【正文】 與 ABC 坐標系的初始夾角，即 時，rx? 0??t與 軸的夾角。坐標系以 的角速度與空間合成矢t量同步旋轉(zhuǎn)。(2)同步旋轉(zhuǎn) dq 坐標系根據(jù)空間矢量的定義,可以得到逆變器輸出三相電壓的合成矢量是以 的角速度t?在勻速旋轉(zhuǎn)的，所以如果定義一個以 的角速度旋轉(zhuǎn)的坐標系，那么三相逆變器的t?數(shù)學模型可以進一步的簡化。的為 β 軸，則可以求出同一個空間矢量在三相 ABC坐標系和 αβ 坐標系中的 2 組坐標分量應滿足如下的關系： () 2/31032AB SCxxxT????????????????????????????或者： ()3/212230AABSBCCxxxT???????????????????????? 式（）和式() 分別是 坐標系到 ABC 坐標系、 ABC 坐標系到 坐標系??的變換等式。則合成矢量 Xr 的值為： 2433()jjABCrxex????X（1） αβ 坐標變換式()所推導的數(shù)學模型以三相無中線逆變器為研究對象的，所以在狀態(tài)方程中的六個量之間不是完全獨立，它們之間有如下式的關系： ()0abcaU??0ABCii?? 所以式（）中其實只有四個獨立的變量,根據(jù)空間矢量的定義,可以將三相模型轉(zhuǎn)換到兩相坐標系下，簡化系統(tǒng)模型，降低系統(tǒng)階次。同樣我們可以可將三相逆變電源的三相電壓分別定義在空間互差 120176。數(shù)學上，三相逆變橋可用如下開關矩陣表示：()??dTCBACBUSU????????其中， 、 、 為開關函數(shù)，開關函數(shù)定義如下：ASB圖 21 三相逆變器主電路S 5S 1S 2Ud+S 4S 6S 3負載I aI bI cI o aI o bI o cR oR oR oA BCabc14??,10iABCS????橋 臂 上 管 導 通 ， 下 管 關 斷橋 臂 下 管 導 通 ， 上 管 導 通對由逆變橋的任兩個輸出端 、 或 組成的環(huán)路列寫基耳霍夫電壓方程，BC對濾波器輸出端端點 、 和 列寫基耳霍夫電流方程，可以得到三相濾波器的狀態(tài)abc方程為： () abcaoacbbacocbabABcbcocCcaaAduCiIttiIdttiiLuRiUttdiii???????????? 把上式寫成矩陣的形式為: 100100100011010abcabc abcooaobcuiCuLRLiRL??????????????? ??? ?????? ??? ????0/1/00/1//1ABCoabcUCILL???? ????????? ?? () 將等式()代入式 ()可得下式 :abc aooobcuiuiRL????????? ??? ????/0/1///00/0ABCoabcSIUdUdLL???? ?????? ?? () 或者表示成： ??1 332 2320(1/)/(/)(/)()l l ophiu SiA CIIUdAIA? ????????? ??? ??????其中， 2??????1????為三階單位陣3I在進行坐標變換前,首先介紹一下空間矢量的定義。 三相逆變器的數(shù)學模型圖 21 是三相逆變器主電路，由三相逆變橋、三相濾波器組成。對三相 VSI 系統(tǒng)的分析，一般分為兩種：標量分析法和矢量分析法。(3) 為了提高逆變器的性能和可靠性，設計了逆變器的切換、限流和抗偏磁的功能，在樣機中得到了很好的效果。(2) 介紹重復控制理論的基礎上,對實際系統(tǒng)設計了合適的重復器,在 matlab 中仿真實現(xiàn)。而重復控制是基于周期12的控制，是通過對前一周期或多個周期的輸出波形進行處理，利用所得到的結(jié)果對當前的控制進行校正的控制方法。從上述控制方案可見，每一種控制方案有其特長，也存在某些問題，因此，一種必然的發(fā)展趨勢是各種控制方案互相滲透，取長補短，優(yōu)勢互補結(jié)合成復合的控制方案。模糊控制屬于智能控制，其優(yōu)點是：不依賴被控對象的精確模型，具有較強的魯棒性和自適應性；查找模糊控制表只需要占用處理器很少的時間，因而可以采用較高采樣率來補償模糊規(guī)則和實際經(jīng)驗的偏差。由于其控制規(guī)律不依賴于系統(tǒng)模型，而且學習實例包含了各種情況，因此系統(tǒng)控制魯棒性很強，但由于神經(jīng)網(wǎng)絡的實現(xiàn)技術沒有突破，還沒有成功應用于逆變器控制之中。但是滑?？刂拼嬖诶硐牖Ｇ袚Q面難以選取、控制效果受采樣率的影響等弱點，它還存在高頻抖動現(xiàn)象且設計中需知道系統(tǒng)不確定性參數(shù)和擾動的界限，抖動使系統(tǒng)無法精確定位，測定系統(tǒng)不確定參數(shù)和擾動的界限則影響了系統(tǒng)魯棒性進一步發(fā)揮7. 