專利名稱：三相四橋臂變換器的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及三相四橋臂變換器的控制方法屬電力電子變換器。
背景技術(shù)：
三相四橋臂變換器的傳統(tǒng)控制方法有以下三種1.三維空間矢量控制技術(shù)這種技術(shù)利用四個(gè)橋臂的開(kāi)關(guān)狀態(tài)形成的16個(gè)開(kāi)關(guān)矢量來(lái)動(dòng)態(tài)合成三相輸出矢量，使其運(yùn)動(dòng)軌跡近似在一個(gè)磁鏈圓上。這種技術(shù)的缺陷在于開(kāi)關(guān)頻率高，不適于中高頻輸出的應(yīng)用場(chǎng)合。
2.電壓電流雙閉環(huán)控制技術(shù)這種技術(shù)通過(guò)對(duì)輸出電流的動(dòng)態(tài)跟蹤，實(shí)現(xiàn)了輸出電壓隨負(fù)載狀況的調(diào)整，保證輸出電壓的波形質(zhì)量。這種技術(shù)的缺陷在于開(kāi)關(guān)頻率高，不適于中高頻輸出的應(yīng)用場(chǎng)合。
3.正序、負(fù)序、零序諧波補(bǔ)償技術(shù)這種技術(shù)通過(guò)輸出電壓、電流的諧波分解，分別跟蹤消除對(duì)輸出電壓不平衡度和總諧波含量(THD)影響較大的低次諧波，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓的控制。這種技術(shù)的缺陷有1)控制電路復(fù)雜；2)不適于中高頻輸出的應(yīng)用場(chǎng)合。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，研制一種能克服現(xiàn)有缺陷的，開(kāi)關(guān)頻率低、輸出電壓總諧波含量(THD)、相電壓不平衡度小的變換器。
實(shí)現(xiàn)上述目的的三相四橋臂變換器由三相四橋臂逆變器的主電路和控制電路組成。主電路由四個(gè)開(kāi)關(guān)管臂對(duì)組成四個(gè)橋臂，3個(gè)橋臂中點(diǎn)接電感L、電容C組成的低通濾波器，三個(gè)電容星型聯(lián)接后與另一橋臂中點(diǎn)相連?？刂齐娐分锌刂泼}沖的產(chǎn)生方法為1)四橋臂逆變器的三個(gè)橋臂采用諧波消除技術(shù)消除6k±1次諧波(其中k為1、2、3、4等自然數(shù))。通過(guò)逆變器中開(kāi)關(guān)器件的多次換向，控制逆變器的脈寬調(diào)制電壓波形，使得橋臂中點(diǎn)電壓波形按照傅立葉級(jí)數(shù)分解得到的基波電壓滿足一定的幅值要求，低次諧波盡量小。為了減小諧波，一般使波形對(duì)稱。首先使波形的正半周與負(fù)半周對(duì)稱于零點(diǎn)，即f(ωt)＝-f(ωt+π)，可以消除偶次諧波。其次要使波形奇對(duì)稱，即f(ωt)＝f(π-ωt)，可以消除諧波中的余弦項(xiàng)。在1/4周期內(nèi)選取2k個(gè)獨(dú)立開(kāi)關(guān)角，可以得到一個(gè)開(kāi)關(guān)序列。按照此開(kāi)關(guān)序列開(kāi)關(guān)，可以得到橋臂中點(diǎn)的輸出電壓傅氏分解為U0=ΣnUnsinnωt(n=1,3,5K)---(1)]]>假定輸入電壓的幅值為E，則第n次諧波的幅值為Un=4Enπ[1+2Σi=12k(-1)′cosnθi(1,3,5···)---(2)]]>要消除輸出電壓中的某次諧波只要令該次的諧波幅值為零。對(duì)于三相橋式逆變器而言，在對(duì)稱負(fù)載下，輸出線電壓中無(wú)零序分量，因此只要消除6k±1次諧波即可。三相之間的控制信號(hào)相差120°。
2)第四橋臂的控制脈沖頻率為前三個(gè)橋臂控制脈沖頻率的三倍，其控制脈沖產(chǎn)生方法也采取諧波消除技術(shù)。通過(guò)控制第四橋臂的開(kāi)關(guān)序列，使其產(chǎn)生和前三個(gè)橋臂中點(diǎn)電壓的零序諧波一致的諧波，控制消除前三個(gè)橋臂中點(diǎn)電壓中的相電壓零序諧波。即U4n＝U3k(3)其中U4n為第四橋臂中點(diǎn)諧波電壓(諧波次數(shù)相對(duì)于3倍逆變器輸出電壓頻率)，n為1，3，5，7......；U3k為前三橋臂橋臂中點(diǎn)諧波電壓，k為1，3，5，7......。
采用SPWM控制產(chǎn)生第四橋臂控制脈沖即通過(guò)不同幅值的零序諧波的疊加信號(hào)和三角波比較產(chǎn)生第四橋臂控制信號(hào)；采用諧波消除技術(shù)控制產(chǎn)生第四橋臂控制脈沖即通過(guò)計(jì)算開(kāi)關(guān)位置得到開(kāi)關(guān)序列，使得第四橋臂中點(diǎn)電壓的低次零序諧波和前三個(gè)橋臂產(chǎn)生的低次零序諧波抵消或者近似抵消。
本發(fā)明通過(guò)消除或近似消除所有低次諧波，保證了變換器的輸出波形質(zhì)量，適用于中大功率中高頻輸出的應(yīng)用場(chǎng)合。
