【正文】 通過(guò)對(duì)比系統(tǒng)開(kāi)環(huán)和閉環(huán)物理實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了本文提出的控制策略的有效性和可行性。主要研究對(duì)象是三相四橋臂逆變器，提出了基于瞬時(shí)對(duì)稱分量法的控制策略。說(shuō)明在閉環(huán)帶一相負(fù)載的情況下，本文提出的控制策略是可行的、有效的。由圖可知，帶 A 相負(fù)載后， A相電壓有明顯的電壓降落，同時(shí) B相電壓升高（ C相電壓也升高，圖中未顯示），造成輸出相電壓不平衡。下面為實(shí)驗(yàn)結(jié)果 波形及分析。外部設(shè)備和存儲(chǔ)單元連接到哈佛總線結(jié)構(gòu)必 須按照規(guī)定的先后順序訪問(wèn)內(nèi)存。 TMS320F2812 采用哈佛總線結(jié)構(gòu)。 TMS320F2812 采用 8 級(jí)保護(hù)流水線結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)可依次訪問(wèn)內(nèi)存，并保證 TMS320F2812 的高速運(yùn)行。 TI 公司新推出的功能強(qiáng)大的 TMS320F2812 是 TMS320LF2407A 的升級(jí)版本，其最顯著的差別是運(yùn)算速度比 TMS320LF2407A 有了質(zhì)的飛躍，從最高的 40MIPS 躍升到 TMS320F2812 的 150MIPS，處理數(shù)據(jù)位數(shù)也從 16 位躍升至 32 位。 本文選取的逆變電源開(kāi)關(guān)頻率 為 f =10KHz， LC 低通濾波器的截止頻率一般取 ~ f ，本文選 2 KHz 作為濾波器截止頻率，截止頻率 cf 計(jì)算公式如下： （ 42） 三相四橋臂逆變電源額定功率為 3KW，額定輸出電壓峰值為 220V，那么額定負(fù)載為 （ 43） 一般?。? （ 44） 35 又因?yàn)? LC 低通濾波器本身也存在一個(gè)等效阻抗， （ 45） 綜合以上公式（ ） ~（ ），本文選用的 LC 低通濾波器的參數(shù)為： L=5mH，C=10 F。 （ 3） IPM 功率模塊與驅(qū)動(dòng)電路模塊之間的信號(hào)連接盡量使用比較短的導(dǎo)線， 由于電力電子器件組成的電路，導(dǎo)線過(guò)長(zhǎng)會(huì)產(chǎn)生極強(qiáng)的電磁效應(yīng)，相鄰 線路之間會(huì)引起電磁干擾，導(dǎo)致橋臂之間開(kāi)關(guān)管信號(hào)的誤觸發(fā)。 圖 42 IPM內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 圖中 VP1 和 VN1 分別為上下橋臂單元電源， CP1 和 CN1 分別為上下橋臂單元觸發(fā)信號(hào)， VPC 和 VNC 分別為上下橋臂單元電源地， FPO 和 FNO 分別為上下 34 橋臂單元故障信號(hào)。 三相負(fù)載電流額定值設(shè)置為 10A，考慮到電力電子器件的工作安全裕量和系統(tǒng)發(fā)生容易過(guò)載情況，功率元器件的電流額定值的選取應(yīng)該適當(dāng)放寬到 20A~30A。 IPM 作為一種新型智能功率開(kāi)關(guān)器件，它具有開(kāi)關(guān)頻率高、驅(qū)動(dòng)功率低、耐壓性好的特點(diǎn)，并且綜合了 GTR 和 MOSFET 兩者優(yōu)點(diǎn)。本系統(tǒng)中取兩個(gè)濾波電容參數(shù)相同且容值均為 1000μ F，耐壓值為 400V。 圖 41 系統(tǒng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖 三相四橋臂逆變電源系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)主要包括主電路拓?fù)潆娏﹄娮釉骷脑O(shè)計(jì)， DSP 芯片電路的設(shè)計(jì)以及外圍控制電路的設(shè)計(jì)。 本章小結(jié) 本章完成了四橋臂逆變器在三相靜止坐標(biāo)系下和同步坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型。三相四橋臂逆變器器件 級(jí)系統(tǒng)仿真模型如圖 36所示： 圖 36基于 Saber的四橋臂逆變器的系統(tǒng)仿真型 本文采用的是 Saber 軟件仿真平臺(tái)，圖 顯示的是四橋臂逆變器器件級(jí)的系統(tǒng)仿真。總的控制策略是雙閉環(huán)控制。與正序分量下的坐標(biāo)變換相同，代入 ω。 觀察式 (314)零序分量平均模型的電壓方程式，形式與正序分量相似。這樣，變換之后的零序分量在正序分量的 dq 坐標(biāo)系中，可以得 到有效的直流分量了。那么，零序分量下的相電壓方程如式 (313)所示： (313) 零序分量的幅值相等 ,方向相同。負(fù)序分量下， d、 q 軸分量是直流 29 量并且不含附加的交流分量，從而可以做到無(wú)靜差調(diào)節(jié)。這里需要注意的是負(fù)序分量在三相靜止坐標(biāo)系中相位依次超前 120176。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(wú)靜差調(diào)節(jié)。式子右邊項(xiàng)依次是正序分量、負(fù)序分量和零序分量。 