三相四桥臂逆变器的设计与解耦控制

分类号密级
U D C
学 位 论 文
三相四桥臂逆变器的设计与解耦控制
作者姓名：王狄
指导教师：张化光教授副导师：陈宏志讲师
申请学位级别：硕士学科类别：工学
学科专业名称：电力电子与电力传动
论文提交日期：2008年2月22日论文答辩日期：2008年2月26日学位授予日期：答辩委员会主席：
评阅人：
东北大学
2008 年2月
A Thesis for the Degree of Master in Power Electronics and Electric Drives
Design and Decoupling Control Strategy of the
Three-phase Four-leg Inverter
By Wang Di
Supervisor : Professor Zhang Huaguang
Northeastern University
February 2008
独创声明
本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。

论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。

与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示诚挚的谢意。

学位论文作者签名：
签字日期：
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。

本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。

（如作者和导师同意网上交流，请在下方签名：否则视为不同意）
学位论文作者签名：导师签名：
签字日期：签字日期：
东北大学硕士学位论文摘要三相四桥臂逆变器的设计与解耦控制
摘要
分布式能源是世界能源发展的最新方向，也是与信息时代相伴而生的互联网式的能源系统。

以微型燃气轮机为动力的发电机组，同时配以电力变换装置的微型供电系统，成为分布式能源重点。

这种供电系统既能够单独运行，也可以并网运行。

本文主要是以国家863重大科技攻关项目“100kW级微型燃气轮机控制与电力变换系统”的研发为工作基础，对三相四桥臂逆变器进行了研究和方案实现。

传统的逆变电路没有中线，带三相对称负载(如三相交流电机)可以得到三相对称的相电压。

但是如果三相负载不对称或非线性就会造成相电压不平衡。

因此需要设置三相中线，通过中线的控制来保证在非对称负载下三相电压的对称。

这种三相四桥臂逆变器具有结构紧凑、体积重量小、效率高等优点。

三相四桥臂逆变器在增加一个桥臂的同时，也增加了一个自由度，由于第四桥臂的滤波电感引起的耦合效应，使三相电压的控制变得十分复杂。

本文针对这一问题，提出了一种解耦控制策略，将滤波电感看成电源内部阻抗，并从改变电源内部阻抗思想出发，推导出变换关系，使三相电压控制实现解耦，将复杂的三相电压的控制，转化为单相电压控制问题，同时解决了第四桥臂电感值的选择问题。

