三相四桥臂隔离型逆变器控制方法

摘要

本发明公开了一种三相四桥臂隔离型逆变器及其控制方法，所述逆变器包括输入滤波电容、逆变桥臂、隔离变压器、二极管桥臂、四个双向开关组成的双向开关组、三相四桥臂、输出滤波器。本发明采用改进的三维空间矢量调制方法控制变换器，实现变压器的伏秒平衡以及功率变换。本发明解决了现有技术中带不平衡负载的三相逆变器不能实现高频电气隔离以及目前实现高频电气隔离的逆变器不具备带不平衡负载能力的问题。

主权项

一种三相四桥臂隔离型逆变器的三维空间矢量控制方法，其特征是：所述三相四桥臂隔离型逆变器包括：输入滤波电容(1)、逆变桥臂(2)、隔离变压器(3)、二极管桥臂(4)、四个双向开关组成的双向开关组(5)、三相四桥臂(6)、输出滤波器(7)；逆变桥臂(2)与输入滤波电容(1)并联，逆变桥臂(2)两个桥臂中点分别与隔离变压器(3)原边绕组两端相连；二极管桥臂(4)与三相四桥臂(6)并联，三相四桥臂(6)四个桥臂中点分别与四个双向开关的一端相连，四个双向开关的另一端均与隔离变压器(3)副边绕组同名端相连，二极管桥臂(4)中点与隔离变压器(3)副边绕组异名端相连；输出滤波器(7)为LC滤波器，由四个滤波电感和三个滤波电容组成；四个滤波电感的一端分别与三相四桥臂(6)中四个桥臂的中点相连，其中三个滤波电感的另一端分别与三个输出滤波电容的一端串联，三个输出滤波电容另一端相连，构成输出地；三相负载分别与三个输出滤波电容并联；第四个滤波电感的另一端接输出地；逆变桥臂(2)由四个开关管组成，第一开关管Q_s1的发射极与第二开关管Q_s2的集电极相连作为一个桥臂，第三开关管Q_s3的发射极与第四开关管Q_s4的集电极相连作为一个桥臂，第一开关管Q_s1、第三开关管Q_s3的集电极相连，第二开关管Q_s2、第四开关管Q_s4的发射极相连；双向开关组(5)由八个开关管组成，第五开关管Q_a2的发射极与第六开关管Q_a3的发射极相连组成一个双向开关，第七开关管Q_b2的发射极与第八开关管Q_b3的发射极相连组成一个双向开关，第九开关管Q_c2的发射极与第十开关管Q_c3的发射极相连组成一个双向开关，第十一开关管Q_n2的发射极与第十二开关管Q_n3的发射极相连组成一个双向开关；三相四桥臂(6)由八个开关管组成，第十三开关管Q_a1的发射极与第十四开关管Q_a4的集电极相连作为一个桥臂，第十五开关管Q_b1的发射极与第十六开关管Q_b4的集电极相连作为一个桥臂，第十七开关管Q_c1的发射极与第十八开关管Q_c4的集电极相连作为一个桥臂，第十九开关管Q_n1的发射极与第二十开关管Q_n4的集电极相连作为一个桥臂，第十三开关管Q_a1、第十五开关管Q_b1、第十七开关管Q_c1、第十九开关管Q_n1的集电极相连，第十四开关管Q_a4、第十六开关管Q_b4、第十八开关管Q_c4、第二十开关管Q_n4的发射极相连；采用格式定义开关状态，其中S_a代表第十三开关管Q_a1、第五开关管Q_a2、第六开关管Q_a3、第十四开关管Q_a4的开关状态，S_b代表第十五开关管Q_b1、第七开关管Q_b2、第八开关管Q_b3、第十六开关管Q_b4的开关状态，S_c代表第十七开关管Q_c1、第九开关管Q_c2、第十开关管Q_c3、第十八开关管Q_c4的开关状态，S_n代表第十九开关管Q_n1、第十一开关管Q_n2、第十二开关管Q_n3、第二十开关管Q_n4的开关状态；Q_i1导通时，S_i为0⁺；Q_i2导通时，S_i为1^‑；Q_i3导通时，S_i为1⁺；Q_i4导通时，S_i为0^‑；Q_i2与Q_i3均导通时，S_i为1，其中i＝a，b，c，n；S₁代表第一开关管Q_s1、第四开关管Q_s4的开关状态，S₂表示第二开关管Q_s2、第三开关管Q_s3的开关状态，导通为1，关断为0；Sign{v_Tr}代表变压器两端电压方向，同名端为正代表正方向；所有不同组合的开关状态所合成的空间电压矢量组成三维空间图，形成一个六棱柱；将三维空间矢量图投影到αβ平面上得到一个六边形，包含6个非零电压矢量以及2个零电压矢量；这些非零电压矢量和零电压矢量均定义为基本电压矢量；由6个非零电压矢量方向将整个六边形分成六个扇区，而在空间内将整个六棱柱分成了6个三棱柱；对6个三棱柱按照三相电流方向进行进一步划分，将每个三棱柱划分为2个小三棱柱，即整个六棱柱划分为12个小三棱柱，在每个小三棱柱内三相电流方向不发生变化，每个三棱柱内有三个非零电压矢量和两个零电压矢量，由这些基本电压矢量作用合成目标电压矢量；在矢量合成时，通过控制各基本电压矢量的作用时间来满足目标电压矢量的幅值与相角，同时保证变压器的伏秒平衡。