特種電機三相四橋臂逆變器的控制研究

摘要：高速電機在分布式發電等領域中的應用日益廣泛，因此對其功率變換技術提出了較高的要求。本文對特種電機中的高速發電機驅動逆變器進行了探討，通過對三相四橋臂逆變器的仿真，驗證了所采用三維空間矢量調制方式的有效性。

關鍵詞：三相四橋臂；逆變器；不平衡負載；特種電機

隨著電力電子技術的快速發展，學者們對三相四橋臂逆變器的研究也越來越深入。通常電機傳統的驅動電路為三相三橋臂式的結構，如果發生單相故障，那么控制系統的安全運行就會受到很大影響。在三橋臂逆變器上增加一個橋臂即可構成三相四橋臂逆變器，這種結構能夠在承受不平衡負載的條件下仍有較好的正弦電壓和電流輸出，特別適合應用在對系統可靠性要求較高的場合，如高速發電機驅動控制領域。

1 三相逆變器的拓撲結構

圖1為三相三橋臂逆變器的結構圖。當在三相不平衡負載情況下工作時，三橋臂逆變器輸出的三相電壓是不對稱的。[1]

圖2為三相四橋臂逆變器的結構圖。增加的橋臂能夠控制中性點的電壓，產生三相獨立的電壓，可在不平衡負載的情況下維持三相電壓對稱輸出。[2]

2 三相四橋臂逆變器的三維空間矢量調制及仿真

通常對于三相三橋臂逆變器采用二維空間矢量調制方式，該調制方式可控制三個橋臂，不能直接用于控制四橋臂逆變器。對于三相三橋臂逆變器，通過把三相靜止坐標系變換為兩相靜止坐標系，可使其空間矢量軌跡在二維空間內。當帶平衡負載時，能夠輸出三相對稱的電壓。

對于三相四橋臂逆變器而言，因為帶不平衡負載，故其空間矢量軌跡在三維空間內。可用靜止的電壓矢量來擬合三維空間矢量的軌跡，得到四個橋臂開關器件的觸發信號，進而控制逆變器輸出三相對稱的電壓。三相靜止坐標系abc通過式（1）變換為三維空間坐標系αβγ。

（1）

本文分別對高速發電機三相四橋臂逆變器電路負載為不平衡負載和負載突變的情況下三相輸出電壓進行了仿真，結果如圖3和圖4所示。

由圖3可知，高速電機三相四橋臂逆變器在帶不平衡負載時，能夠輸出三相對稱的穩定電壓。由圖4可知，高速電機三相四橋臂逆變器在受到外界干擾如負載突變的情況下，只需經過很短時間的小波動就能夠使三相電壓穩定輸出。

3 結語

三相四橋臂逆變器以電路結構簡單、電壓利用率高等優勢越來越受到關注。通過研究表明，三相四橋臂逆變器采用三維空間矢量調制。不論負載是否平衡，都能輸出三相對稱電壓。即使在系統受外界干擾的情況下，也能夠實現穩定輸出，有利地促進了高速發電機的廣泛應用。

參考文獻：：

[1]張曉勇，王軍，李川.基于三維空間矢量中γ分量控制的三相四橋臂逆變器[J].電力自動化設備，2010，30（12）：7087.

[2]趙振民，張寧，宋海明.三相四橋臂逆變器的設計與控制[J].黑龍江科技大學學報，2015，25（2）：219223.

基金項目：2016年遼寧省自然科學基金指導計劃項目（項目編號：201602412），遼寧省交通高等專科學校2017年度技術應用型科研項目（項目編號：lnccjyky201711）

作者簡介：崔紅（1969），女，遼寧沈陽人，教授，博士，研究方向：特種電機及其控制。