该变换需要的参数和变量较少，简化了四桥臂三相逆变器的控制算法。

本文还通过MATLAB仿真软件对上述的电路拓扑和正弦脉宽调制控制策略进行了仿真验证。

对DSP作为控制芯片硬件平台进行了设计和调试，并编写完成了实现控制策略的汇编语言。

通过仿真波形和实验结果可以得出结论：采用前馈控制方案的三相四桥臂逆变器，在三相负载平衡和不对称的情况下三相电压仍能对称输出。

关键词：微型燃气轮机；数字信号处理（DSP）；三相四桥臂；逆变器；正弦脉宽调制（SPWM）；解耦控制
Design and Decoupling Control Strategy of the
Three-phase Four-leg Inverter
Abstract
Distributed energy is latest evolution direction of world energy and an energy system with world-wide-web structure.With the development of the gas turbine technology, the electric generator which is driven by micro-gas-turbine and equipped with the power transform devices has become the emphasis of distributed energy sources development. These power generators may run in either stand-lone or grid parallel mode. The research background of this dissertation is the “National High Technique 863” key science research project--the research of 100 kW micro-gas- turbine generator and electric power transform system. In this thesis, the scheme of three-phase four-leg inverter is discussed.
Tradition inverterhas not neutral line, only symmetrical loads of three-phase (such as AC Motor) can get the symmetrical three-phase voltage.When the three-phase loads are asymmetric and nonlinear, three-phase voltage is unbalanced.For that reason, it is needed that using neutral line to assure three-phasevoltage is balanced. This inverter has the merit of compact structure, small bulk factor and efficient.
Three-phase four legs inverter added a leg based on three-phase three legs inverter, has a morecomplex control method. Because of the existence of the fourth leg and the coupling effect of the filter inductance, the control of the three-phase voltage became very complicated. This thesis proposed a new decoupling control strategy for the above problem. In this thesis, the filter inductance is regarded as an inner resistance of the power source. A transformation relationship was proposed based on the idea of changing the inner resistance of the power source. Therefore the three-phase voltage can be decoupled entirely and the complex control problem can be changed a into simple single-phase voltage control. At the same time, this method gives how to choose the value of the fourth leg’s inductance. The method needs fewer parameters and variables and simplifies the control algorithm of Three-phase Four-legged Inverter.
In this thesis, the simulation of topology and modulation strategy is validated by MATLAB. The hardware platform based on DSP as control chip is designed and debugged, and then,SPWM control scheme is realized through programming by assembly language. Form the figures of simulation and the results of experiment. Finally, the conclusion that the three-phase four-leg inverter with feedforward strategy can output the excellent three-phase AC voltage under the balanced and appreciably balanced load conditions is drew.
Key words： micro gas turbine; digital signal processing(DSP); three-phase four-leg; inverter; sine pulse width modulation(SPWM); decoupling control
目录
独创声明 (I)
摘要 (II)
Abstract (III)
第一章绪论 (1)
1.1 课题的背景与意义 (1)
1.2 WDR100 工程样机简介 (1)
1.3 逆变技术的现状与发展 (3)
1.4 本文主要作研究的工作 (5)
第二章三相四桥臂逆变器发展及控制理论分析 (7)
2.1 引言 (7)
2.2 不对称三相电路分析 (7)
2.3 三相三桥臂逆变器 (8)
2.4 三相四桥臂逆变器 (10)
2.5 三相四桥臂逆变器的控制策略 (11)
2.5.1 PWM控制 (11)
2.5.2 滞环电流控制 (11)
2.5.3 空间矢量控制 (12)
2.6 本章小结 (12)
第三章三次谐波注入的SPWM控制策略 (13)
3.1 SPWM控制原理 (13)
3.2 基于三次谐波注入法的SPWM控制策略 (15)
3.3 三相四桥臂逆变器的正弦脉宽调制控制策略 (17)
3.4 四桥臂逆变器的三次谐波注入的SPWM控制策略模型 (18)
3.4.1 仿真参数的设置 (19)
3.4.2 仿真结果 (19)
3.5 本章小结 (22)
第四章主逆变单元的功率电路与控制电路设计 (23)
4.1 引言 (23)
4.2 逆变器功率电路设计 (23)
4.2.1 功率开关器件的选取 (23)
4.2.2 驱动板选取 (24)
4.2.3 IGBT保护电路设计 (26)
4.2.4 电力滤波器设计 (26)
4.3 逆变器控制电路设计 (28)
4.3.1 核心芯片DSP TMS320LF2407A的介绍 (29)
4.3.2 电源设计 (30)
4.3.3 锁相环电路设计 (30)
4.3.4 AD转换接口 (31)
4.3.5 外部存储器电路设计 (33)
4.3.6 窄脉冲限制电路设计 (34)
4.3.7 CAN总线通讯接口设计 (35)
4.3.8 SCI串口设计 (37)
4.3.9 板设计中的抗干扰措施 (37)
4.4 本章小结 (38)
第五章逆变器的软件的设计 (39)
5.1 引言 (39)
5.2 初始化及主等待程序 (40)
5.3 通信模块 (41)
5.3.1 SCI串口通信 (41)
5.3.2 CAN通信模块 (41)
5.4 A/D采样模块 (43)
5.5 数字PID调节控制方式 (43)
5.6 数字低通滤波器 (44)
5.7 SPWM模块 (48)
5.8实验结果及其分析 (49)
5.9本章小结 (52)
第六章四桥臂三相逆变器的电源内部阻抗变换模式解耦控制策略 (53)
6.1 问题的提出 (53)
6.2 解耦控制策略介绍 (53)
6.2.1 四桥臂三相逆变器等效电路的一般形式 (53)
6.2.2 解耦控制的理论推导 (55)
6.2.3 解耦后的等效电路 (57)
6.2.4 控制系数和电感比例系数的选择 (58)
6.2.5 各相滤波电感参数变化对解耦控制的影响 (58)
6.3 逆变电源的控制系统设计 (59)
6.3.1 单相交流正弦电压控制 (59)
6.3.2 零线相控制 (60)
6.4 电源内部阻抗变换控制方案的MATLAB仿真 (61)
6.4.1 仿真结果 (61)
6.4.2 仿真结论 (63)
6.5 本章小结 (63)
第七章结语 (65)
7.1 本文总结 (65)
7.2 进一步工作的设想 (65)
参考文献 (67)
致谢 (69)
东北大学硕士学位论文第一章绪论
第一章绪论
1.1课题的背景与意义
众所周知，“能源、环境、发展”是21世纪发展的三大主题。

