三相四桥臂逆变器的空间相量调制技术

摘要：介绍了三相四桥臂逆变器在对称负载和不对称负载时的空间相量调制技术。

关键词：三相四桥臂；逆变器；空间相量；调制技术

1引言

三相逆变器的输出型式有两种：一种是三相三线制输出，另一种是三相四线制输出。前者只能输出线电压，后者既可以输出线电压也可以输出相电压。三相逆变器的三相四线制输出一般采用以下办法：

1）采用△/Y输出变压器，用次级Y接法形成中性点；

2）用中性点形成变压器（NeutralFormingTransformer—NFT）形成中性点，NFT实际上是一个变比为1∶1的自耦变压器；

3）用直流输入电源的中点作为中性点；

4）用具有独立电源的三个全桥逆变器的同侧桥臂中点连接起来，形成中性点；

5）采用三相四桥臂逆变器。

采用三相四桥臂逆变器的最大优点是不用△/Y输出变压器，成中性点形成变压器，使逆变器的体积重量大大减小，电压应力不变。

图1三相四桥臂逆变器的主电路

三相四桥臂逆变器的主电路如图1所示。它是由三相半桥式逆变器与一个中性点形成桥臂（由S7、S8组成）组合而成的。开关S1、S4与开关S7、S8组成A相全桥逆变器；开关S3、S6与开关S7、S8组成B相全桥逆变器；开关S5、S2与开关S7、S8组成C相全桥逆变器。由于S7、S8是形成中性点的公用桥臂，因而A、B、C三桥臂逆变开关的触发与输出电流的激励将会在公用桥臂上受到牵制，这是三相四桥臂逆变器在设计控制电路时必须要解决的一个问题。

2四桥臂逆变器的工作模式与空间相量

图1所示的主电路，如果忽略中性线电感LfN，可以简化成图2所示的等效电路。其中每个桥臂都有两种工作方式，如对于A相桥臂，当上管导通下管关断时，A点电压VAg=E，定义SA=1，意即VAg=E(SA)=1E；当下管开通上管关断时，A点电压VAg=0，定义SA=0，意即VAg=E(SA)=0×E=0。按照这种定义，四桥臂逆变器总共有24=16种开关模式M0（SA，SB，SC，SN）～M15（SA，SB，SC，SN），其中两种零开关模式M0（0，0，0，0）及M15（1，1，1，1）和14种非零开关模式M1（0，0，0，1）～M14（1，1，1，0）共有15种不同的开关模式如表1中第一栏所示。表中各桥臂中点对g点的电压，由各桥臂开关方式的定义可得

VAg=E·(SA)；VBg=E·(SB)

VCg=E·(SC)；VNg=E·(SN)

表中各桥臂中点对中性点形成桥臂中点N之间的电压为

VAN=VAg－VNg=E(SN)－E(SN)=E(SA－SN)

VBN=VBg－VNg=E(SB)－E(SN)=E(SB－SN)

VCN=VCg－VNg=E(SC－SN)

VNN=VNg－VNg=0

图2三相四桥臂逆变器的简化等效主电路

四桥臂逆变器有16种开关模式，比三桥臂逆变器多8种，当用三维a－b－y立体正交坐标来表示时，与16种开关模式相对应的三维空间电压相量Va，VB和VY可以下式算得，并列于表1第四栏中。Va=E(2SA－SB－SC)=(2VAg－VBg－VCg)

表116种开关模式相对应的三维空间电压相量