三相四桥臂隔离型逆变器及其控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种三相四桥臂隔离型逆变器及其控制方法，所述逆变器包括输入滤波电容、逆变桥臂、隔离变压器、二极管桥臂、四个双向开关组成的双向开关组、三相四桥臂、输出滤波器。本发明采用改进的三维空间矢量调制方法控制变换器，实现变压器的伏秒平衡以及功率变换。本发明解决了现有技术中带不平衡负载的三相逆变器不能实现高频电气隔离以及目前实现高频电气隔离的逆变器不具备带不平衡负载能力的问题。
【专利说明】三相四桥臂隔离型逆变器及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及三相逆变器，尤其涉及一种三相四桥臂隔离型逆变器及其控制方法。
【背景技术】
[0002]三相逆变器在独立运行模式下向三相负载供电，其输出电压应满足各相幅值相等且各相相位差为120度的条件。如果三相电压不能同时满足幅值与相位的条件，则三相输出电压被认为不平衡。引起三相电压不平衡有两个主要原因:三相电路参数不对称以及三相负载不对称。三相电压不平衡会对用电设备及供电设备造成许多不利因素。严重情况下，可能导致设备的永久性损坏。因此，三相电压平衡状况是电能质量的重要指标之一，在一些特定的场合中，三相逆变器必须有带不对称负载的能力，即在三相负载不对称的情况下，三相电压仍然保持平衡。
[0003]对于三相逆变器不平衡抑制的研究主要集中在拓扑和控制策略两个方面。控制策略较多，而拓扑的研究相对较少，比较常见的三相逆变器拓扑有五种:分裂电容式逆变器拓扑、三相全桥带三角星形隔离变压器逆变器拓扑、三相半桥逆变器拓扑和三相四桥臂逆变器拓扑。通过合理的控制策略，这些拓扑均能满足电气设备对三相电压不平衡度的要求。其中，三相四桥臂逆变拓扑是近年来研究比较广泛的一种逆变结构，具有电路形式简单、体积小、直流电压利用率高等优点。而三相四桥臂逆变拓扑常用的控制方式有:根据中线电流方向控制第四桥臂、最大误差电路调节法、中性点电位控制法、相序控制法以及三维空间矢量调制法。三维空间矢量控制下的三相四桥臂逆变器，具有直流电压利用率高、控制灵活、便于数字控制实现等优点。但是，它只解决了传统三相全桥逆变器不具有带不平衡负载能力的问题。在一些需要实现电气隔离的场合，三相四桥臂逆变器没有实现高频电气隔离，需要在输出端采用工频变压器实现电气隔离，这样会增加变换器的体积和成本。而相应的三维空间矢量控制方法也只适用于非隔离的三相四桥臂逆变拓扑。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种三相四桥臂隔离型逆变器及其控制方法，解决现有技术中带不平衡负载的三相逆变器不能实现高频电气隔离以及目前实现高频电气隔离的逆变器不具备带不平衡负载能力的问题。
[0005]本发明为实现上述发明目的所采取的技术方案是:一种三相四桥臂隔离型逆变器，其特征是包括:输入滤波电容、逆变桥臂、隔离变压器、二极管桥臂、四个双向开关组成的双向开关组、三相四桥臂、输出滤波器；逆变桥臂与输入滤波电容并联，逆变桥臂两个桥臂中点分别与隔离变压器原边绕组两端相连；二极管桥臂与三相四桥臂并联，三相四桥臂四个桥臂中点分别与四个双向开关的一端相连，四个双向开关的另一端均与隔离变压器副边绕组同名端相连，二极管桥臂中点与隔离变压器副边绕组异名端相连；输出滤波器为LC滤波器，由四个滤波电感和三个滤波电容组成；四个滤波电感的一端分别与三相四桥臂中四个桥臂的中点相连，其中三个滤波电感的另一端分别与三个输出滤波电容的一端串联，三个输出滤波电容另一端相连，构成输出地；三相负载分别与三个输出滤波电容并联；第四个滤波电感的另一端接输出地。
[0006]所述逆变桥臂由四个开关管组成，第一开关管的发射极与第二开关管的集电极相连作为一个桥臂，第三开关管的发射极与第四开关管的集电极相连作为一个桥臂，第一开关管、第三开关管的集电极相连，第二开关管、第四开关管的发射极相连。