神經(jīng)網(wǎng)絡控制神經(jīng)網(wǎng)絡控制是近幾年來興起的一種智能控制方式，它模仿人的大腦實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制，適用于線性及非線性系統(tǒng)。早期逆變器采用模擬控制實現(xiàn)滑模變結(jié)構(gòu)控制，存在電路復雜、控制功能有限的弱點。狀態(tài)反饋控制如果對負載擾動不采取有針對性的措施，則會導致穩(wěn)態(tài)偏差重 復 控 制 器 逆 變 器參 考 正 弦 波 輸 出 電 壓圖 17 逆變器重復控制原理框圖11和動態(tài)特性的改變。②應用最優(yōu)控制原理，使系統(tǒng)的階躍響應接近理想輸出，據(jù)此確定狀態(tài)反饋增益[76]。采用狀態(tài)反饋可以任意配置閉環(huán)系統(tǒng)的極點，從而改善系統(tǒng)的動態(tài)特性和穩(wěn)定性，這是狀態(tài)反饋控制的最大優(yōu)點。5. 狀態(tài)反饋控制一般認為，從狀態(tài)空間的角度看，單閉環(huán)控制系統(tǒng)性能不佳的原因是單純的輸出反饋沒有充分利用系統(tǒng)的狀態(tài)信息，如果將輸出反饋改為狀態(tài)反饋可以改善控制效果。在負載階躍變化的第一個基波周期內(nèi)，重復控制器不產(chǎn)生任何調(diào)節(jié)作用，近乎處于開環(huán)狀態(tài)，動態(tài)響應較差；此外，若擾動是非周期性的，重復控制將增大輸出電壓的誤差。為提高系統(tǒng)對指令的快速響應能力，可以加入前饋控制，如圖 17 所示。在大多數(shù)應用中，重復控制采用數(shù)字方法實現(xiàn)。但是無差拍控制需要精確的數(shù)學模型，由于非線性、負載變化和參數(shù)波動等因素的影響，系統(tǒng)的數(shù)學模型具有較大的不確定性，反饋增益需要通過試湊法人工調(diào)節(jié)，因此系統(tǒng)的魯棒性不強，容易造成輸出性能惡化甚至不穩(wěn)定；在非線性負載時 THD 較高，不能完全消除穩(wěn)態(tài)誤差；除此之外，為獲得無差拍效果，可能需要過大的、超出限幅值的控制輸出信號。無差拍控制有優(yōu)良的動態(tài)響應特性，當電源或負載突然變化從而使輸出電壓發(fā)生偏差時，只要一個開關周期就可以使輸出電壓再次跟蹤給定值，即使開關頻率不高也能得到較好的輸出波形品質(zhì)。3. 無差拍控制狀態(tài)變量的無差拍控制最早是由 Kalman 于 1959 年提出，20 世紀 80 年代中期開始將其應用于逆變器控制，其原理框圖如圖 16 所示。文獻[10]對幾種雙環(huán)控制結(jié)構(gòu)作了比較，通過前饋解耦控制大大改善了控制系統(tǒng)的性能。同時，通過電流內(nèi)環(huán)對被控對象的改造，可以大大簡化電壓外環(huán)的設計。2. 雙環(huán)控制PID控 制器 逆 變 器參 考 正 弦 波 輸 出 電 壓圖 14 逆變器 PID 控制原理框圖8由于逆變器輸出端 LC 濾波器具有欠阻尼二階頻率特性，單環(huán)控制對于交流電壓的調(diào)節(jié)有些力不從心。文獻[7]提出了一種采用極點配置來設計 PID 參數(shù)的方法，大大的簡化了控制系統(tǒng)的設計。由于逆變器空載時有很強的振蕩性，積分環(huán)節(jié)又引入新的相位滯后，為保證系統(tǒng)穩(wěn)定，比例環(huán)節(jié)的作用不能太強；加上數(shù)字控制的采樣保持、運算時間引入的相位滯后以及量化誤差等因素的影響，減小了最大可得到的脈寬，使得逆變器的輸出電壓波形畸變較高，特別是在非線性負載條件下輸出電壓的 THD 值較大。由于 PID 控制無法實現(xiàn)對正弦指令的無靜差跟蹤，實際上往往需要增設外環(huán)均值反饋以保證系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度。早期逆變器的波形控制通常采用模擬 PID 控制，單純采用輸出電壓的瞬時值反饋，利用模擬 PID 控制器進行調(diào)節(jié)。其控制對象也由簡單的單輸入單輸出的常系數(shù)線性系統(tǒng)，拓展為復雜的多輸入多輸出非線性系統(tǒng)、柔性系統(tǒng)及離散事件動態(tài)系統(tǒng)等。 控制策略電力電子技術的發(fā)展離不開對功率器件、電路拓樸結(jié)構(gòu)的研究，更離不開各種控制理論的發(fā)展。? 