本發(fā)明的三相四橋臂變換器的控制方法，有下列優(yōu)點(diǎn)1)開(kāi)關(guān)頻率低，適用于中大功率中高頻輸出的應(yīng)用場(chǎng)合，提高了系統(tǒng)可靠性和變換效率、減輕了系統(tǒng)體積重量；2)第四橋臂帶來(lái)的低次諧波和其他三個(gè)橋臂產(chǎn)生的零序諧波相抵消，沒(méi)有帶來(lái)附加的低次諧波，系統(tǒng)的輸出電壓總諧波含量(THD)??；3)第四橋臂的存在為零序諧波提供了通路，相電壓的不平衡僅因變換器的內(nèi)阻抗而引起，不平衡負(fù)載下相電壓不平衡度小，適用于不對(duì)稱負(fù)載的應(yīng)用場(chǎng)合；4)輸入直流電壓利用率高，減小了變換器器件電壓應(yīng)力和相關(guān)輸入設(shè)備的負(fù)擔(dān)。


圖1.三相四橋臂變換器的主電路。圖1(a)為無(wú)中線阻抗的三相四橋臂變換器，圖1(b)為具有中線阻抗的三相四橋臂變換器。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的控制技術(shù)為適用于圖1(a)和圖1(b)的開(kāi)關(guān)點(diǎn)預(yù)置特定諧波消除技術(shù)。
由六個(gè)開(kāi)關(guān)管S1、S2、S3、S4、S5、S6組成的三個(gè)橋臂的開(kāi)關(guān)時(shí)刻通過(guò)計(jì)算得到，計(jì)算原則為基波滿足要求、6k±1次的低次諧波(其中k為1、2、3、4等自然數(shù))滿足一定的優(yōu)化原則，一個(gè)周期的開(kāi)關(guān)脈沖滿足奇對(duì)稱和半波偶對(duì)稱。開(kāi)關(guān)管S5、S6組成的橋臂的開(kāi)關(guān)時(shí)刻滯后于開(kāi)關(guān)管S3、S4組成的橋臂的開(kāi)關(guān)時(shí)刻；開(kāi)關(guān)管S3、S4組成的橋臂的開(kāi)關(guān)時(shí)刻滯后于開(kāi)關(guān)管S1、S2組成的橋臂的開(kāi)關(guān)時(shí)刻。
由開(kāi)關(guān)管S7、S8組成的橋臂的控制方法可以采取SPWM控制或者諧波消除技術(shù)。
設(shè)輸出電壓頻率為fo。采用SPWM控制的第四橋臂開(kāi)關(guān)脈沖可以由載波和調(diào)制波交截產(chǎn)生。載波一般為三角波；調(diào)制波為頻率為3fo的正弦波，或者調(diào)制波為由3fo、9fo、15fo等零序諧波按照一定的加權(quán)系數(shù)疊加而成。采用諧波消除方法控制的第四橋臂開(kāi)關(guān)脈沖時(shí)刻可以通過(guò)計(jì)算得到，計(jì)算原則為由開(kāi)關(guān)管S7、S8組成的橋臂的橋臂中點(diǎn)電壓的傅立葉分解中的1、3、5、7等次諧波分別和其他三個(gè)橋臂中的3、9、15、21等零序諧波相抵消或近似抵消。由S7、S8組成的橋臂的開(kāi)關(guān)時(shí)刻，其周期為輸出電壓周期的3倍，即3fo，一個(gè)周期的開(kāi)關(guān)脈沖滿足奇對(duì)稱和半波偶對(duì)稱。
權(quán)利要求
1.一種三相四橋臂變換器的控制方法，其特征在于，四橋臂的其中三個(gè)橋臂采用SPWM控制或諧波消除技術(shù)，第四橋臂控制脈沖采取SPWM控制或諧波消除技術(shù)消除前三個(gè)橋臂產(chǎn)生的相電壓零序諧波，即通過(guò)第四橋臂產(chǎn)生的3k次諧波和前三個(gè)橋臂產(chǎn)生的3k次諧波相抵消或近似抵消。
2.據(jù)權(quán)利要求1所述的三相四橋臂變換器的控制方法，其特征在于，第四橋臂的控制脈沖產(chǎn)生的第四橋臂中點(diǎn)電壓具有和前三個(gè)橋臂中點(diǎn)電壓對(duì)應(yīng)低次諧波抵消或部分抵消的關(guān)系。
全文摘要
一種涉及三相四橋臂變換器的控制方法，屬電力電子變換器領(lǐng)域。本方法涉及的控制方法是，四個(gè)橋臂的開(kāi)關(guān)管控制脈沖的產(chǎn)生思路為四橋臂逆變器的三個(gè)橋臂采用SPWM控制或諧波消除技術(shù)消除6k±1次諧波(其中k為1、2、3、4等自然數(shù))，第四橋臂的控制脈沖采取SPWM控制或諧波消除技術(shù)消除前三個(gè)橋臂產(chǎn)生的相電壓零序諧波，即通過(guò)第四橋臂產(chǎn)生的3k次諧波和前三個(gè)橋臂產(chǎn)生的3k次諧波相抵消或近似抵消。本發(fā)明通過(guò)消除前三個(gè)橋臂產(chǎn)生的相電壓零序諧波，消除了所有低次諧波，保證了變換器的輸出波形質(zhì)量，適用于中大功率中高頻輸出的應(yīng)用場(chǎng)合。采用本發(fā)明的方法的三相四橋臂變換器具有開(kāi)關(guān)頻率低、輸出電壓總諧波含量(THD)小、不平衡負(fù)載下相電壓不平衡度小、輸入直流電壓利用率高等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02M1/12GK1665118SQ200510038450
公開(kāi)日2005年9月7日 申請(qǐng)日期2005年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月16日
發(fā)明者張方華, 王慧貞, 陳新, 龔春英, 丁勇 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)