一種三相四橋臂逆變器的解耦控制策略

摘要：三相四橋臂逆變器通常采用空間矢量控制策略，但該方法的空間矢量圖抽象，難以理解，控制時需進行坐標變換，且開關矢量帶有根號，所以空間矢量控制方法雖然具有電壓利用率高、控制靈活、效率高等優點，但控制較為復雜。研究了一種零序電流注入的PWM控制策略。該控制策略不僅能實現三相四橋臂逆變器的解耦控制，且控制方法簡單，易于理解和實現。與常規的正弦波調制方法相比，直流母線電壓利用率得到了提高，且具有很好的帶不平衡負載能力。最后，研制了一臺逆變器原理樣機，通過實驗證明了理論分析的正確性。
關鍵詞：逆變器；解耦控制；脈寬調制；不平衡負載

1 引言
與其他三相逆變器相比，三相四橋臂全橋逆變器具有體積小、重量輕、成本低的優點，因此具有很好的應用價值。該逆變器控制策略主要有空間矢量控制法和滯環控制法，其中對空間矢量控制法的研究較為深入。三維空間矢量控制法雖然具有電壓利用率高、控制靈活、效率高等優點，但其空間矢量圖抽象，難以理解，控制時需進行坐標變換，且開關矢量帶有根號，控制較為復雜。滯環控制法的控制思想簡單，易于理解，但該方法用于四橋臂逆變器時，需對各相誤差電流大小進行判斷，從而決定第四橋臂兩開關管的開關狀態。因此，控制的實時性和精度受到了影響。
此處研究了一種零序電流注入的PWM控制策略，該控制策略能實現三相四橋臂逆變器的解耦控制，且控制方法簡單，易于理解和實現。與常規的正弦波調制方法相比，直流母線電壓利用率得到了提高，且具有很好的帶不平衡負載能力。

2 三相四橋臂逆變器系統模型
圖1示出三相四橋臂逆變器主電路結構圖。為便于分析，假設直流電源E分為兩部分，中間點電位為零。4個橋臂的中間點電壓分別為ua，ub，uc，uN，電感電流分別為iLa，iLb，iLc，三相輸出電壓分別為uoa，uob，uoc，輸出電流分別為ioa，iob，ioc。

三相四橋臂逆變器的狀態方程為：

三相四橋臂逆變器有8個開關管器件，用Sa，Sb，Sc，SN分別表示每個橋臂的開關函數。當橋臂上管開通，下管關斷時，定義此橋臂的開關方式為Si=1(i=a，b，c，N)；當橋臂上管關斷，下管開通時，定義Si=0。