因此国际上大多数发达国家都在积极推动第二代能源系统（能源岛）的建设。

分布式能源是世界能源发展的最新方向，也是与信息时代相伴而生的互联网式的能源系统。

所谓分布式能源（distributed energy sources）是指分布在用户端的能源综合利用系统。

一次能源以气体燃料为主，可再生能源为辅，利用一切可以利用的资源；二次能源以分布在用户端的热电冷（植）联产为主，其他中央能源供应系统为辅，实现以直接满足用户多种需求的能源梯级利用，并通过中央能源供应系统提供支持和补充；在环境保护上，将部分污染分散化、资源化，争取实现适度排放的目标；在管理体系上，依托智能信息化技术实现现场无人职守，通过社会化服务体系提供设计、安装、运行、维修一体化保障；各系统在低压电网和冷、热水管道上进行就近支援，互保能源供应的可靠。

分布式能源实现多系统优化，将电力、热力、制冷与蓄能技术结合，实现多系统能源容错，将每一系统的冗余限制在最低状态，利用效率发坏发挥到最大状态，以达到节约资金的目的[1]。

分布式能源技术是中国可持续发展的必须选择。

中国人口众多，自身资源有限，按照目前的能源利用方式，依靠自己的能源是绝对不可能支撑13亿人的“全面小康”，使用国际能源不仅存在着能源安全的严重制约，而且也使世界的发展面临一系列新的问题和矛盾。

中国必须立足于现有能源资源，全力提高资源利用效率，扩大资源的综合利用范围，而分布式能源无疑是解决问题的关键技术。

本文正是在国家“863”重点分布式能源攻关课题——“100KW级微型燃机控制与电力变换系统”的研发基础上完成的。

微型燃机的发电系统不同于传统的发电机，主要依靠现代化的电力电子变流技术，通过DC-DC变换器，PWM整流器，应用SVPWM 控制软启动器，应用SPWM逆变技术的三相四线制的逆变器组合，极大地提高了发电系统的性能与效率。

1.2WDR100 工程样机简介
WDR100 工程样机由控制系统和电力变换系统两大部分组成。

控制系统是通过控制微型燃气轮机的供油量（气体燃料或液体燃料），来调节微型燃气轮机能量的输出。

电力变换系统执行的是电能转换功能，把永磁同步发电机直接输出电压和频率都随时间变化的交流电首先转换为直流电（整流器AC-DC），然后再转化为固定频率、恒定电压的
交流电（逆变器DC-AC）。

样机包括7个主要部分：
中央控制单元(CCU)：整个系统的控制中心，向其它的功能单元发送控制命令，协调控制系统的整体运行。

燃机控制单元(ECU)：控制供油流量，实现对燃机的运行转速和带载能力的控制。

燃机控制辅助单元(AECU)：辅助燃机运行，实现热点联供。

软起动单元（SCU）：负责燃机的平稳启动，并在发电的过程中负责整流稳压控制，向前端母线提供稳定的直流电压。

主逆变控制单元（MCU）：逆变输出三相四线制稳定的工频交流电，供给系统内部用工频电和用户用电。

本文主要是对三相四线制控制策略的研究。

电池管理单元(BCU)：控制蓄电池蹦升至母线额定电压，以支持系统启动，供给系统控制用电及管理蓄电池的充放电。

人机界面与远程控制单元(DCU)：设定系统控制参数，操作系统运行，显示系统控制及运行信息，实现人机交流。

主要的技术指标：
1、环境适应能力
在下述条件下，能保证机组的长期连续的可靠稳定工作：
相对湿度 不大于90﹪
工作温度 -25℃—60℃
震动 机组运行时：≤5g
电磁干扰 符合国际GB9254A级标准
2、微型燃气轮机发电机组的基本参数（标准大气条件下）
额定输出功率：105kW（电阻负载）（不含自耗电）
机组输出端的电压：400VAC 三相四线制
运行状态发电机转速：45000-61000r/min
稳态电压调整率： ≤±1%
瞬态电压变化：加减载100%负载下电压变化量回到额定电压的±10%的时间不大于100毫秒
线电压波形正弦性畸变率：≤3%
机组输出交流电压额定频率：50Hz
稳态频率调整率：≤±0.5%
频率波动率：≤0.5%
过载能力：150%额定负载，1min
图 1.1 微型燃气轮机控制系统功能模块连接图
Fig 1.1 Function block link of micro-turbine control system
工程样机的功率电路（包括SCU、BCU、MCU）中各单元之间共用一条直流母线负，母线正用大型交流接触器相隔离，实现了各单元的的独立调试。