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。 正負(fù)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。 圖 31 對(duì)稱分量法 圖 27 中各項(xiàng)矢量存在的數(shù)量關(guān)系如式 11 000A A A AB B B BC C C C??????? ? ?? ? ?? ? ? (31) 圖 27 中正序、負(fù)序、零序系統(tǒng)內(nèi)各矢量間的關(guān)系如式 12 所示。 25 第三章 三相四橋臂逆變電源的控制策略 對(duì)稱分量法的理論與實(shí)現(xiàn)方法 對(duì)稱分量法由 Charles 在 1913 年提出，最初用于分析電動(dòng)機(jī)不平衡運(yùn)行。這種方法的缺點(diǎn)是要進(jìn)行坐標(biāo)系的變換和反變換，計(jì)算量較大。 三相四橋逆變器在 dqo旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型 三相三橋逆變器只能帶三相線性對(duì)稱負(fù)載， v v v3只有兩個(gè)獨(dú)立變量，因此，通過(guò)坐標(biāo)變換，減少變量個(gè)數(shù)，是三相逆變器控制中經(jīng)常采用的方法。 在 1v 、 2v 、 3v 、 4v 、中選擇三個(gè)獨(dú)立變量的最簡(jiǎn)單的方法是讓其中的一個(gè)變量為確定值。三橋臂三相逆變器帶三相線性對(duì)稱負(fù)載，所以i1+i2+i3=0 為約束條件，由三個(gè)橋臂的中間的電壓為 vl、 v v3決定三相輸出電壓 v0 v0 v03。 一般場(chǎng)合的電源系統(tǒng)中，負(fù)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。 所以三相三橋臂逆變器是基于數(shù)學(xué)模型的可控性的控制，在權(quán)衡電壓、開(kāi)關(guān)損耗、諧波含量等因素的基礎(chǔ)上，合理選擇 V1， V2， V3的過(guò) 21 程。三個(gè)橋臂的中間的電壓為 vl、 v v3，輸出中點(diǎn)電壓為 vn，電感電流分別為 i i i3，三相輸出電壓分別為 v0 v0 v0輸出電流為 i01 、 i02 、 i0濾波器有 L1=L2=L3=L、以C1=C2=C3=C。在 ABC 靜止坐標(biāo)系中，用三相電流和電壓作為變量，不需要進(jìn)行坐標(biāo)變換。 第四章完成了主電路，控制核心電路，保護(hù)電路和 IGBT 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)；完 成了系統(tǒng)總體軟件設(shè)計(jì)，中斷程序設(shè)計(jì)和 8 路 PWM 波形的實(shí)現(xiàn)；最后進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)，開(kāi)環(huán)和閉環(huán)實(shí)驗(yàn)，給出并分析了相應(yīng)的波形。 本課題主要研究?jī)?nèi)容分為以下幾個(gè)方面： 第一章首先簡(jiǎn)述了本課題的研究背景、研究意義以及研究現(xiàn)狀，并由傳統(tǒng)的三相四線制逆變電源引出了三相四橋臂逆變電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 進(jìn)入 21世紀(jì)后，三相四橋臂逆變電源逐漸在科技領(lǐng)域得到了廣泛關(guān)注和研究，同時(shí)在 電力電子技術(shù)行業(yè)和電氣行業(yè)等相關(guān)領(lǐng)域中也得到了充分的應(yīng)用與蓬勃的發(fā)展。 1994 年 ,在 [5]提出三相四橋臂逆變器用于永磁電機(jī)的驅(qū)動(dòng)。具有電路形式簡(jiǎn)單、體積小、電壓利用率高、直流輸入電容小等突出優(yōu)點(diǎn)。雖然該逆變器的控制比較復(fù)雜，但仍是目前研究的一個(gè)熱點(diǎn)。 這種方法比 較適合于大功率輸出場(chǎng)合，缺點(diǎn)是采用的開(kāi)關(guān)管太多，而且輸出 14 需要三個(gè)單相變壓器。而且其直流利用率明顯偏低，輸出相電壓峰值最高也只有直流母線電壓的一半。 相應(yīng)的控制方案 可以采用 同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下單 PI 調(diào)節(jié)器， 但是 它不能消除負(fù)序電壓靜差 ， 逆變電源的電路連接原理圖如圖 12 所示。但是為了得到三相四線制的輸出電壓來(lái)提高逆變器帶不平衡負(fù)載的能力，必須在輸出端增加中點(diǎn)形成變壓器 (Neutral Formed Transformer，簡(jiǎn)稱為 NFT)，構(gòu)成了應(yīng)用中點(diǎn)形成變壓器 NFT 的三相逆變器 自耦變壓器結(jié)構(gòu)，如圖 11 所示。而傳統(tǒng)的三相逆變器在不對(duì)稱負(fù)載情況下無(wú)法輸出對(duì)稱電壓，這時(shí)人們就提出了用三相四線輸出。 三相四橋臂技術(shù) [1]在各種高質(zhì)量、高效、高可靠性的電源中起關(guān)鍵作用，是現(xiàn)代電力電子技術(shù)的具體應(yīng)用。