四開關(guān)三相逆變器的pwm脈沖生成方式
屠黎俊，孫培德，劉曉潔
(東華大學(xué)，上海201620)
摘要：研究四開關(guān)三相逆變器電路，對pwm脈沖信號生成方式進行了分析．采用四個基本矢量控制的空間矢量控制方案，通過選取三個或四個基本矢量合成等組合方式來實現(xiàn)所需的電壓輸出，并對不同矢量合成組合進行研究。
關(guān)鍵詞：pwm；空間矢量；四開關(guān)；三相逆變器
中圖分類號：tm34 文獻標(biāo)識碼：a 文章編號：1加4—7018(2009)12—0038—04
0引言
三相逆變器的研究是電力電子的重要研究方向，傳統(tǒng)的三相逆變器是由三組橋臂、六個開關(guān)管組成，其成本較高，所采用的空間矢量控制方式通常是基于六個基本空間矢量合成的。四開關(guān)三相逆變器減少了兩個開關(guān)，以一組電容代替。相應(yīng)的矢量控制也與傳統(tǒng)的控制方式不同，以四個基本矢量來合成，控制簡便，成本低廉。華中科技大學(xué)對此進行了研究，并引入了雙環(huán)解耦的控制策略[1]。浙江大學(xué)研究的四開關(guān)三相逆變器電路，在矢量合成方式上采用了兩個奇矢量和一個偶矢量[2]。國內(nèi)文獻較少涉及以矢量合成方式作為主要研究對象的。本文主要研究矢量合成的四種方式：(1)兩個奇矢量和一個偶矢量；(2)一個奇矢量和兩個偶矢量；(3)占不同時間權(quán)重的奇矢量和偶矢量合成方式；(4)重新劃分扇區(qū)后的新型矢量合成方式。四開關(guān)三相逆變器電路結(jié)構(gòu)如圖1a所示。
本文所呈現(xiàn)的pwm脈沖信號控制的四開關(guān)三相逆變器，其主要思想是基于空間矢量pwm技術(shù)。其基本原理是在一個開關(guān)周期內(nèi)，選取三個或四個基本矢量等不同矢量合成組合方式來實現(xiàn)同一電壓輸出的目的，并通過一個參數(shù)來實現(xiàn)對不同矢量組合要求的控制。
1原理分析
四開關(guān)三相逆變器(以下簡稱fstpi[1])電路拓撲結(jié)構(gòu)如圖1 a所示，圖1b和圖lc分別為逆變器負載的y型聯(lián)結(jié)和△型聯(lián)結(jié)，本文主要研究y型負
載。逆變器由四個開關(guān)管和兩個電容構(gòu)成。逆變器的開關(guān)狀態(tài)量由四個二進制變量表示，即s1～s4其中二進制數(shù)1表示開關(guān)閉合，o表示開關(guān)斷開。開關(guān)變量中，s1、s3與s4、s2兩組互補。圖1b中各電壓關(guān)系分別為：v1="va0"-vno,v2=vbo-vno,v3=vco-vno.得出αβ坐標(biāo)系下電壓表達式[3]：
標(biāo)系的i～ⅳ區(qū)間，如圖2所示。矢量v1、v3大小相等，方向相反；v2、v4大小相等，方向相反，其幅值為前者的√3倍。  在矢量合成中，合成矢量與時間的乘積等于基本矢量與相應(yīng)的時間乘積之和。則有如下關(guān)系式：
式中：t為開關(guān)周期；v為合成參考電壓；t1～t4分別為基本矢量v1～v4在一個開關(guān)周期內(nèi)作用時間。
從上述方程中仍無法分別解出t1～t4，將要求解的四個未知開關(guān)矢量轉(zhuǎn)化成三個才能求解。而實際電路所要求解的參數(shù)為相鄰的兩個基本矢量的作用時間以及零矢量的作用時間。在六開關(guān)的矢量合成方法中，用相鄰的兩個基本矢量和零矢量來構(gòu)成所需的矢量，而在四開關(guān)中，沒有零矢量，岡此只能通過兩個方向相反的矢量作用相等的時間來構(gòu)成。
由式(7)、式(8)可知，合成奇矢量v1、v3作用時間為t13，偶矢量v2、v4作用時間為t24。定義一個開關(guān)周期內(nèi)剩余時間為：δt=t—|t13|-|t24|。定義矢量v1、v3在一個開關(guān)周期內(nèi)剩余時間權(quán)重為λ(o≤λ≤1)；則矢量v2、v4的時間權(quán)重為1-λ。在一個開關(guān)時間周期內(nèi)，各扇區(qū)基本矢量作用時間計算公式如下[5]：
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