三相四桥臂逆变电源的设计毕业设计(编辑修改稿)

三相四桥臂逆变电源的设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

示，为了便于分析，假设直流电源 E 一分为二，中间电位为0。 图 21 三相三桥臂逆变器 三相三桥逆变器只能带三相线性对称负载，也就是说，假设输出电压为 v。 ，负载电流为 i0，每相都满足 i0=f(v0)， f(x)是线性可微分函数。 三个桥臂的中间的电压为 vl、 v v3，输出中点电压为 vn，电感电流分别为 i i i3，三相输出电压分别为 v0 v0 v0输出电流为 i01 、 i02 、 i0滤波器有 L1=L2=L3=L、以C1=C2=C3=C。 由 0101 10202 20303 3VtVtVtdC i iddC i iddC i id （ 31） 18 且 io1+i02+i03=0 （ 32） i1+i2+i3=0 （ 33） 式（ 31）中三式相加得 0 1 0 2 0 3() 0v v vtdCd  （ 34） 由（ v01+v02+v03） |t=0=0 条件可得（ v01+v02+v03） =0. 由于 11 0122 0233 03intintintdv v L vddv v L vddv v L vd       （ 35） 式（ 35）可写成  101 1202 203 331 0 0 1 0 0 11 1 10 1 0 0 1 0 10 0 1 0 0 1 1itintitddvvdv v vd L L Lvvdd                                                     （ 36） 将式（ 33）和（ v01+v02+v03） =0 可得 v1+v2+v3=3vn, ,从而式（ 36）可写为式（ 37）， 而式（ 31）可写为式（ 38） 101 1202 203 331 0 0 2 1 1110 1 0 1 2 130 0 1 1 1 2itititddvvdd L Lvvdd                                            （ 37） 19 0111022233031 0 0 1 0 0110 1 0 0 1 00 0 1 0 0 1VtVtVtddivdi f vd C Civdd                                         （ 38） 由于 i1+i2+i3=0 和 v01+v02+v03=0 可以知道 i i i v0 v0 v03中只有四个独立变量，设为 i i v0 v02，可得 101 102 221 0 2 1 1110 1 1 2 13ititdd v vv vd LLd                    （ 39） 011122021 0 1 0110 1 0 1VtVtdd iv fd CCd                        （ 310） 如果逆变器带阻性负载 R，那么 i0=f(v0)=v0/R,可得 x Ax Buy Cx 120102iixvv 123vuvv 0102vy v 10 0 010 0 011001100LLAC CRC CR 2 1 13 3 31 2 13 3 3000000L L LB L L L 0 0 1 00 0 0 1C   系统的能控矩阵 E=[B AB A2B A3B A4B A5B],求解 rank(E)=4,则从控制理论 20 的角度知该系统完全可控。 利用系统的能控矩阵 [B AB A2B A3B]可以判断系统完全可控 [18]。 当负载为感性负载，设负载为电感 L0和电阻 R 串联，系统的状态方程为 ： x Ax Buy Cx 1201020102iivxvii 123vuvv 0102vy v 000010 0 0 0 010 0 0 0 0110 0 0 00110 0 0 010 0 0 010 0 0 0LLCLACLRLLRLL  2 1 13 3 31 2 13 3 3000000L L LBL L L 0 0 1 00 0 0 1C  系统的能控矩阵 E=[B AB A2B A3B A4B A5B],求解 rank(E)=6,则从控制理论的角度知该系统完全可控。 所以三相三桥臂逆变器是基于数学模型的可控性的控制，在权衡电压、开关损耗、谐波含量等因素的基础上，合理选择 V1， V2， V3的过 21 程。 在 ABC 静止坐标系中建立三相四桥臂逆变器的数学模型 三相逆变器广泛应用于交流电动机的变频调速，或者为感应电热炉提供中频电源，为电子计算机、医用设备等重要装置提供不停电的工作电源。 它一般采用三个桥臂的结构。 这种结构由于没有中线，所以一般应用于对三相线性平衡负载的供电。 一般场合的电源系统中，负载往往是不平衡，且是变化的，这就要求逆变器形成三相四线输出。 本文所研究的四桥臂三相逆变器是在传统的三桥臂结构的基础上增加了一个桥臂，用这个桥臂来构成中线 (如图 32)，从而在负载不 对称时省去中点形成变压器，以减小系统的体积和重量。 图 32三相四桥臂逆变器 与三相三桥臂逆变器类似，同样用三相电流和电压作为变量。 假设直流电源E 一分为二，中间电位为 O。 三桥臂三相逆变器带三相线性对称负载，所以i1+i2+i3=0 为约束条件，由三个桥臂的中间的电压为 vl、 v v3决定三相输出电压 v0 v0 v03。 而在三相四桥逆变器中 i1+i2+i3≠ 0，由 vl、 v v3和第四桥臂的中间的电位 v4共同决定三相输出电压 v0 v0 v03。 由与三相三桥臂逆变器的分析方法类似可得  101 1202 2 403 331 0 0 1 0 0 11 1 10 1 0 0 1 0 10 0 1 0 0 1 1itititddvvdv v vd L L Lvvdd                                                     （ 311） 22 011 01022 023 03031 0 0 1 0 0110 1 0 0 1 00 0 1 0 0 1VtVtVtddivdi f vd C Civdd                                         （ 312） 式 (312)中 i01=f1(v01), i02=f2(v02), i03=f3(v03)。 从公式中可知 v v v v4中只要有三个独立变量，就可以对系统的输出进行控制。 在 1v 、 2v 、 3v 、 4v 、中选择三个独立变量的最简单的方法是让其中的一个变量为确定值。 1v 、 2v 、 3v 、 中的一个为零，比如 3v =0，也可以，但这时 1v 、 2v 、 3v 的对称性被破坏了，要求加大输入电容和直流输入电压，所以一般情况下不会采用这种结构，除非在紧急或冗余工作的情况下可以采用。 一般常用方法是找到 ,它们之间的一个关系，这个关系可以是由 v v v3决定 v4，也可以是由 v4决定 v v v3，同时，这个关系也必须权衡电压应力、开关损耗等因素。 本论文将分别介绍了由 v v v3 决定 v也可以是由 v4决定 v v v3的几种控制策略。 三相四桥逆变器在 dqo旋转坐标系中的数学模型 三相三桥逆变器只能带三相线性对称负载， v v v3只有两个独立变量，因此，通过坐标变换，减少变量个数，是三相逆变器控制中经常采用的方法。 三 相三桥逆变器中没有零序分量，可以采用 ABC 静止坐标系到 dq 旋转坐标系的变 换。 三相四桥逆变器的 v v v v4 中只要有三个独立变量，就可以对系统进行控制，所以也可以考虑进行类似的变换，三相四桥逆变器中有零序分量，可以采用 ABCN 静止坐标系到 dqo 旋转坐标系的变换，在图 32 中，首先定义输出三相电压的 中点电位 4 0nvv , am , bm , cm , nm 分别为四个桥臂的开关调制系数，有 23 0102031 0 0 10 1 0 1EE=0 0 1 1220 0 0 00an ab n bcnnv mm mv m m mmv mmmv             （ 313） 考虑 ABCN 静止坐标系到  静止坐标系的变换，为了使变换阵为方阵，可以对变量进行增广，即 ABCN 静止坐标系到  z 静止坐标系，变量 x 可以是电压或电流。 1110223300222311132 2 2 2 2 2 2 233332 2 2 2 2 2 2 2aabbzcconnzxxxxxxTxxxxxx                         。