[0007]所述二极管桥臂由两个二极管组成，第一二极管的阳极与第二二极管的阴极相连。
[0008]所述双向开关组由八个开关管组成，第五开关管的发射极与第六开关管的发射极相连组成一个双向开关，第七开关管的发射极与第八开关管的发射极相连组成一个双向开关，第九开关管的发射极与第十开关管的发射极相连组成一个双向开关，第十一开关管的发射极与第十二开关管的发射极相连组成一个双向开关。
[0009]所述三相四桥臂由八个开关管组成，第十三开关管的发射极与第十四开关管的集电极相连作为一个桥臂，第十五开关管的发射极与第十六开关管的集电极相连作为一个桥臂，第十七开关管的发射极与第十八开关管的集电极相连作为一个桥臂，第十九开关管的发射极与第二十开关管的集电极相连作为一个桥臂，第十三开关管、第十五开关管、第十七开关管、第十九开关管的集电极相连，第十四开关管、第十六开关管、第十八开关管、第二十开关管的发射极相连。
[0010]本发明使用的开关管均由一个单向开关管和一个二极管并联组成，并联时单向开关管的发射极与二极管的阳极相连，单向开关管的集电极与二极管的阴极相连。
[0011]所述二极管可以是IGBT的反并二极管，也可以是MOSFET的寄生二极管。
[0012]本发明还公开了应用于上述三相四桥臂隔离型逆变器的三维空间矢量控制方法，
采用格式定义开关状态，其中Sa代表第十三开关管Qal、第五开关管Qa2、
第六开关管Qa3、第十四开关管Qa4的开关状态，Sb代表第十五开关管Qbl、第七开关管Qb2、第八开关管Qb3、第十六开关管Qb4, S。代表第十七开关管Qcl的开关状态、第九开关管9。2、第十开关管9。3、第十八开关管9。4的开关状态，Sn代表第十九开关管Qnl、第十一开关管Qn2、第十二开关管Qn3、第二十开关管Qn4的开关状态；
[0013]Qil导通时，Si为O+ ；Qi2导通时，Si为Γ ；Qi3导通时，Si为I+ ；Qi4导通时，Si为0_ ;Qi2与Qi3均导通时，Si为I,其中i = a, b, c, n 代表第一开关管Qsl、第四开关管Qs4的开关状态，S2表示第二开关管Qs2、第三开关管Qs3的开关状态，导通为1，关断为O ;Sign{vTr}代表变压器两端电压方向，同名端为正代表正方向；所有不同组合的开关状态所合成的空间电压矢量组成三维空间图，形成一个六棱柱；将三维空间矢量图投影到α β平面上得到一个六边形，包含6个非零电压矢量以及2个零电压矢量；这些非零电压矢量和零电压矢量均定义为基本电压矢量；由6个非零电压矢量方向将整个六边形分成六个扇区，而在空间内将整个六棱柱分成了 6个三棱柱；对6个三棱柱按照三相电流方向进行进一步划分，将每个三棱柱划分为2个小三棱柱，即整个六棱柱划分为12个小三棱柱，在每个小三棱柱内三相电流方向不发生变化，每个三棱柱内有三个非零电压矢量和两个零电压矢量，由这些基本电压矢量作用合成目标电压矢量；在矢量合成时，通过控制各基本电压矢量的作用时间来满足目标电压矢量的幅值与相角，同时保证变压器的伏秒平衡。
[0014]本发明所述三相四桥臂隔离型逆变器中的隔离变压器具有升降压和电气隔离双重功能，输入的直流电压通过逆变桥臂的逆变变换为单相交流电压，再通过隔离变压器的隔离以及三相四桥臂、二极管桥臂以及双向开关变换为三相交流电压。解决了现有技术中带不平衡负载的三相逆变器不能实现高频电气隔离以及目前实现高频电气隔离的逆变器不具备带不平衡负载能力的问题。除此之外，本发明逆变器还具有升降压输出的功能。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本发明所述三相四桥臂隔离型逆变器电路结构示意图。
[0016]图2是本发明所述三相四桥臂隔离型逆变器输出电压正序分量、负序分量以及零序分量提取图。
