一种三相四桥臂逆变器的控制装置的制作方法

本发明属于逆变器领域，具体涉及一种三相四桥臂逆变器的控制装置。

背景技术：

四桥臂逆变器技术，就是在三相桥臂的基础上增设一对桥臂与用电网的中性线直接相连，用以实现零序电流的直接补偿，四桥臂逆变器的控制范围大于三桥臂逆变器。虽然三相四桥臂逆变器拓扑结构简单、直流电压利用率高，体积小、输出电压不平衡度明显减小，可以有效降低系统损耗，但是控制方式较为复杂，特别是第四桥臂和前三桥臂的解耦以及第四桥臂上下开关管的控制策略。常用的四桥臂逆变器的控制手段有：双闭环控制（最简单常见，可以解决普通的三相负载不平衡输出问题）、重复控制（有效解决周期性出现的干扰和误差）、谐振控制（有效消除谐振）、电流滞环、零序分量注入法等。根据搭载的负载种类和实际输出的波形，选择一种或者组合多种控制策略。不恰当的控制策略和组合方式会造成输出波形的进一步恶化，因此，实时根据输出选择合理的控制策略是很有必要的。

一般的三相电使用场合下，不存在绝对的平衡状态。一定程度的三相输出电压不平衡不会影响到设备的正常使用。根据《中华人民共和国国家标准》中关于电能质量的内容，电力系统公共连结点正常电压不平衡度允许值为2%，短时不得超过4%，可见是允许一定程度的不平衡存在的。

现有技术无法在电源逆变过程中合理有效的组合前三桥臂和第四桥臂的关系。理论上任何的三相负载不平衡导致的三相输出电流不平衡，都可以产生驱动第四桥臂的pwm波。不合理的控制策略和控制参数的选取会直接影响到波形的输出，在一定程度上降低了系统的可靠性。由于不存在绝对的平衡状态，四桥臂逆变器中第四桥臂处于实时的工作状态，使得系统的工作状态增加，当系统仅存在轻微的不平衡时，第四桥臂的参与控制程度较低，性能浪费。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种三相四桥臂逆变器的控制装置，该装置有利于减少三相四桥臂逆变器的故障率，提高三相四桥臂逆变器工作的可靠性和快速性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种三相四桥臂逆变器的控制装置，包括三个霍尔电流传感器、三个采样电流处理电路和一个数字信号处理器，所述三个霍尔电流传感器分别串接在三相四桥臂逆变器的三相输出线路上，以检测三相输出电流，各个霍尔电流传感器分别与相应的采样电流处理电路连接，然后接至数字信号处理器，以将采集到的电流模拟信号转换为电流数字信号再传输给数字信号处理器，所述数字信号处理器根据三相输出电流判断三相输出不平衡度是否超过设定的基础阈值，未超过则数字信号处理器发出前三桥臂脉冲驱动pwm信号，逆变器整体作为三相三桥臂结构输出电压，超过则数字信号处理器同时输出前三桥臂脉冲驱动pwm信号和第四桥臂脉冲驱动pwm信号，逆变器整体作为三相四桥臂结构，给电压不平衡产生的零序电流分量提供通路。

进一步地，所述霍尔电流传感器的两电流检测脚串接在三相四桥臂逆变器的三相输出线路上，所述霍尔电流传感器的信号输出脚连接采样电流处理电路。

进一步地，所述霍尔电流传感器采用acs758芯片。

进一步地，所述采样电流处理电路包括两个电压比较器ua、ub，九个电阻r1~r9，以及四个电容c1~c4，所述霍尔电流传感器的信号输出端连接电阻r9一端，电阻r9另一端分两路，一路连接电阻r7一端，另一路连接电阻r8一端，电阻r7另一端分三路，第一路接地，第二路同时连接电压比较器ua的负电源端和反相输入端，第三路连接电容c1一端，电容c1另一端分四路，第一路连接电压比较器ua的同相输入端，第二、三、四路分别连接电阻r1、r2、r3一端，电阻r1、r2、r3另一端分别连接基础阈值输入端、第一阈值输入端、第二阈值输入端，电压比较器ua的正电源端分两路，一路经电容c2接地，另一路经电阻r6连接采样电流处理电路的信号输出端，电压比较器ua的输出端连接信号输出端，电阻r8另一端分两路，一路连接电压比较器ub的同相输入端，另一路连接电容c4一端，电容c4另一端分三路，第一路连接电压比较器ub的反相输入端，第二路经电阻r4连接基础阈值输入端，第三路连接电阻r5一端，电阻r5另一端分两路，一路接地，另一路经电容c3连接信号输出端，电压比较器ub的输出端连接信号输出端，信号输出端连接数字信号处理器。

进一步地，所述数字信号处理器判断三相输出不平衡度是否超过基础阈值，未超过基础阈值则不启用第四桥臂，超过基础阈值则判断是否超过第一阈值，超过基础阈值但未超过第一阈值，则采用第一控制策略，超过第一阈值则判断是否超过第二阈值，超过第一阈值但为超过第二阈值，则采用第二控制策略，超过第二阈值则采用第三控制策略。