此系统采用了交—直—交的变换结构。

系统起动阶段，BCU把蓄电池的直流400V电升压到直流720V，并送到母线上，这时MCU、SCU都处于逆变工作状态，MCU输出的220V、50Hz的交流电，
逆变正常后，合上小交流接触器给系统内部供电，而SCU逆变实现永磁同步电机（PMSM）的软启动，软起动控制过程为：由零速到点火条件转速(24000r/min)之间时，微型燃机作为永磁同步电机的纯负载，不做功。

因此在此升速范围内，V/F可以为恒定值，在零速时加入力矩补偿。

在到达点火条件转速时，燃机点火、喷燃。

在此时刻后，
微型燃机开始做功，和SCU一同带动永磁同步电机升速。

随着微型燃机转速的不断提
升，到达自持运转转速后，微型燃机可以自持运转时，软起动结束。

微型燃机带动同步机向电力变换系统输电，SCU开始把同步机发出的高频交流电整流并斩波到直流720V，这时BCU执行降压斩波任务，把直流720V电斩波成直流400V电，并给蓄电池充电。

与此同时，MCU合大的交流接触器，整个系统对外供电，这时系统即可以向负载供电，又可以并网运行，在整个过程MCU始终处于逆变状态，只不过燃机发电前，MCU前端母线上的电压由BCU提供，而燃机发电后，MCU前端母线上的电压由SCU提供。

1.3逆变技术的现状与发展
电力电子技术至今已经过近50年的发展历程，目前已基本形成比较完整的理论和学科体系，并成为一门独立的学科。

尤其是在最近20年，电力电子学得到了突飞猛进
的发展，被视为人类社会的第二次电子革命。

电力电子技术在世界范围的工业文明发展中所起的关键作用可能仅次于计算机，从21世纪开始，将对工业自动化、交通运输、城市供电、节能和环境污染控制等方面的发展，产生巨大的推动作用。

在将来工业高度自动化的情况下，计算机技术、电力电子技术及自动控制技术，将成为三种最重要的技
术。

而其中DC-AC逆变器技术，将成为电力电子技术中很重要的组成部分。

DC-AC逆变技术能够实现直流电能到交流电能的转换，可以从太阳能电池、燃料电池等直流电能变换得到质量较高的、能满足负载对电压和频率要求的交流电能。

DC-AC逆变技术在交流电机的传动、不间断电源(UPS)、变频电源、有源滤波器、电网无功补偿器等许多场合得到了广泛的应用。

DC-AC逆变技术的基本原理是通过半导体功率开关器件的开通和关断作用，把直流电能变换成交流电能，因此是一种电能变换装置。

由于是通过半导体功率开关器件的开通和关断来实现电能转换的，因此转换效率比较高，但转换输出的波形却很差，是含有相当多谐波成分的方波。

而多数应用场合要求逆变器输出的是理想的正弦波，因此如何利用半导体功率开关器件的开通和关断的转换，使逆变器输出正弦波和准正弦波就成了DC-AC逆变器技术发展中的一个主要问题。

一般认为DC-AC逆变器的发展可以分为如下两个阶段：
1、1956-1980年为传统发展阶段。

这个阶段的特点是：开关器件以低速器件为主，逆变器的开关频率较低，波形改善以多重叠加为主，体积重量较大，逆变效率低。

1960年以后，人们注意到改善逆变器波形的重要性，并开始进行研究，正弦波逆变器开始出现。

1963年，F. G. Turnbull提出了“消除特定谐波法”，为后来的优化PWM法奠定了基础，以实现特定的优化目标，如谐波最小、效率最优、转矩脉动最小等。

2、1980年到现在为高频化新技术阶段。

这个阶段的特点是:开关器件以高速器件为主，逆变器的开关频率较高，波形改善以PWM法为主，体积重量较小，逆变效率高。

正弦波逆变器技术发展日趋完善。

20世纪70年代后期，可关断晶闸管GTO、电力晶体管GTR及其模块相继实用化。

80年代以来，电力电子技术与微电子技术相结合，产生了多种高频化的全控器件，并得到了迅速发展，如功率场效应晶体管MOSFET、绝缘栅双极晶体管工GBT,静电感应晶体管SIT、静电感应晶闸管SITH、场控晶闸管MCT, MOS 晶体管MGT、IEGT以及工GCT等。