[0017]图3是本发明所述三相四桥臂隔离型逆变器控制框图。
[0018]图4是传统三相四桥臂逆变器的三维空间电压矢量图。
[0019]图5是本发明所述三相四桥臂隔离型逆变器扇区划分图。
[0020]图6是本发明所述三相四桥臂隔离型逆变器扇区I和2对应空间电压矢量图。
[0021]图7是本发明所述三相四桥臂隔离型逆变器扇区I对应各开关管驱动波形。
[0022]图8是本发明所述三相四桥臂隔离型逆变器在三相负载不对称条件下的仿真波形。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图1?8和具体实施例，对本发明作进一步详细说明。
[0024]图1为所述三相四桥臂隔离型逆变器的电路基本结构示意图，由输入滤波电容1、逆变桥臂2、隔离变压器3、二极管桥臂4、四个双向开关组成的双向开关组5、三相四桥臂
6、输出滤波器 7 组成。图1 中 Qsl、Qs2、Qs3> Qs4> Qal> Qa4、Qbl> Qb4> Qcl、Qc4、Qnl、Qn4、Qa2> Qa3> Qb2>Qb3> Qe2 > Qc3> Qn2 > Qn3为开关管，Dpl、Dp2为二极管，Qsl由一个单向开关管和二极管Dsl并联而成，Qs2由一个单向开关管和二极管Ds2并联而成，Qs3由一个单向开关管和二极管Ds3并联而成，Qs4由一个单向开关管和二极管Ds4并联而成，Qal由一个单向开关管和二极管Dal并联而成，Qa4由一个单向开关管和二极管Da4并联而成，Qbl由一个单向开关管和二极管Dbl并联而成，Qb4由一个单向开关管和二极管Db4并联而成，Qcl由一个单向开关管和二极管Dca并联而成，9。4由一个单向开关管和二极管De4并联而成，Qnl由一个单向开关管和二极管Dnl并联而成，Qn4由一个单向开关管和二极管Dn4并联而成，Qa2由一个单向开关管和二极管Da2并联而成，Qa3由一个单向开关管和二极管Da3并联而成，Qb2由一个单向开关管和二极管Db2并联而成，Qb3由一个单向开关管和二极管Db3并联而成，Qe2由一个单向开关管和二极管De2并联而成，9。3由一个单向开关管和二极管De3并联而成，Qn2由一个单向开关管和二极管Dn2并联而成，Qn3由一个单向开关管和二极管Dn3并联而成，并联时单向开关管的发射极与二极管的阳极相连，集电极与二极管的阴极相连。Dsl、Ds2、Ds3、Ds4、Dal、Da4、Dbl、Db4、Dcl, Dc4, Dnl、Dn4、Da2,Da3、Db2、Db3、De2、Dc^Dn2Jn3可以是IGBT的反并二极管，也可以是MOSFET的寄生二极管。当开关频率较低时，采用普通的整流二极管；当开关频率较高时，采用快速恢复二极管或者肖特基~■极管。
[0025]所述逆变桥臂2由四个开关管组成，第一开关管Qsl的发射极与第二开关管Qs2的集电极相连作为一个桥臂，第三开关管Qs3的发射极与第四开关管Qs4的集电极相连作为一个桥臂，第一开关管Qsl、第三开关管Qs3的集电极相连，第二开关管Qs2、第四开关管Qs4的发射极相连。
[0026]所述二极管桥臂4由两个二极管组成，第一二极管Dpl的阳极与第二二极管Dp2的阴极相连。
[0027]所述四个双向开关组成的双向开关组5由八个开关管组成，第五开关管Qa2的发射极与第六开关管Qa3的发射极相连组成一个双向开关，第七开关管Qb2的发射极与第八开关管Qb3的发射极相连组成一个双向开关，第九开关管9。2的发射极与第十开关管9。3的发射极相连组成一个双向开关，第十一开关管Qn2的发射极与第十二开关管Qn3的发射极相连组成一个双向开关。
