【文章內容簡介】 對三相線性平衡負載的供電。 一般場合的電源系統(tǒng)中，負載往往是不平衡，且是變化的，這就要求逆變器形成三相四線輸出。本文所研究的四橋臂三相逆變器是在傳統(tǒng)的三橋臂結構的基礎上增加了一個橋臂，用這個橋臂來構成中線(如圖32)，從而在負載不對稱時省去中點形成變壓器，以減小系統(tǒng)的體積和重量。 圖32三相四橋臂逆變器與三相三橋臂逆變器類似，同樣用三相電流和電壓作為變量。假設直流電源E一分為二，中間電位為O。三橋臂三相逆變器帶三相線性對稱負載，所以i1+i2+i3=0為約束條件，由三個橋臂的中間的電壓為vl、vv3決定三相輸出電壓v0v0v03。而在三相四橋逆變器中i1+i2+i3≠ 0，由vl、vv3和第四橋臂的中間的電位v4共同決定三相輸出電壓v0v0v03。由與三相三橋臂逆變器的分析方法類似可得 （311） （312）式(312)中i01=f1(v01), i02=f2(v02), i03=f3(v03)。從公式中可知vvvv4中只要有三個獨立變量，就可以對系統(tǒng)的輸出進行控制。在、中選擇三個獨立變量的最簡單的方法是讓其中的一個變量為確定值。、中的一個為零，比如=0，也可以，但這時、的對稱性被破壞了，要求加大輸入電容和直流輸入電壓，所以一般情況下不會采用這種結構，除非在緊急或冗余工作的情況下可以采用。一般常用方法是找到,它們之間的一個關系，這個關系可以是由vvv3決定v4，也可以是由v4決定vvv3，同時，這個關系也必須權衡電壓應力、開關損耗等因素。本論文將分別介紹了由vvv3決定v也可以是由v4決定vvv3的幾種控制策略。 三相四橋逆變器在dqo旋轉坐標系中的數學模型 三相三橋逆變器只能帶三相線性對稱負載，vvv3只有兩個獨立變量，因此，通過坐標變換，減少變量個數，是三相逆變器控制中經常采用的方法。三相三橋逆變器中沒有零序分量，可以采用ABC靜止坐標系到dq旋轉坐標系的變換。三相四橋逆變器的vvvv4中只要有三個獨立變量，就可以對系統(tǒng)進行控制，所以也可以考慮進行類似的變換，三相四橋逆變器中有零序分量，可以采用ABCN靜止坐標系到dqo旋轉坐標系的變換，在圖32中，首先定義輸出三相電壓的中點電位 , ,分別為四個橋臂的開關調制系數，有 （313）考慮ABCN靜止坐標系到靜止坐標系的變換，為了使變換陣為方陣，可以對變量進行增廣，即ABCN靜止坐標系到z靜止坐標系，變量x可以是電壓或電流。 （314） （315）ABCN靜止坐標系到靜止坐標系的變換 （316） （317）靜止坐標系到dqo旋轉坐標系的變換為 （318） （319）由以上公式可以推出從而ABCN靜止坐標系到dqo旋轉坐標系的變換 （320） （321）通過上面的變換，可以將ABCN靜止坐標系中的變量變換到dqo旋轉坐標系中，由于dqo旋轉坐標系中的變量相互正交，沒有耦合，可以進行單獨控制。這種方法的缺點是要進行坐標系的變換和反變換，計算量較大。本章介紹了三相三橋逆變器和三相四橋逆變器在ABC坐標系的數學模型，論證了系統(tǒng)的可控性，并分析了三相三橋臂逆變器和三相四橋臂逆變器的可控性。系統(tǒng)的可控性是控制的基礎，但具體采用何種控制方案，還必須將直流輸入電壓要求、輸出諧波等因素綜合在一起考慮。三相四橋逆變器有四個輸入控制變量，但只需要三個獨立變量就可以實現對系統(tǒng)的控制，一般常用方法是找到它們之間的一個關系，這個關系可以是由vvv3決定v4，也可以是由v4決定vvv3，如何建立四個輸入變量之間的關系是以下各章考慮的重點。第三章 三相四橋臂逆變電源的控制策略 對稱分量法的理論與實現方法 對稱分量法由 Charles 在 1913 年提出，最初用于分析電動機不平衡運行?