三相四桥臂逆变器的PWM控制

摘要：叙述了三相四桥臂逆变器的工作原理与控制方法。

关键词：三相;四桥臂;逆变器Three?phase InverterwithFourBridgeLegs

1前言

三相四桥臂逆变器，主要用于给三相不对称负载供电的UPS、中频变频器和航空机载变速恒频发电系统。它是近两年才出现的一种新型逆变器，主要特点是体积小重量轻。

一般的三相逆变器是只有三个桥臂的三相半桥式逆变器，当给不对称负载供电时，就必须在输出端接入一个△/Y输出变压器，或接入一个中性点形成变压器(NeutralFormedTransformer简称NFT)。NFT是一个变比为1：1的自耦变压器，它虽然比 △/Y输出变压器的体积重量小些，但它的体积重量是随负载不对称的程度而变化的，不对称度越大，它的体积重量也越大。为了除掉输出变压器，减小逆变器的体积重量，可以在三相半桥式逆变器的基础上加入一个桥臂来形成中性点N，如图1所示。这样就构成了适应不对称负载输出的三相四桥臂逆变器。

2三相四桥臂逆变器的开关模态

三相四桥臂逆变器，是由三相半桥式逆变器与一个由S7、S8组成的公用桥臂结合而成的。开关S1、S4与S7、S8组成A相全桥逆变器;开关S3、S6与 S7、S8组成B相全桥逆变器;开关S5、S2与S7、S8组成 C相全桥逆变器;由公用桥臂S7、S8形成中性点。由于S7、S8是公用桥臂，因而A、B、C三相输出电流的激励就发生相互牵制，这是三相四桥臂逆变器控制时必须要解决的难点之一。

假定三相四桥臂逆变器的每个桥臂有两种工作方式：上管导通、下管关断定义为1;下管导通，上管关断定义为0，则四桥臂逆变器共有24=16种开关方式。引入开关电压相量用(uA，uB，uC，uN)表示，其中两种零开关方式：(0，0，0，0)和(1，1，1，1)是相同的，故共有15种不同的开关方式。一个单相全桥式逆变器有三种工作模态。

Mk=

式中k分别代表A、B、C相，则三相逆变器共有 33=27种工作模态如表1所示。由于四桥臂逆变器只有四个桥臂，因而只有15种开关模态。因为有S7、S8中性点形成桥臂的牵制作用，在任一瞬间S7、S8只有一个导通，所以其它三个桥臂的开关不能同时存在相反的激励，故表1中的后12种开关模式不能存在。表

表2中的15种开关模态，如果某相的开关模态为1，就表明该相加+E，相电流增加;如果某相的开关模态为-1，就表明该相加-E，相电流减小;如果某相的开关模态为0，就表示该相续流，相电流增加或减小趋势较小。

3三相四桥臂逆变器的HCPM控制

三相四桥臂逆变器由于设置了由S7、S8组成的中性点形成桥臂，这相当于能够实现三相四线制输出，此时各相电路就具有了独立性，各相的输出电压和电流只取决于各相的负载变化。因此采用具有独立控制性能的三态滞环电流脉冲调制(HysteresisCurrentpulseModulator，简称HCPM)控制方式是比较合适的，其A相电路框图如图2所示。它的控制规律是：

当Δi>+h时(2h为滞环宽度)，S1和S8导通， S4和S7关断，A相加+E，使相电流增大;当Δi- h时，S4和S7导通，S1和S8关断，A相加-E，使相电流减小;当-hΔi+h时，S1和S7或S4和S8导通，逆变器A相续流。这样，使A相输出电流在给定的滞环宽度2h范围内跟踪给定电流ira，经交流滤波器LfA、CfA滤波后，即可得到正弦波电流输出。

对于三相四桥臂逆变器，要用三个HCPM分别对逆变器的三相进行控制，但要注意解除由于S7和 S8公用桥臂造成的电流激励的相互牵制，解决的办法是用中性点电流iN控制S7和S8的导通。三相逆变器在实现三相四线制输出时，三相星形负载虽不对称，但三相相电压是对称的，因此三相负载电流也是不对称的，使中线电流iN不等于零。中性点桥臂的S7和S8就是专为iN的流通而设置的，所以电流iN就决定了开关S7和S8的工作状态。为了说明简单，假定三相星形负载是大小不相等的纯电阻负载，即：RA≤RB iC，

iA=uA/RA=(Im+ΔIA)sinωt=Imsinωt+ΔIAsinωt

iB=uB/RB=(Im+ΔIB)sin(ωt-2π/3)

=Imsin(ωt-2π/3)+ΔIBsin(ωt-2π/3)

iC=uC/RC=Imsin(ωt+2&pi