自然坐标系SVPWM四桥臂中频逆变器调制策略研究

《自然坐标系SVPWM四桥臂中频逆变器调制策略研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、自然坐标系SVPWM四桥臂中频逆变器调制策略研究400Hz中频电源作为军用错达、航电设备和部分装甲车辆设备的基准电源之一【1可，其电能质量水平关乎武器装备性能，中频电源的主耍负载为电机类负载，大部分工况F处于不平衡的负载状态，而传统中频电源带不平衡负载能力较弱，稳定性和可弟性较差，因此研究中频逆变电源有很重要的意义。三相四桥怦逆变拓扑即在传统三相全桥逆变的基础上增加了一个第四桥臂，将三相负载的中性点与第四桥臂的中点相连，通过第四桥臂来控制屮性点电压，使三相四桥臂逆变器可以产生三相独立的电压，使逆变器具冇稳定三相电压对称输出的能力。这种逆变拓扑具冇控制方法灵活、直流电压利用率高和无需并联大的直流

2、电容的优点，避免连接中点形成变压器，大大减少逆变器的体枳重量，减少对各类武器系统、装甲车辆和航空平台冇限体积的占用，因此得到广泛的重视和研究。三相四桥臂逆变拓扑的调制策略上要冇脉宽调制⑶、滞环电流控制⑷、空间矢量脉宽调制(SpaceVectorPulse-WidthModulation,SVPWM)⑸等策略。其中SVPWM具冇易实现数字控制和直流母线电压利用率高的优点，因此多应用于逆变器调制中。传统的基于apY坐标系的SVPWM策略【6叩，需要反复对三相电压电流进行坐标变换，运算过程复杂，口必须根据负载情况來确定参考电压，当负载突变或不明时，参考电压的轨迹无法确定，导致实时控制困难。文献［8］

3、提出了一种基于abc自然坐标系的三维空间矢量脉宽调制技术，计算方法简单，并且可拓展到多电平三相四桥臂逆变器屮进行运用，但参考电压的计算方法尚未给出。本文基于自然坐标系的SVPWM技术，研究三相四桥臂逆变器的调制策略，通过建立分析四桥臂拓扑的平均电流模型，确定参考电压，并根据“伏秒平衡”原则计算参考电压的占空比。由于参考电压是根据负载电流实时计算出的，因此逆变器在三相不平衡负载条件下可稳定输出三相对称电圧，且总谐波畸变率较小,并通过仿克和实验加以验证。基于自然坐标系SVPWM理论分析1.1空间矢量及电压矢量的合成与选择图1为三相四桥臂逆变器主电路拓扑。主拓扑有四对桥臂，每对桥臂对应两种开关状态，

4、共组成24=16种开关组合状态，将各桥臂的开关状态用开关矢戢S表示：上桥臂导通，卜桥臂关断下桥臂导通，上桥臂关断上式中匸a,b,c,n,分别表示逆变器的A、B、C和N相。且需注意同一桥臂的上下两个开关器件不能同时导通，否则会出现桥怦直通现象，破坏开关器件。根据开关状态可得到电压欠量：bA-"NSa-S“VABc=•bn=丨B-$=FdcS

5、>-SnICNVC-VNS-SLn%结合式(1),可得到逆变器的16种开关组合状态与空间电压矢最的对应关系，如表1所示。表1的16种开关状态对应空间电压矢量描绘到abc自然坐标系中，可得如图2空间电压矢量图。图2可看作是一个封闭十二面体，可用平而Va=O、V

6、b=0.Vc=O和平tfriVa・Vb=O、Va-Vc=O.Vb-Vc=O将十二而体分割为二十四个空间四而体，每个四而体由两个零电压矢量(Vi、W6)和三个非零电压矢量构成。只要确定了参考电压矢fiVref落在哪个四而体中，即可用对应的空间电压矢虽来合成。为判断参考电压矢量落在某个四面体中，将该矢量与Va=O、Vb=0.Vc=O和Va・Vb=O、Va-Vc=O.vb-vc=o六个面进行比较，通过判断比较结果來确定合成参考电压矢戢的四血体。利用二进制计数法，对六个比较结果进行加权计算，用以标记四面体，特做如卞定义：

7、1(U0)!0(几<0)

8、1(%三0)0(Vfc<0)(11(Ifa-0)「0(

9、”U)「二1仆&0)0(Vfb<0)「I1IIIfbM0)4"Io(HvO)「二

10、1(心-％M0)f(Vft-V,<0)其中％、Vfb、Vfc是参考电压矢量Vref归一化到abC自然坐标系卜-的量，指针函数的表达式为：由式(2)计算得RP值见表2,其对应二十四个四而体，RPffi确定参考电压矢量所在四而体，选择该四而体的非零矢量和零矢量合成参考电压矢量。1.2电压矢量占空比的计算参考电圧矢最由非零矢最和零矢最合成，开关电压矢最的作用时间可根据“伏秒平衡”原则求得：［您］%%%其中归■Mi-IJibl型l也h1出c1雄［心上式中V"、Vd2、Vd3为di、d2、d3对应的非零开关矢量,且下标a、

11、b、c分别表示开关矢量在abc坐标轴的投影值。确定了RP的值，就可根据参考电压得到合成的空间矢最和占空比，具体结果见表2.由衣2可知，通过计算RP值来确定空间四而体、开关电压矢量和占空比的策略，相比于在c(By坐标系的占空比求取更简单，易于数字化控制技术的实现。1.3参考电压矢量的计算建立abc坐标系下三相四桥粹逆变器平均电流模型叫如图3所示，输出电压等效为受控电压源。Ia，Ib，lc为等效成电流