[0028]所述三相四桥臂6由八个开关管组成，第十三开关管Qal的发射极与第十四开关管Qa4的集电极相连作为一个桥臂，第十五开关管Qbl的发射极与第十六开关管Qb4的集电极相连作为一个桥臂，第十七开关管Qu的发射极与第十八开关管Qc4的集电极相连作为一个桥臂，第十九开关管Qnl的发射极与第二十开关管Qn4的集电极相连作为一个桥臂，第十三开关管Qal、第十五开关管Qbl、第十七开关管Qca、第十九开关管Qnl的集电极相连，第十四开关管Qa4、第十六开关管Qb4、第十八开关管9。4、第二十开关管Qn4的发射极相连。
[0029]输入滤波电容I (Cin)与逆变桥臂2并联，隔离变压器3原边绕组同名端接第一开关管Qsl与第二开关管Qs2的串联点，异名端接第三开关管Qs3与第四开关管Qs4的串联点；将二极管桥臂与三相四桥臂并联，并联时将第一二极管Dpl的阴极与第十三开关管Qal的集电极相连，第二二极管Dp2的阳极与第十四开关管Qa4的发射极相连；将第五开关管Qa2的集电极接在第十三开关管Qal与第十四开关管Qa4的串联点，将第七开关管Qb2的集电极接在第十五开关管Qbl与第十六开关管Qb4的串联点，将第九开关管9。2的集电极接在第十七开关管Qu与第十八开关管0。4的串联点，第十一开关管Qn2的集电极接在第十九开关管Qnl与第二十开关管Qn4的串联点；将第六开关管Qa3的集电极、第八开关管Qb3的集电极、第十开关管9。3的集电极、第十二开关管Qn3的集电极均接在隔离变压器3副边绕组同名端，副边绕组异名端接在第一二极管Dpl与第二二极管Dp2的串联点；将三个输出滤波电感La、Lb、L。的一端分别与三个输出滤波电容Ca、Cb> C。的一端串联,另一端分别接第十三开关管Qal与第十四开关管Qa4的串联点、第十五开关管Qbl与第十六开关管Qb4的串联点、第十七开关管Qca与第十八开关管Qc4的串联点。三相负载L、RLb> Rlc分别与三个输出滤波电容Ca、Cb、C。并联。三个输出滤波电容Ca、Cb、C。的另一端相连，将交流侧电感Ln—端接输出滤波电容的公共连接点(即输出地线)，另一端接第十九开关管Qnl与第二十开关管Qn4的串联点。下面以图1中的三相四桥臂隔离型逆变器为例，结合图2-7分别叙述三相四桥臂隔离型逆变器的具体工作原理。
[0030]在分析之前，作如下假设:1)所有开关管和二极管均为理想器件；2)所有电感、电容和变压器均为理想元件。
[0031]在附图1中，np为变压器原边绕组匝数、ns为副边绕组匝数。ka、込、L为A、B、C三相电感电流，1a>1b>1c为三相负载电流，in为η相电流，uan、ubn、uen为三相输出电压。在附图2中,Utxu^Utjqj为输出电压正序分量在dq两相旋转坐标系下的值,为输出电压负序分量在dq两相旋转坐标系下的值，Uod 0为输出电压零序分量。在附图3中，uod pref>Uoqjref为输出电压正序分量在dq两相旋转坐标系下的参考值,Uod nref>Uoq nref为输出电压负序分量在dq两相旋转坐标系下的参考值为输出电压零序分量参考值。为负载电流正序分量在dq两相旋转坐标系下的值，1d n> i0(Ln为负载电流负序分量在dq两相旋转坐标系下的值，1d 0为负载电流零序分量。iLd_p、iL<LP为电感电流正序分量在dq两相旋转坐标系下的值，iw—n、iu—?为电感电流负序分量在dq两相旋转坐标系下的值。Vd p、V(0)为参考电压矢量正序分量在dq两相旋转坐标系下的值，vd n> V^n为参考电压矢量负序分量在dq两相旋转坐标系下的值。Vaj)、Ve p为参考电压矢量正序分量在α β两相静止坐标系下的值，Va—n、Ve—η为参考电压矢量负序分量在α β两相静止坐标系下的值，Va、Vfi，Vj.为参考电压矢量在α β Y三维坐标系下的值。