这就使电力电子技术由传统发展时代进入到高频化时代。

在这个时代，具有小型化和高性能特点的新逆变技术层出不穷，特别是脉宽调制波形改善技术得到了飞速的发展。

1964年，由A. Schonung和H. Stemmler把通信系统调制技术应用到逆变技术中提出了正弦波脉宽调制技术(SPWM)，由于当时开关器件的速度慢而未得到推广。

直到197年才把SPWM技术正式应用到逆变技术中，使逆变器的性能大大提高，并得到了广泛的应用和发展，也使DC-AC逆变技术达到了一个新高度。

此后，各种不同的PWM技术相继出现，例如注入三次谐波的PWM、空间向量调制(SVPWM)、随机PWM、电流滞环PWM,模糊控制、神经网络控制等成为高速器件逆变器的主导控制方式。

1.4本文主要作研究的工作
本文是在国家863重点科技攻关课题——“100kW级微型燃机与电力变换控制系统的研发基础上完成的。

本课题研究的是三相四桥臂逆变器，该逆变器能很好地解决不平衡负载、非线性负载以及突加性负载所带来的零点漂移问题，因而解决了传统三桥臂逆变器只能为三相平衡负载供电的问题。

本文的主要工作包括：
1、讨论了传统三桥臂逆变器带不平衡负载的电力拓扑结构，并在此基础上提出了一种新的三相四桥臂逆变器，以及分析了四桥臂逆变器的几种常用的控制方法。

2、简介了的SPWM的调制原理，和通过注入三次谐波提高直流电压利用率，利用MATLAB下的Simulink构造系统的仿真模型，讨论了注入三次谐波的 SPWM控制策略，并分析了各种负载情况下逆变器的性能。

3、提出了逆变器功率电路和控制电路的设计。

4、根据SPWM算法的缺点和实验中存在的问题，提出了电源内部阻抗变换解藕控制方法，最后对新的控制算法进行了仿真，验证其可行性。

5、提出详细描述了逆变系统的软件设计，包括CAN通信单元、PWM输出单元、采样单元、控制单元等。

并给出基于此控制系统的实验波形。

6、最后，对以后的进一步研究方向提出了设想。

第二章 三相四桥臂逆变器发展及控制理论
分析
2.1 引言
三相三线制供电中，当三相负载为不对称负载时，负载中性点的电位相对电源中性点的电位将发生位移。

此时，三相负载两端电压不再为对称的相电压。

当负载中性点的电位相对电源中性点电位的位移过大时，负载将不能正常工作。

三相四线制供电中，由于中线的存在，可以强制负载中性点电位与电源中性点的电位保持一致，即使三相负载为不对称负载，负载两端仍为三相对称的相电压。

三相四桥臂逆变器，是在三相三桥臂逆变器的基础上增加第四桥臂作为中性点桥臂，控制中性点桥臂输出的电压来控制负载中性点的电位，实现在不对称负载下仍能得到对称的稳定的相电压。

2.2 不对称三相电路分析
如图2-l a 所示电路中，AN U •，BN U •，CN U •为三相对称电源，N 为电源中性点。

A Z ，B Z ，C Z 为三相不对称负载，即三相负载之间，至少有一相与其它两相不相等。

N ′为负载中性点。

S 为电源开关。

三相电源电压为： cos()
cos(23)cos(23)AN m BN m CN m U U wt U U wt U U wt ππ•
•
•⎧=⎪⎪=−⎨⎪⎪=+⎩
(2.1)
•A Z C N U •′A N U •′B N U •′
B N U •A N U •
C N U •N ′N N N U •′
图 2.1 三相不平衡电路
Fig 2.1 Three-Phase Unsymmetrical Circuit
当开关S 断开时(即不接中线时)，由基尔霍夫定律得：
()()()0
AN A
A N N BN
B B N N CN C
C N N A B C I Y U U I Y U U I Y U U I I I •′•′•′⎧=−⎪⎪⎪=−⎨⎪=−⎪⎪++=⎩ (2.2) 式(2-2 )中A Y ,B Y ,C Y 分别为对应三相的电导。

解之得:
AN BN CN A B C N N A B C
U Y U Y U Y U Y Y Y •••′++=++ (2.3) 由于三相负载为不对称负载，所以0AN A BN B CN C U Y U Y U Y •••++≠即负载中性点相对于
电源中性点的电位发生了位移。

