂逆變器 三次諧波注入法原理為了使J：分析,假設(shè)直漁電邈E 分為一,中何電位為C,如圖2.8所示四個橋件的中 何.也電八：分別為心、心、u.、us , 11感電渝分別為】、*“、心，三柑輸山電IK分別為、 4八輸111電汛為八八L a F a F 幺 F SJ?MbV.xAQ G? Cc &、Kn Reffl2.S三相四橋杵佶構(gòu)陽爲(wèi)頻三加波的頻豐為f且遠人于調(diào)制信巧頻率濾波器乙乙& -z、 7 = C Hz. CIR大.為了便

14、于分析，料時忽略丄上的低頻電JK分雖粒C I:的低 頻電流分JS：逆變橋的上下詩為兀補導(dǎo)通，調(diào)制信號與三角波交戲所符的眛沖信號控制I：錚, 其互補信號控制卜管.設(shè)四個橋臂的調(diào)制信號分別為1仏、%、咲、%三相四橋犧3, i., +u 吃 黑0 山叫、-、叫.和第四橋恍的中間點電位“、其同決定“八 %、山第四橋臂的訓(xùn)制倡號氣v決也與叫八、無關(guān)假設(shè)5 S “砂% = u, n(3/-1 20)(2.41)嚴(yán)戒-asin(/-24O*)令、11的低煩分室，仆忽訛加山9)-域 9)= “*何-心尸偏Q42)Uf)陽2.9 ：1入三次諧波的調(diào)制放suX.X - 240 )十* sin Mr)9如果航=10

15、.14fc那么氣氣八“蟲的幅值小于三角波的幅值.不會出現(xiàn)過調(diào)制3如、g波形柑同.郴位不同.御H.(e) = (sanwj + k sin3 t)購9)=/- 120 ) + fcsiix3y f)u () =an(Q.,r一 240 ) + fcsti沁才)(2.44)u. = sin.3 t $ “(2-45)心二耳 siir-i2(r)204,輸山電爪頻f = 4OOH:.輸出滝波電盡, = 240“丹淀波電容 C 2O/F表2.1足兒種負栽條件下備相輸出電爪/、輸出電壓THD、輸出電爪相位卩表 2.1為疋弦波調(diào)制的三相四橋皆仿貞數(shù)據(jù)，系統(tǒng)皈電爪利用tJjO 5.表2.2為三次時波注入 調(diào)制的三相啊橋借仿蟲數(shù)據(jù).直流電爪別用率為0.52.農(nóng)2.L I上茲波調(diào)制的二相四僑艸仍實數(shù)據(jù)輸出 負駁yABCUO肉P血THDWU n伏度THD%U iBC郴滿我時的仿貞波形仿 耳說明三相BlBW采用正張藏制和三次諧浪 入調(diào)制都町以帶不對稱負熱在 電路其他參數(shù)相同的條件下.三次諧波注入調(diào)制的直流電壓牟用聿期甩髙于疋弦波凋制的方案。 II :次諧波注入謂制的 加四橋叭