[0032]变换器输入侧接直流电压源Vd。，输出侧接三相负载Rh、RLb> RLco当三相负载不对称时，三相输出电压中不仅包含正序分量，还包含了负序分量以及零序分量。米用对称分量法分解出三相输出电压的正序分量、负序分量以及零序分量，对三个分量分别进行控制。如附图2所示，首先对三相输出电压进行正序Park变换(将abc三相静止坐标系下的值变换到dq两相旋转坐标系下的值，也称3s/2r变换)，并经过带阻滤波器滤除2倍基波频率的电压分量(即负序分量在正序Park变换后的值)，则可以得到正序分量在两相旋转坐标系下的值Utjd p，u0(LP ;对输出电压进行负序Park变换，并经过带阻滤波器滤除2倍基波频率的电压分量(即正序分量在负序Park变换后的值)，则可以得到负序分量在两相旋转坐标系下的值Utjdjl, Uoq n ;而零序分量Utxijl可以通过三相输出电压计算而得。分别对Utjd-P, Uoqj, Uod n,Uoq n, Uod 0进行调节，采用输出电压外环、输出电流内环的双环控制策略对变换器进行控制，由于dq—轴之间存在一定的耦合，所以采用前馈解耦控制对其进行解耦，对d轴和q轴分量分别进行控制，控制框图如附图3所示。
[0033]从附图3的控制框图可以看出，空间矢量调制(SVPWM)算法是控制算法的核心。传统的二维空间矢量调制只能控制三个桥臂，因而不能直接用于三相四桥臂逆变器。在三相四桥臂逆变器中，由于带不平衡负载，使得三相四桥臂逆变器的空间矢量位于三维空间内，因此，可以模拟二维空间矢量调制，在三维空间内用静止的电压矢量来合成所需要的目标电压矢量UMf，不同的是，Uief从二维空间变成了三维空间内的轨迹。虽然这种三维空间矢量调制方法已被应用于三相四桥臂逆变器，但并不适用于三相四桥臂隔离型逆变器，因为已有的方法并不能保证变压器的伏秒平衡，从而不能使得变换器正常工作。因此针对本发明的三相四桥臂隔离型逆变器，提出了一种可以应用于三相四桥臂隔离型逆变器的三维空间矢量调制方法。相应地，在所提出的空间矢量调制方法中，提出了一种新的扇区划分方法，简化了三维空间矢量调制的扇区划分方法。
[0034]附图4为传统三相四桥臂逆变器的三维空间矢量图，它的空间电压矢量与开关状态一一对应。但是本发明所提出的三相四桥臂隔离型逆变器包含变压器，变压器两端电压可以为正为负，因此同样的空间电压矢量可以由不同的开关状态来实现，而且矢量合成时要保证变压器的伏秒平衡。三相四桥臂隔离型逆变器与非隔离型逆变器的三维空间矢量图一致，但是扇区划分方法、矢量对应的开关状态以及矢量合成方法均不同。
[0035]I开关状态定义:
[0036]采用的格式定义开关状态，其中Sa、Sb、S。、Sn分别代表Qal?4，Qb卜4，Qcl?4，Qnl?4的开关状态。Qil导通时，Si为O+ ；Qi2导通时，Si为Γ ；Qi3导通时，Si为I+ ；Qi4导通时，SiS 0_;Qi2与Qi3均导通时，SiS I ;其中i = a，b，c，n七士分别代表Qs1，4、Qs2，3的开关状态，导通为1，关断为O。SignivTrj代表变压器两端电压方向，同名端为正代表正方向(+)，同名端为负代表负方向(-)。
[0037]2扇区划分方法:
[0038]从图4的矢量图可以看出，由于Y值的存在，使得空间矢量组成了三维空间图，形成了一个六棱柱，六棱柱按照Y值的不同被分成了七个层面。将三维空间矢量图投影到α β平面上可以得到一个六边形，包含6个非零电压矢量以及2个零电压矢量。由6个非零电压矢量方向可以将整个六边形分成六个扇区，而在空间内将整个六棱柱分成了 6个三棱柱。划分依据与二维空间矢量调制一样，只由三相电压在两相静止坐标系下的值va、V0决定。由分析可知，对于本发明所提出的三相四桥臂隔离型逆变器，假设三相输出电流与电压同相位，则对于同一个三棱柱而言，其中有一相电流方向会发生变化，这将导致同样的开关状态合成的电压矢量不同，因此需要对6个三棱柱按照三相电流方向进行进一步划分，将每个三棱柱划分为2个小三棱柱，即整个六棱柱划分为12个小三棱柱，在每个小三棱柱内三相电流方向不发生变化。因此，在α β平面上，将六边形划分为12个小扇区进行矢量合成。为了区分12个扇区，对12个扇区进行编号为I?12，如图5所示。如图6所示为在平面内扇区I和2对应的三棱柱的空间矢量图，在每个三棱柱内有三个非零电压矢量和两个零电压矢量，由这些基本电压矢量作用合成每个三棱柱内对应的目标电压矢量。
