【三相电压型逆变器的原理分析3200字】

VII三相电压型逆变器的原理分析目录TOC\o"1-3"\h\u20361三相电压型逆变器的原理分析 1322971.1三相电压型逆变器简介 1140941.2三相电压型逆变器的SVPWM技术 412811.1.1SVPWM控制原理 472851.3.2SVPWM实现 7逆变器经过了长足的研究和发展，形成了多种拓扑结构，并广泛应用于各个领域。近年来随着逆变技术又成为研究热点，又涌现出许多新的拓扑结构，如Z-源逆变器(Z-Sourceinverter,ZSI)，准Z-源逆变器(quasi-Z-sourceinverter，qZSI)等。在众多的逆变器结构中，三相电压型逆变器(VoltageSourceInverter，VSI)因其结构简单，通用性强等优点而应用最多最为广泛。1.1三相电压型逆变器简介图1.1三相电压型逆变器电路拓扑结构图如图1.1所示为三相电压型桥式逆变电路拓扑结构图，该电路主要由6只功率开关器件和6只续流二极管以及带中性点的直流电源构成。在功率开关器件VT1~VT6的控制下，导电方式为180°导电，即每个桥臂导通角为180°，同一相（即同一半桥）上下两个桥臂交替导通，各相开始导通的角度依次相差120°。这样在任何时刻VT1~VT6都将有三个桥臂同时导通，导通的顺序为123→234→345→456→561→612。VT1~VT6以60°的电位差依次开通和关断，在逆变器输出端形成a、b、c三相电压。输出电压分析：（1）负载为三角形联接时，负载相线电压相等uAO'、uuAB三角形联接电压输出波形如图1.2所示。图1.2三角形联接输出电压波形图（2）负载为星形联接时模式1（0≤ωt≤πuAO模式2（π3uAO=模式3（2πuAO（a）VT5、VT6、VT1导通（b）VT6、VT1、VT2导通（c）VT1、VT2、VT3导通图1.3星型联接负载星形联接输出电压波形如图1.4所示。图1.4星形联接输出电压波形1.2三相电压型逆变器的SVPWM技术SVPWM（SpaceVectorPulseWidthModulation）是三相电压型逆变器中被广泛采用的一种控制方法，它主要由三相功率逆变器的六个功率开关组成的特定开关模式来产生的脉宽调制功率波，会使其开关输出的三相电流功率波形最大限度的接近于理想的三相正弦功率波形[15]。空间输出电压矢量PWM与传统的正弦PWM不同，它主要指的是从三相空间输入输出电压的系统整体效果考虑，能够让电机在运转时获得一个理想的圆形磁链运动轨迹[16]。1.1.1SVPWM控制原理电压平均值等效组合原理是SVPWM的基础原理，即在一个开关的工作周期内对基本电压矢量进行组合，使它的平均值与给定的电压矢量相等。在某个特定时候，旋转电压的矢量到某一特定区域中时，就可以通过这个区域一个零矢量和两个相邻的非零矢量在时间上的不同组合来得到。两个矢量的作用时间在同一个周期内进行多次的施加，以达到控制每个矢量的作用时间的目的，能够使电压的空间矢量非常接近圆型轨迹，逆变器不同的开关状态所产生的实际磁通量去接近一个理想的磁通圆，并且由两者进行比较后的结果用来决定逆变器的最终开关状态，从而得到PWM波形。逆变电路如图1.1示。设直流侧的母线电压为Ud，逆变器的三相输出电压分别为UA、UB、UC，,这三个输出电压的相位在三相平面静止坐标系上的空间相位上互差为120°，然后定义这三个电压空间矢量分别为UA(t)、UA其中，θ=2πft，下式表示三相电压空间矢量相加的合成空间矢量U(t)=U可见U(t)是一个旋转的空间矢量，它的幅值为对应相电压峰值的1.5倍，Um为相电压的峰值，且以角频率ω=2πf按照逆时针方向进行匀速旋转的空间矢量，而空间矢量U(t)因为逆变器的三相桥臂上有6个开关，为了研究它各相的上下桥臂在不同开关状态时逆变器输出的空间电压矢量，因此定义开关函数SxSx(Sa、Sb、Sc)的全部可能组合形式一共有八个，其中包括6个非零矢量Ul(001)、U2(010)、U3(011)、U4(100)、U5(101)、U6(110)、和两个零矢量U0(000)、U7(111)，下面以其中一种开关的组合为例进行分析，假设SxUab通过求解上述方程可得：UaN表2-1开关状态与相电压和线电压的对应关系如图1.5所示为电压合成矢量的大小和位置：图1.5电压合成矢量图其中非零矢量的幅值相同（模长为2U0T通过变换，可等效为下式：Uref其中，Uref为期望电压矢量；T为采样周期；Tx、Ty、T0分别对应两个非零电压矢量Ux、Uy和零电压矢量U0在一个采样周期的作用时间；这其中U0包括了U由于三相正弦波电压在电压空间向量中会合成一个等效的旋转电压，它的旋转速度就是输入的电源角频率，等效旋转电压的轨迹将会形成一个圆形。所以为了能够产生三相正弦波电压，可以利用电压向量合成的技术，在电压空间向量上将设定的电压向量由U4(100)位置开始，每一次增加一个小的增量，每一个小的增量设定电压向量可以利用这个区域中相邻的两个基本非零向量与零电压向量进行合成，这样所得到的设定电压向量就等会效于一个在电压空间向量平面上平滑旋转的电压空间向量，从而达到电压空间向量脉宽调制的目的[17]SVPWM的算法实现的基本过程为：（1）参考电压向量Uref（2）对于基本矢量在各扇区中的作用时间求解计算；（3）确定各电压空间矢量的切换点。1.3.2SVPWM实现（1）参考电压矢量UrefSVPWM控制算法第一步是判断出Uα和U0<arctanUβ通过式（2-11）再结合矢量图的几何图分析就可以知道合成的电压矢量Uref落在第I扇区的等价条件为：Uα>0，同理可得合成的电压矢量落在其它扇区的等价条件，结果如下表所示：表2-2Uref把上述的条件再进行的分析，就可看出参考电压矢量Uref所在的扇区完全是由Uβ，3Uα-Uβ，-3U1=从式（2-9）中分析，U1、U2以及U3与0的关系，直接可以得到扇区的关系。可以将三式得到的状态用ABC表示，ABC的值只能取1或0，由U1、U2以及U3的正负决定。当U1>0时，A=1，否则A=0；当U2>0时，B=1，否则B=0；当U3>0时，C=1，否则C=0，最终N=4*C+2*B+A，N值与扇区的对应关系如图2-3所示。表2-3N值与扇区对应关系（2）对于基本矢量在各扇区中的作用时间求解计算确定参考电压矢量所在的扇区位置之后，这只是完成了SVPWM原理的第一步，之后再对参考电压所在扇区两个相邻的电压矢量的作用时间和零矢量的作用时间进行计算。这里以第扇区I为例进行分析，如图1.4所示，输入侧直流电压为Ud，采样周期为Ts，矢量U4,U6和零矢量的作用时间T4U4用α,β坐标系描述，则有：23且：T0T4T6T0当UrefX=3Y=(3Z=(-3对于不同的扇区，相邻两电压矢量分别作用的时间为Tx和Ty（例如在扇区Ⅰ中的Tx表示T表2-4各扇区空间电压矢量的作用时间（3）确定各电压空间矢量的切换点表2-4中所得到的空间电压矢量的作用时间，结合扇区以及空间矢量的作用时间，得到三个桥臂的开关管在各个扇区作用时间的计算式如式（2-22）所示。T