当中点电位位移较大时，会造成负载端的电压严重不对称，从而可能使负载的工作不正常。

开关S 闭合时，如果中线电阻可以忽略，则0N N U ′≠。

尽管三相负载不对称仍可以保持三相的独立性，各相工作互不影响。

2.3 三相三桥臂逆变器
三相三桥臂逆变器的电路拓扑结构如图2-2所示。

当各桥臂上开关管导通时，桥臂输出电压为E ；桥臂下开关管导通时，桥臂输出电压为0。

各桥臂开关管的关断状态可由互补的SPWM 脉冲触发，经滤波后，三相三桥臂逆变器输出对称的线电压。

图 2.2 三相三桥臂逆变器电路拓扑结构
Fig 2.2 The Topology of Three-Phase Three Bridge Inverter
三相负载有星形接法和三角形接法两种不同方式。

三相负载为星形联接时，负载两端的电压为相电压。

对于三相对称负载，由式(2-3)知，0N N U ′≠此时三相负载两端的电压为对称的相电压；三相负载不对称时，由2-1节分析可知，由于负载中性点的位移，负载两端电压不再为三相对称的相电压，如图2-1b 所示 。

三相负载为三角形联接时，负载两端的电压为线电压。

因此，三相三桥臂逆变器可以应用Y Δ输出变压器，用次级Y 接法形成中性点[2]，对三相不对称负载供电如图2.3所示。

图 2.3 Δ/Y 变压器三相逆变器拓扑结构
Fig 2.3 The Topology of Three-Phase Inverter with Δ/Y Transformer
用直流输入电源的中点作为中性点也可以使三相三桥臂逆变器带不平衡负载如图
2.4所示，这时三相三桥臂逆变器等效成三个独立的半桥逆变器，但由于中性电流直接流过直流分压电容，需要较大电容还存在对分压电容进行电压平衡的问题[3] ，而且直流电压利用率低。

图 2.4 分裂电容式的三相逆变器拓扑结构
Fig 2.4 The Structure of Three-Phase Inverter with Split DC Link Capacitors
u
图 2.5 NFT 式三相逆变器的拓扑结构
Fig 2.5 The Topology of Three-Phase Inverter with NFT
为了是三相三桥臂逆变器带不平衡负载，还可以在输出端加入一个中点形成变压器 (Neutral Formed Transformer ，NFT)[4]，如图2.5所示。

当三相负载不对称时，不对称负载产生的零序电流将流入变压器绕组，造成零序电压，三相零序电压同相，从而使三相输出电压对称。

减小零序阻抗、限制不对称负载是减小三相电压不对称度的措施。

NFT 用在三相负载的不对称度较小的场合较好，NFT 是一个低频变压器，工作频率为输出交流电的频率，体积和重量很大，而且体积和重量随着负载不对称的程度变化而变化，不对称度越大，NFT 的体积重量也就越大。

2.4 三相四桥臂逆变器
由2.3节分析可知，适用于不平衡负载的三相逆变器都是在传统的三相逆变器的基础上通过设法增加一个中性点来实现的。

增加一个中线通路是实现对不平衡负载供电的关键。

2.3节讨论的引入中性点的方法都不同程度上的增加了逆变器的体积，也降低了逆变器的效率。

三相四桥臂逆变器，在三相三桥臂逆变器的基础上增加了一个中性点桥臂，输出与负载中性点相连。

通过对中性点桥臂输出电压的控制，使得在三相不对称负载下，负载两端获得稳定的相电压变为可能。

三相四桥臂逆变器的电路拓扑结构如图2.6所示。

U 为逆变电源的输入直流电压源，1357Q ,Q ,Q ,Q 分别为四个桥臂的上开关; 2468Q ,Q ,Q ,Q 分别为四个桥臂的下开关。

二极管18D D −为续流二极管。

,,n L L C 分别为滤波电感和滤波电容。

,,A B C R R R ，分别为三相负载的阻抗。

a,b,c 三桥臂为相桥臂，各桥臂的中点输出分别与A,B,C 三相负载相连，桥臂n 为中性点桥臂，桥臂中点输出与负载中性点相连。

各桥臂的上开关管触发导通时，桥臂输出点的电压为输入直流电源的电压;各桥臂的下开关管触发导通时，桥臂输出点的电压为电源地。

为了避免三相负载短路，上下桥臂不能同时导通。

图 2.6 三相四桥臂逆变器拓扑结构图
Fig 2.6 The Structure of Three-phase Four Bridge Leg Inverter
设,,,a b c n 四个桥臂的开关状态分别用开关变量,,,a b c n V V V V 表示，即。