[0039]3矢量合成方法:
[0040]在扇区I对应的三棱柱内，所要合成的目标电压矢量可以由(0+ri—l)Q1、(Γ0 0 O);,,、(Γ0 0 1);,,、(Γ1 O 1)；0, (r 111)丨丨,,这五种开关状态所对应的基本电压矢量合成。为了减少开关切换次数以降低开关损耗，开关切换次序如下:
(OTri)01 (m—it (ι+ο—ο—ο—χ0 (ro—ο—14 (ι+ro—i)i0|r/7
[0041]s
(I'1 ο 1)；π (ΓΟΟΙ)；,, (Γ0 0 0 )；0 (1?1 1):；0 (O1Ill)
丄S
[0042]而在扇区2对应的三棱柱内，所要合成的目标电压矢量可以由(O+ITl)01、(O1O1I Dlil、(O1O1I 0'),η、(ΓΓ0 I),1,,、(ΓΓ1 It这五种开关状态所对应的基本电压矢量合成，开关切换次序如下:
(0+0T0+)M (O+O+Il)01 (O+I+Il)01 (Ι?Π)^ (IWl);
[0043]* "
(IT(Tl)Iu (ITn)L (O+I+H)01 (O+O+Il)01 (0+0+Γ0+)01 Ir^
[0044]4开关管占空比计算:
[0045]为了合成目标电压矢量，对各基本电压矢量的作用时间均有一定要求。合成矢量时不仅要保证矢量的幅值和相角，还要保证变压器的伏秒平衡。
[0046]在扇区I对应的三棱柱内’开关状态⑴^—^与^^^亨义对应的三相桥臂输出电压值为[Uan ubn uj = [Vdc O 0]，总的占空比定义为Cl1 ;开关状态(U O 1)丨,,对应的三相桥臂输出电压值为[Uan Ubn Ucn] = [O -Vdc -VJ，占空比定义为d2 ;开关状态(1T0—1)；0对应的三相桥臂输出电压值为[uan ubn uj = [0 0 -VJ，占空比定义为d3 ;因此，各开关状态的占空比为:
[0047]d^mym+d(imfw ^
[0048]=d2'
[0049]= ;
[0050]假设目标电压矢量在α β γ三维坐标系下的电压值为Uraf = [Uci U0 uY],由Clark变换可将三相abc坐标系下的电压值转换为α β Y三维坐标系下的电压值:
[0051]
2I I2 I I2 2
3333 3 33 3 3
--i i Ir: R I O O d'TsΛ Cl,T
Up = o H Ubn CU； =。y —y。-K, O CU: = O O 专 Ci2Ts Vii1.m?.111 uai dJl 111 ο -Κι,.~Ki,- C{J> 111
33 33 3 33 3^3
[0052]其中Ts为开关周期。因此，由目标电压矢量在α β Y三维坐标系下的电压值以及给定的输入直流电压值，可以计算出“屯的值:
I O -
, 2 U1厂Ua
[0053], _ I I λ/3
U1 —- —---1 Ufi
2 t 2 2 β
Ch O λ/3 O ^
[0054]这保证了所合成矢量的幅值和相角，但并不能保证变压器的伏秒平衡。为了使得变换器正常工作，需要保证变压器两端电压为正的时间与为负的时间相等。因此，各开关状态对应的占空比还需满足以下关系式:
[0055]^(ο+γπκ, _ Ai+o—(Ttni0 +Αι+ο—ri),+。
[0056]由此可以计算得到所有开关状态的占空比:4+n_n—.(O I I Ij012
d —d -d
Al+O-OI )-- = ~~2 ~ ; ci^O-O-Vfw = d2 ; Al+Γθτ? = ; {l+l丁l)g。= I _ ⑷ + 尖 + 名)。
[0057]将各开关状态的占空比与开关次序结合即可得到扇区I的驱动波形，如图7所示。其余扇区的驱动波形同理可得，不再赘述。