，F在，對稱分量法已廣泛的應用于電工領域分析各種不平衡運行的情況。根據對稱分量理論，任意不對稱的三維矢量、均可以分解為三組對稱的三維矢量之和，三組矢量分別為正序分量、負序分量和零序分量。三相不平衡矢量的分解情況，如圖27所示：圖中 、 、是正序分量、 是負序分量 、 是零序分量。圖31對稱分量法圖27中各項矢量存在的數量關系如式11 (31)圖27中正序、負序、零序系統(tǒng)內各矢量間的關系如式12 所示。 （32）其中，算子。假設原始系統(tǒng)各矢量是逆時針旋轉的，通過對稱分量法得到的正序分量、負序分量中的各個矢量仍然是逆時針旋轉的，但是正序、負序分量中各矢量合成的系統(tǒng)矢量分別是逆時針、順時針旋轉的。零序分量中各矢量不旋轉。 正負零序分量的平均模型 為了方便分析研究模型，下面采用的是平均模型。上述的系統(tǒng)模型因為有開關管的存在，所以還是一個非線性的模型，分析不方便并且仿真時間長。假設開關頻率遠遠大于輸出交流信號的基波頻率，那么可以忽略電壓和電流的紋波，從而建立平均模型。三相四橋臂逆變器的平均模型如圖32所示。圖32 三相四橋臂逆變器的平均模型 如圖32所示，逆變器輸出三相相電壓可以看成是電流型控制電壓源，daf、dbf、dcf是等效電壓源的占空比。逆變器輸出三相相電壓可以表示成式（33): （33）根據能量傳輸關系可以得到直流側電流和逆變器輸出三相電流的關系: (34)根據圖（32）可以得到平均模型的電壓方程： （35） 圖32是由系統(tǒng)模型轉變過來的平均模型，輸出電壓和電流都含有正序分量、負序分量和零序分量。下面將依次來分解平均模型，研究各序分量的平均模型并解決解耦問題。 分解平均模型之前，先寫出逆變器輸出三相相電壓、逆變器輸出三相電流和三相負載電壓的對稱分量表達式，如式(36)、(37)、(38)所示。式子右邊項依次是正序分量、負序分量和零序分量。 （36) （37） （38） 正序分量下，第四橋臂上的電流in為零。那么，正序分量下的相電壓方程如(426)所示： (39)再對式子（39）兩邊同時進行abc到dq0坐標變換得： （310）其中，Vp_q、Vq_p、Vo_p、id_p、iq_p、io_p和 vd_p、vq_p、vo_p是逆變器橋臂輸出相電壓，橋臂輸出電流和負載電壓的正序分量在dq0旋轉坐標系下的坐標值。 觀察式(310)正序分量平均模型的電壓方程式，知道可以通過前饋控制的方式對d、q軸分量解耦，從而實現獨立控制。正序分量下，d、q軸分量是直流量并且不含附加的交流分量，從而可以做到無靜差調節(jié)。0軸分量為零，只需要對d、q軸分量進行調節(jié)。負序分量下，第四橋臂上的電流 in為也零。那么，負序分量下的相電壓方程如式(311)所示： (311)再對式子（311）兩邊同時進行abc到dq0坐標變換得。這里需要注意的是負序分量在三相靜止坐標系中相位依次超前120176。，合成矢量的旋轉方向與正序分量相反，所以應該將ω 代入變換矩陣 Cabc/dq0中。變換后如式(312)： (312)其中，Vd_n、Vq_n、V0_n，id_n、iq_n、i0_n和 vd_n、vq_n、v0_n是逆變器橋臂輸出相電壓，橋臂輸出電流和負載電壓的負序分量在dq0旋轉坐標系下的坐標值。觀察式(312)負序分量平均模型的電壓方程式，知道也可以通過前饋控制的方式對d、q軸分量解耦，從而實現獨立控制。負序分量下，d、q軸分量是直流量并且不含附加的交流分量，從而可以做到無靜差調節(jié)。0軸分量為零，只需要對d、q軸分量進行調節(jié)。與正序分量下的坐標變換有區(qū)別的，注意是代入ω。 零負序分量下，前三橋臂每個橋臂上的電流相等，第四橋臂上的電流in 數值是前三橋臂電流的3倍。那么，零序分量下的相電壓方程如式(313)所示：