【《三相电压型PWM逆变器工作原理综述》1800字】

三相电压型PWM逆变器工作原理综述目录TOC\o"1-3"\h\u5513三相电压型PWM逆变器工作原理综述 111461.1三相电压型PWM逆变器的原理分析 1213241.2三相电压型PWM逆变器的拓扑结构 2313141.2.1逆变器的拓扑结构及开关状态 3223991.2.2逆变器的换流过程 31.1三相电压型PWM逆变器的原理分析PWM逆变器电路主要有两种拓扑结构，分别为电压型和电流型。其中，电压型逆变器的电路结构比较简单，与电流型逆变器相比，其电路的拓扑结构更加的简单，并且输出电压的THD更小。因此，电压型逆变器更容易实现，并且具有功率可以双向流动的优点，在较简单、体积较小的输出滤波器的存在下减小电磁干扰，具有良好的动态响应。三相电压型PWM逆变器拓扑结构如下图2.1所示：图2.1三相电压型PWM逆变器拓扑结构当逆变器处于正常且稳定的工作状态时，上下两桥臂中的开关管，在任何时候，只存在一个开关管处于导通的状态。将开关管分为三组，即Q1Q4、Q2Q5、Q3Q6三组开关管，当上、下桥臂开关管导通时记作“1”，关闭时记作“0”，由此可以得到更加直观的逆变器的开关状态。例如（000）表示所有上臂断开，臂的输出端线电压为零，这种状态称为零。通过图2.1给出的拓扑结构，可以建立其数学模型。当波形发生器处于稳定工作时，可定义单极性的二值逻辑开关函数Tj为： (2.1)由基尔霍夫电压定理可得A相回路方程： (2.2)当开关管Q1导通而Q2关断时，Q1=1，且eaN=udc；当Q1关断而Q2导通时，Q1=0，且eaN=0。则有： (2.3)将式(2.3)带入式(2.2)可得： (2.4)根据A、B、C三相对称，可得其他两相的方程为： (2.5) (2.6)考虑到电路模型是三相三线拓扑结构，系统中没有中性线，因此系统中不会出现零序电流。因此，分析中只考虑三相对称性。 (2.7)可得到三相电压型PWM逆变器在低频段的数学模型： (2.8)1.2三相电压型PWM逆变器的拓扑结构随着PWM控制技术和IGBT等功率开关器件的发展，PWM逆变器已广泛应用于各种类型的电力电子器件[17-18]。PWM逆变器按照直流侧的不同的储能设备，可以分成两种：电流型和电流型PWM逆变器。本文选取三相电压型PWM逆变器作为主要研究对象。三相电压型PWM逆变器的主要部分为逆变器、滤波器和负载，即逆变器可以在控制指令的作用下将DC逆变成AC。接下来将对三相电压型PWM逆变器的拓扑结构、开关状态、换流过程和运行过程进行进一步分析。1.2.1逆变器的拓扑结构及开关状态图2.2所示为现在使用率最高的一种三相电压型PWM逆变器的主电路，其拓扑结构为半桥式拓扑结构，其开关管由可控器件VT1～VT6和VD1～VD6通过并联的方式形成。其中。UDC是直流电压源，eu、ev、ew是三相电压，Uu、Uv、Uw为三相电压。图2.2半桥拓扑结构在该拓扑结构中，三相PWM逆变器的桥臂中的开关管，在正常工作运行时的任意时刻，只存在一个处于导通状态的开关管。将开关管分为3组，每组处于导通状态记为“1”，关断状态记为“0”，由此按照组合排列的规则可以得到八组不同的组合方式即八种开关状态，分别对应八种不同的输出交流电压矢量。(000)、(111)为零开关状态，(100～101)为非零开关状态。1.2.2逆变器的换流过程如图2.3，假设在逆变器主电路中电流方向如图所示，其中逆变器各桥臂中的电流分别用I1I2I3I4I5I6来代表，电流的参考方向与图中箭头方向相同。2.3逆变器输出交流电压空间逆变器输出交流电压空间矢量分为六个区域，如图2.4所示：图2.4工作区间的划分1.2.3逆变器运行状态和控制原理在稳态条件下，PWM逆变器交流侧矢量关系如图2.5所示。（a）(b)（c）(d)纯电感单位功率因数纯电容单位功率因数特性运行整流运行特性运行逆变运行图2.5PWM逆变器交流侧稳态矢量关系图2.5是三相电压型PWM逆变器交流测的稳态矢量关系图，分别表示了PWM逆变器的四种不同的运行状态，交流电网的电动势矢量用E来表示，交流侧电感电压矢量用L来表示，交流电流矢量用I来表示，交流电压矢量用V来表示。由于LV=ωLI，假设在三相电压型PWM逆变器运行时的交流电流矢量为一个准确值且不发生改变并且以交流电网电动势矢量为参考矢量时，可以得出ωLI也是一个固定值，三相电压型PWM逆变器的的交流电压矢量V的运行轨迹是一个以LV为半径的圆形轨迹的结论。并且，若使逆变器在四象限内运行，可以通过控制交流电压矢量V来进行控制。图2.5a-d，分别表达了当逆变器处于纯电感特性运行、单位功率因数整流运行、纯电容运行和单位功率因数逆变运行四种运行方式时，E、L、I和V的矢量关系。当交流电压矢量的端点