[0058]图8是本发明所述三相四桥臂隔离型逆变器在以一种三相负载不对称情况为例的仿真波形。其中A相负载为96.8欧，B相负载为48.4欧，C相负载为48.4欧。如图8所示，三相输出电压仍能保持平衡，达到了预期的技术效果。
[0059]本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种三相四桥臂隔离型逆变器，其特征是包括:输入滤波电容(I)、逆变桥臂(2)、隔离变压器(3)、二极管桥臂(4)、四个双向开关组成的双向开关组(5)、三相四桥臂(6)、输出滤波器(7);逆变桥臂(2)与输入滤波电容⑴并联，逆变桥臂(2)两个桥臂中点分别与隔离变压器(3)原边绕组两端相连；二极管桥臂(4)与三相四桥臂(6)并联，三相四桥臂(6)四个桥臂中点分别与四个双向开关的一端相连，四个双向开关的另一端均与隔离变压器(3)副边绕组同名端相连，二极管桥臂(4)中点与隔离变压器(3)副边绕组异名端相连；输出滤波器(7)为LC滤波器，由四个滤波电感和三个滤波电容组成；四个滤波电感的一端分别与三相四桥臂(6)中四个桥臂的中点相连，其中三个滤波电感的另一端分别与三个输出滤波电容的一端串联，三个输出滤波电容另一端相连，构成输出地；三相负载分别与三个输出滤波电容并联；第四个滤波电感的另一端接输出地。
2.根据权利要求1所述三相四桥臂隔离型逆变器，其特征是:逆变桥臂(2)由四个开关管组成，第一开关管Qsl的发射极与第二开关管Qs2的集电极相连作为一个桥臂，第三开关管Qs3的发射极与第四开关管Qs4的集电极相连作为一个桥臂，第一开关管Qsl、第三开关管Qs3的集电极相连，第二开关管Qs2、第四开关管Qs4的发射极相连。
3.根据权利要求1所述三相四桥臂隔离型逆变器，其特征是:所述二极管桥臂(4)由两个二极管组成，第一二极管Dpl的阳极与第二二极管Dp2的阴极相连。
4.根据权利要求1所述三相四桥臂隔离型逆变器，其特征是:所述双向开关组(5)由八个开关管组成，第五开关管Qa2的发射极与第六开关管Qa3的发射极相连组成一个双向开关，第七开关管Qb2的发射极与第八开关管Qb3的发射极相连组成一个双向开关，第九开关管Qc2的发射极与第十开关管9。3的发射极相连组成一个双向开关，第十一开关管Qn2的发射极与第十二开关管Qn3的发射极相连组成一个双向开关。
5.根据权利要求1所述三相四桥臂隔离型逆变器，其特征是:所述三相四桥臂(6)由八个开关管组成，第十三开关管Qal的发射极与第十四开关管Qa4的集电极相连作为一个桥臂，第十五开关管Qbl的发射极与第十六开关管Qb4的集电极相连作为一个桥臂，第十七开关管Qca的发射极与第十八开关管Qc4的集电极相连作为一个桥臂，第十九开关管Qnl的发射极与第二十开关管Qn4的集电极相连作为一个桥臂，第十三开关管Qal、第十五开关管Qbl、第十七开关管Qcl、第十九开关管Qnl的集电极相连，第十四开关管Qa4、第十六开关管Qb4、第十八开关管9。4、第二十开关管Qn4的发射极相连。
6.根据权利要求2至5任意一项所述三相四桥臂隔离型逆变器，其特征是:所述开关管均由一个单向开关管和一个二极管并联组成，并联时单向开关管的发射极与二极管的阳极相连，单向开关管的集电极与二极管的阴极相连。
7.根据权利要求6所述三相四桥臂隔离型逆变器，其特征是:所述二极管为IGBT的反并二极管或者MOSFET的寄生二极管。