进一步地，所述数字信号处理器上连接有lcd显示器。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：该装置通过霍尔电流传感器检测三相输出电流，处理后传输给数字信号处理器分析三相输出不平衡度，判断逆变系统是否启用第四桥臂，如果仅处于轻微不平衡，则逆变系统仅作为三相三桥臂电路即可输出符合工业标准的电压，减少了第四桥臂在控制过程中的参与程度，从而减少了三相四桥臂逆变器的故障率，提高三相四桥臂逆变器工作的可靠性和快速性。因此，本发明具有很强的实用性和广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明实施例的装置原理图。

图2是本发明实施例中霍尔电流传感器的安装位置示意图。

图3是本发明实施例中采样电流处理电路的原理框图。

图4是本发明实施例的装置控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

参见图1、4，本发明提供了一种三相四桥臂逆变器的控制装置，包括三个霍尔电流传感器cs(a)、cs(b)、cs(c)，三个采样电流处理电路d和一个数字信号处理器dsp。所述三个霍尔电流传感器分别串接在三相四桥臂逆变器的三相输出线路上，以检测三相输出电流。各个霍尔电流传感器分别与相应的采样电流处理电路连接，然后接至数字信号处理器，以将采集到的电流模拟信号转换为电流数字信号再传输给数字信号处理器。所述数字信号处理器根据三相输出电流计算电压不平衡度，判断三相输出不平衡度是否超过设定的基础阈值（本实施例中取2%），未超过，则数字信号处理器发出前三桥臂脉冲驱动pwm信号，逆变器整体作为三相三桥臂结构输出电压，此时的输出电压虽然略带不平衡但是满足工业要求；超过，则数字信号处理器同时输出前三桥臂脉冲驱动pwm信号和第四桥臂脉冲驱动pwm信号，逆变器整体作为三相四桥臂结构，给电压不平衡产生的零序电流分量提供通路。

在本实施例中，所述霍尔电流传感器采用acs758芯片。参见图2，所述霍尔电流传感器的两电流检测脚串接在三相四桥臂逆变器的三相输出线路上，根据霍尔元器件原理，传感器检测输出的电流值正比于逆变器输出电流的电压。图2中，vdc是直流电压，sa、sb、sc、sf分别表示四个桥臂的上下开关管符号，l、ln是输出滤波电感，c是输出滤波电容，cs表示串接在三相输出口的霍尔电流传感器。所述霍尔电流传感器的信号输出脚连接采样电流处理电路。

霍尔电流传感器采样的电流在传输至数字信号处理器之前，先通过采样电流处理电路进行处理。参见图3，在本实施例中，所述采样电流处理电路包括两个电压比较器ua、ub，九个电阻r1~r9，以及四个电容c1~c4。图中，数字1~8表示8个信号接口，2、3、5、6为信号输入端口，1、7为信号输出端口，4为接地，8为工作电源。所述霍尔电流传感器的信号输出端连接电阻r9一端，电阻r9另一端分两路，一路连接电阻r7一端，另一路连接电阻r8一端，电阻r7另一端分三路，第一路接地，第二路同时连接电压比较器ua的负电源端和反相输入端，第三路连接电容c1一端，电容c1另一端分四路，第一路连接电压比较器ua的同相输入端，第二、三、四路分别连接电阻r1、r2、r3一端，电阻r1、r2、r3另一端分别连接基础阈值输入端、第一阈值输入端、第二阈值输入端，电压比较器ua的正电源端分两路，一路经电容c2接地，另一路经电阻r6连接采样电流处理电路的信号输出端，电压比较器ua的输出端连接信号输出端，电阻r8另一端分两路，一路连接电压比较器ub的同相输入端，另一路连接电容c4一端，电容c4另一端分三路，第一路连接电压比较器ub的反相输入端，第二路经电阻r4连接基础阈值输入端，第三路连接电阻r5一端，电阻r5另一端分两路，一路接地，另一路经电容c3连接信号输出端，电压比较器ub的输出端连接信号输出端，信号输出端连接数字信号处理器。

采样电流处理电路将处理成数字信号的采样电流和预设的几个阈值传输至数字信号处理器，数字信号处理器根据当前的不平衡范围，切换采取不同的控制策略。在本实施例中，所述数字信号处理器判断三相输出不平衡度是否超过基础阈值，未超过基础阈值则不启用第四桥臂，超过基础阈值则判断是否超过第一阈值，超过基础阈值但未超过第一阈值，则采用第一控制策略，超过第一阈值则判断是否超过第二阈值，超过第一阈值但为超过第二阈值，则采用第二控制策略，超过第二阈值则采用第三控制策略。需要说明的是，不同的控制策略事先经过理论设计和仿真验证，用以满足各种不平衡范围内的三相调制，并预先装载在数字信号控制中，只需要在运行过程中实时切换即可。

本发明将采样电流不平衡度的判断方式由单一的软件算法判断方式优化为软硬件结合的方式。将采样的电流值由硬件部分先处理，不同的电流平衡状态，传送给数字信号处理器的信号不同，轻微不平衡状态、小电流和大电流均有相应的处理信号，极大地减少了软件的处理工作，增加了系统工作的稳定性。

较佳地，本装置还配备了lcd液晶显示器，显示器与数字信号处理器相连。采样到的三相电流数值和计算出的不平衡度可在显示器上展示，同时第四桥臂的使用情况也一同展示在显示器上。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。