能源危機(jī)的出現(xiàn)迫使人們把目光轉(zhuǎn)向了大力開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能、風(fēng)能、潮汐能等綠色新能源，發(fā)展分布式發(fā)電。三相電壓和電流通過(guò)瞬時(shí)對(duì)稱分量法可以分解為瞬時(shí)的正序、負(fù)序和零序分量，并在各自的參考系中轉(zhuǎn)變成直流信號(hào)，再分別加以 PI 控制。為了抑制這種不對(duì)稱的情況，本文引用了三相四橋臂拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 作者簽名： 日期： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 注 意 事 項(xiàng) （論文）的內(nèi)容包括： 1）封面（按教務(wù)處制定的標(biāo)準(zhǔn)封面格式制作） 2）原創(chuàng)性聲明 3）中文摘要（ 300字左右）、關(guān)鍵詞 4）外文 摘要、關(guān)鍵詞 5）目次頁(yè)（附件不統(tǒng)一編入） 6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論 7）參考文獻(xiàn) 8）致謝 9）附錄（對(duì)論文支持必要時(shí)） ：理工類設(shè)計(jì)（論文）正文字?jǐn)?shù)不少于 1萬(wàn)字（不包括圖紙、程序清單等），文科類論文正文字?jǐn)?shù)不少于 萬(wàn)字。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日 期： 使用授權(quán)說(shuō)明 本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目： 三相四橋臂逆變電源的設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。 作者簽名： 日 期： 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū) 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有 關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。 ：任務(wù)書(shū)、開(kāi)題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。三相四橋臂逆變電源可以在三相負(fù)載不對(duì)稱時(shí)保持三相輸出電壓的對(duì)稱輸出，且具有系統(tǒng)容量小成本較低的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)本文給出了控制器設(shè)計(jì)的詳細(xì)推導(dǎo)和軟件實(shí)現(xiàn)方法。 12 對(duì)稱分量法的理論與實(shí)現(xiàn)方法 13 正負(fù)零序分量的平均模型 15 系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn) 但是在一般情況下，太陽(yáng)能發(fā)電裝置和風(fēng)能發(fā)電裝置輸出的電能形式為直流電，需要將其進(jìn)行 DC/AC 變換輸出穩(wěn)定的交流電才能接到電網(wǎng)，這些轉(zhuǎn)化電能的過(guò)程中都離不開(kāi)逆變電路。當(dāng)前，電力電子作為節(jié)能、節(jié)才、自動(dòng)化、智能化、機(jī)電一體化的基礎(chǔ)，正朝著應(yīng)用技術(shù)高頻化、硬件結(jié)構(gòu)模塊化、產(chǎn)品性能綠色化的方向發(fā)展。如果采用在傳統(tǒng)的三相橋式逆變器的基礎(chǔ)上增加一個(gè)橋臂用來(lái)形成中點(diǎn)的三相四橋臂電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這種三相四橋臂拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以方便地實(shí)現(xiàn)具有調(diào)壓功能的三相四線輸出，并且具有較高的直流利用率，且控制方法可以比較容易地移植 到現(xiàn)有的數(shù)字變換器平臺(tái)上，有較好的發(fā)展前景。其鐵心為三相芯式鐵心，以減小零序阻抗，變壓器繞組采用曲折接法。 13 圖 12 采用 ?/Y接法的三相逆變電源 （ 3）采用分裂電容的三相逆變電源 它有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功率器件較少等特點(diǎn)。 （ 4） 組合式三相逆變電源 組合式三相逆變器電路結(jié)構(gòu)如圖 24 所示，它是由三個(gè)單相逆變器組合而成，通過(guò)三個(gè)單相變壓器耦合成三相電路。 圖 14 組合式三相逆變電源 （ 5）三相四橋臂逆變電源 三相四橋臂逆變器是在傳統(tǒng)的三相橋式逆變器的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)橋臂，該橋臂的作用是形成中點(diǎn)，這樣通過(guò)增加一個(gè)橋臂來(lái)直接控制中性點(diǎn)電壓，并且產(chǎn)生中性點(diǎn)電流流入負(fù)載，這就增加了一個(gè)自由度，使三相四橋臂對(duì)逆變電源可以產(chǎn)生三個(gè)獨(dú)立的電壓，從而使其有在不平衡負(fù)載下維持三相電壓的對(duì)稱輸出的能力