8.—种三相四桥臂隔离型逆变器，其特征是包括:输入滤波电容(I)、逆变桥臂(2)、隔离变压器(3)、二极管桥臂(4)、四个双向开关组成的双向开关组(5)、三相四桥臂(6)、输出滤波器(7);逆变桥臂(2)与输入滤波电容⑴并联，逆变桥臂(2)两个桥臂中点分别与隔离变压器(3)原边绕组两端相连；二极管桥臂(4)与三相四桥臂(6)并联，三相四桥臂(6)四个桥臂中点分别与四个双向开关的一端相连，四个双向开关的另一端均与隔离变压器(3)副边绕组同名端相连，二极管桥臂(4)中点与隔离变压器(3)副边绕组异名端相连；输出滤波器(7)为LC滤波器，由四个滤波电感和三个滤波电容组成；四个滤波电感的一端分别与三相四桥臂(6)中四个桥臂的中点相连，其中三个滤波电感的另一端分别与三个输出滤波电容的一端串联，三个输出滤波电容另一端相连，构成输出地；三相负载分别与三个输出滤波电容并联；第四个滤波电感的另一端接输出地； 逆变桥臂(2)由四个开关管组成，第一开关管Qsl的发射极与第二开关管Qs2的集电极相连作为一个桥臂，第三开关管Qs3的发射极与第四开关管Qs4的集电极相连作为一个桥臂，第一开关管Qsl、第三开关管Qs3的集电极相连，第二开关管Qs2、第四开关管Qs4的发射极相连； 双向开关组(5)由八个开关管组成，第五开关管Qa2的发射极与第六开关管Qa3的发射极相连组成一个双向开关，第七开关管Qb2的发射极与第八开关管Qb3的发射极相连组成一个双向开关，第九开关管9。2的发射极与第十开关管9。3的发射极相连组成一个双向开关，第十一开关管Qn2的发射极与第十二开关管Qn3的发射极相连组成一个双向开关； 三相四桥臂(6)由八个开关管组成，第十三开关管Qal的发射极与第十四开关管Qa4的集电极相连作为一个桥臂，第十五开关管Qbl的发射极与第十六开关管Qb4的集电极相连作为一个桥臂，第十七开关管Qu的发射极与第十八开关管Qc4的集电极相连作为一个桥臂，第十九开关管Qnl的发射极与第二十开关管Qn4的集电极相连作为一个桥臂，第十三开关管Qal、第十五开关管Qbl、第十七开关管Qcl、第十九开关管Qnl的集电极相连，第十四开关管Qa4、第十六开关管Qb4、第十八开关管9。4、第二十开关管Qn4的发射极相连。
9.应用于权利要求8所述三相四桥臂隔离型逆变器的三维空间矢量控制方法，其特征是:采用格式定义开关状态，其中Sa代表第十三开关管Qal、第五开关管Qa2、第六开关管Qa3、第十四开关管Qa4的开关状态，Sb代表第十五开关管Qbl、第七开关管Qb2、第八开关管Qb3、第十六开关管Qb4的开关状态，S。代表第十七开关管Qca、第九开关管Qe2、第十开关管9。3、第十八开关管Qc4的开关状态，Sn代表第十九开关管Qnl、第十一开关管Qn2、第十二开关管Qn3、第二十开关管Qn4的开关状态A1导通时，Si为O+ ；Qi2导通时，Si为I ；Qi3导通时，Si为I+ ；Qi4导通时，Si为0_;Qi2与Qi3均导通时，Si为1，其中i = a，b，c，n J1代表第一开关管Qsl、第四开关管Qs4的开关状态，S2表示第二开关管Qs2、第三开关管Qs3的开关状态，导通为1，关断为O ;Sign{vTr}代表变压器两端电压方向，同名端为正代表正方向；所有不同组合的开关状态所合成的空间电压矢量组成三维空间图，形成一个六棱柱；将三维空间矢量图投影到α β平面上得到一个六边形，包含6个非零电压矢量以及2个零电压矢量；这些非零电压矢量和零电压矢量均定义为基本电压矢量；由6个非零电压矢量方向将整个六边形分成六个扇区，而在空间内将整个六棱柱分成了 6个三棱柱；对6个三棱柱按照三相电流方向进行进一步划分，将每个三棱柱划分为2个小三棱柱，即整个六棱柱划分为12个小三棱柱，在每个小三棱柱内三相电流方向不发生变化，每个三棱柱内有三个非零电压矢量和两个零电压矢量，由这些基本电压矢量作用合成目标电压矢量；在矢量合成时，通过控制各基本电压矢量的作用时间来满足目标电压矢量的幅值与相角，同时保证变压器的伏秒平衡。
【文档编号】H02M7/537GK104201923SQ201410464935
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年9月12日 优先权日:2014年9月12日
【发明者】金科, 顾玲 申请人:南京航空航天大学