異步、同步串行通信接口和外設接口；? 大量的多功能復用數(shù)字 I/O 接口等。6? 兩組各 8 路并行 10 位高速 A/D 轉(zhuǎn)化器。如 TMS320F240[3],其主要性能如下：? 16 位定點運算，指令周期為 50ns，且大多數(shù)指令為單周期。數(shù)字控制相對于模擬控制，有一系列的優(yōu)點：(1) 硬件電路通用化、標準化，可靠性提高；(2) 緩和了元器件老化，參數(shù)漂移等問題；(3) 控制軟件靈活，可以實現(xiàn)復雜而性能優(yōu)異的控制策略；(4) 借助其數(shù)字通信端口，可以實現(xiàn)計算機控制和網(wǎng)絡監(jiān)控。 硬件技術隨著集成電路的發(fā)展，微處理器性能的不斷提高，在中大功率場合，電力電子電路控制系統(tǒng)逐漸由模擬控制向模數(shù)或全數(shù)字控制轉(zhuǎn)化。5) 具有一定的過載能力和抗沖擊的能力；6) 體積小，重量輕，盡可能高頻化、小型化、輕量化；7) 低的電磁干擾；8) 模塊化和并聯(lián)冗余式供電系統(tǒng)用以擴大總?cè)萘亢吞岣呖煽啃裕鄳目刂齐娐窇骺刂齐娐罚?) 智能化；10) 完善的網(wǎng)絡功能為了滿足逆變器的這些要求產(chǎn)生了很多適合逆變器的控制技術。(3) 提高了信息存貯、監(jiān)控、診斷以及分級控制的能力,使系統(tǒng)更趨于智能化,系統(tǒng)維護方便；(4) 控制策略靈活，可以方便實現(xiàn)許多復雜、智能的算法提高性能。與模擬控制相比，PWM 逆變電源采用全數(shù)字化控制具有以下明顯優(yōu)勢 [4]：(1) 溫度漂移小，抗干擾能力強，可靠性高，穩(wěn)定性好。采用了 PWM 技術的逆變器即為 PWM 逆變器。因此只要對逆變器的開關器件進行適當?shù)目刂?，使得每個脈波的平均電壓、脈波寬或占空比按一定的規(guī)律變化，則逆變電路輸出的多脈波電壓就能與正弦電壓等效。PWM 技術的理論依據(jù)是慣性對象脈沖響應的“沖量等效 ”現(xiàn)象。而在實際應用中通常希望逆變器輸出電壓、功率以及頻率能夠得到有效的控制和調(diào)節(jié)。寬的方波電壓，幅值為 。如果在 期間，SS40t???有門極驅(qū)動信號而同時處于通態(tài)，SS3 截止，則 ；在VUd?期間，S2 、S3 有門極驅(qū)2t?動信號而同時處于通態(tài)，T T 4 截止，則 。S1（S4）與 S2（S3）的驅(qū)動信號互補，即 SS4 有驅(qū)動信號時，SS3 無驅(qū)動信號，反之亦然。由圖 11 可見，當開關 SS4導通，SS3 關斷時，輸出端可獲得正極性的瞬時電壓；而當 SS3導通， S S4 關斷時，輸出端即獲得負極性的瞬時電壓。逆變器由主電路和控制系統(tǒng)兩部分組成。本文主要研究恒壓恒頻的電壓型逆變器，以后所指逆變器如沒有特殊說明都是這種逆變器?，F(xiàn)今，絕大多數(shù)逆變器都采用全控型電力半導體開關器件。早期，中高功率逆變器采用晶閘管開關器件，晶閘管一旦導通就不能自行關斷，關斷晶閘管需要設置強迫關斷（換流）電路。逆變器的輸出可以做成任意多相。3. 按逆變器的結(jié)構(gòu)，可以分為單相半橋、單相全橋、推挽式、三相橋式逆變器4. 依據(jù)開關器件及其關斷（換流）方式的不同可分為采用全控型開關的自關斷換流逆變器和采用晶閘管半控型開關的強迫關斷晶閘管逆變器兩類。電壓型逆變器的輸入為直流電壓源，逆變器將輸入的直流電壓逆變輸出交流電壓；電流型逆變器的輸入端串接有很大的電感，形成平穩(wěn)的直流電流源，逆變器將輸入的直流電流逆變?yōu)榻涣麟娏鬏敵?。逆變器的應用如此廣泛，類型也很多。所以電源是電子設備的心臟部分，其質(zhì)量的好壞直接影響著電子設備的可靠性，電子設備的故障 60％來自于電源，于是電源越來越受到人們的重視。在各種電力電子裝置中，逆變電源是應用范圍最廣的，直接 DC/AC 變換或間接 AC/AC 變換的場合，都需要逆變電源。電力電子變換技術就是利用電力電子開關器件作為開關管，按一定的拓撲結(jié)構(gòu)連接的電能控制、變換電路所完成的變換功能。其后出現(xiàn)的功率場控晶體管、絕緣門極晶體管等形成了一個新的全控型器件大家族。電力電子器件是電力電子技術的基礎，電力電子技術是隨著電力半導體器件的發(fā)展而發(fā)展的。隨著科學技術的發(fā)展，電力電子技術又與現(xiàn)代控制理論、材料科學、電機工程、微電子技術等許多領域密切相關。電力電子技術包括電力電子器件、電力電子變換技術和控制技術三個部分，其中以電力電子器件的制造技術為核心技術。關鍵字：三相逆變器