两电平三相逆变器控制方法

两电平三相逆变器控制方法

黄洋

（上海大学机自学院）

摘要：目前三相逆变器的控制方法主要采用的是PWM控制，根据两电平三相逆变器的工作原理，经过比较，选择空间矢量PWM控制。了解其控制原理，通过合理地选择、安排开关变量(开关器件的通断状态)的转换顺序和通、断持续时间，利用特定位置的电压空间矢量和零矢量合成任意空间矢量，可以调控三相输出电压的大小和相位，以实现两电平三相逆变器的PWM控制。

关键词：空间矢量PWM控制；三相逆变器

Control methods of two-level and three-phase inverter

Huang yang

(Shanghai University)

Abstract: At present, the three-phase inverter’s control methods mainly adopt the PWM. According to the two-level and three-phase inverter’s working principle, we choose the Space-vector PWM. After understand its control principle, we can control and adjust the amplitude and phase of three-phase output voltage, which used specific position voltage space-vector and zero-vector to synthesize arbitrary space-vector by select and arrange the switch variables (Switch devices’ On-Off states) reasonably. Therefore, we can achieve the control of two-level and three-phase inverter.

Key words: Space-vector PWM; three-phase inverter

1引言

逆变器是一种将直流电压变换成交流电压的装置。依据不同的分类规则，逆变器有多种分类方式。根据直流环节直流电源性质的不同，可以分为电压源型和电流源型；根据相数又可以分为单相、三相和多相；另外根据逆变器的主电路结构又可以分为简单两电平逆变器、多电平逆变器和多重化逆变器。

PWM技术可以用于电压型逆变器，也可以用于电流型逆变器，它对逆变技术的发展起了巨大的推动作用。它具有以下显著优点:

(1)电路简单，只用一个功率控制级就可以调节电压和频率。

(2)可以使用不可控整流桥，使系统对电网的功率因数与逆变器输出电压值无关。

(3)可以同时进行调频、调压，与中间直流环节的元件参数无关，系统的动态响应速度快。

(4)可以获得更好的波形改善效果。

正是由于这些优点，使PWM技术在当今逆变器控制领域占据了绝对的主导地位。

2三相逆变器简介

目前比较流行的两电平三相逆变器是两电平电压型三相逆变器，它的主电路结构为桥式拓扑，电路图如图1所示，

图1 两电平电压型三相逆变器主电路图

如上图所示，有三个桥臂，每个桥臂上下两个开关管不能同时导通，且任意时刻都有三个开关管同时导通。当T1导通T4关断时，节点A接于直流电源正端，Van=Vd/2;当T4导通T1关断时，节点A接于直流电源负端，Van=-Vd/2。同理，B和C点也是根据上下管导通情况决定其电位的。每相输出相电压有两个电平，其它两相情况相同，因此这种结构的逆变器也称为三相两电平逆变器。

3.三相逆变器PWM控制方法

两电平的三相逆变器PWM控制目前应用比较广泛的是SPWM控制和空间矢量PWM控制。采用SPWM控制时，输出的波形好，但是开关频率高，开关损耗大，且直流电压利用率较低（<0.612）；而采用空间矢量PWM控制时在不很高的开关频率时也能较显著的改善输出电压波形，又能保持较高的直流电压利用率（>0.707）。所以本文主要讲的控制方法就是空间矢量PWM控制。

3.1 三相逆变器电压空间矢量PWM控制原理

图1所示的两电平三相逆变器实际上共有8种开关状态。定义三相的开关函数分别为Sa，Sb，Sc。当A相桥臂T1导通T4关断时Sa=1，当T1关断T4导通时Sa=0; Sb，Sc的定义同Sa。用三相开关函数的组合可以表示8组开关状态的控制字，分别为0(000), 1(001), 2(010),3(011), 4(100), 5(101), 6 (110), 7(111)。

设三相交流系统各相电压为：

v AN(ωt)=V lm cosωt

v BN(ωt)=V lm cos(ωt−120。)

v CN(ωt)=V lm cos(ωt−240。)(1)其中V lm为相电压基波幅值。(1)式中三个相电压瞬时值可以用一个以角速度ω=2πf

在空间旋转的电压矢量V=V d+jV q在A、B、C各相轴线上的投影表示。经过计算可以得到：

[V d

V q]=

2

3

[

1−1

2

−1

2

0√3

2

−√3

2

][

v AN

v BN

v CN

](2)

式（2）即为三相A、B、C变量变成两相d、q变量的变换式。

以上每一种开关状态对应一组确定的A、B、C各相电压和线电压瞬时值。但是，在0(000)和7(111)，即三个桥臂下管全部导通和上管全部导通时，三相逆变器的输出电压为零，称为零态，对应的矢量V0和V7为零矢量。其余六个V1,V2,V3,V4,V5,V6为非零矢量。根据开关变量的定义，可以得到线电压与开关函数的关系：

[V AB

V BC

V CA

]=V D[

1−10

01−1

−101

][

S a

S b

S c

](3)