三相四橋臂航空靜止變流器的研究

0 引言

航空靜止變流器是將飛機主電源電能轉變為某些專用機載設備適用的電能形式的裝置，隨著多電飛機的發展，將會有更多的單相和多相電子負載設備使用[1-2]，這樣，會造成變流器輸出負載不平衡，為拓寬三相航空靜止變流器的使用范圍，必須采用三相四線制輸出電壓。

目前解決三相逆變器接不平衡負載[3]主要有以下5種方法：一是中點形成變壓器的三相逆變器，缺點是體積重量隨系統容量和負載不對稱程度的增加而增加，并且為了達到較好的耦合，繞制工藝和接線復雜，自身功耗降低了整機效率;二是吟/Y輸出變壓器的三相逆變器，缺點是零序電壓不可控;三是應用分裂電容的三相四線制逆變器，缺點是防止中點電位偏移，需要較大電容，而且直流電壓利用率低，輸出相電壓峰值最高僅為直流母線電壓的一半;四是組合式三相逆變器，缺點是由三個單相逆變器組成，采用的開關器件和輸出濾波器太多。五是三相四橋臂逆變器[4]，在傳統三橋臂結構基礎上增加一個橋臂，用來構成中線，可直接控制中性點電壓，增加了一個自由度，使得三相四橋臂逆變電源可產生三個獨立的電壓，從而表1 三相四橋臂逆變器開關矢量表能在不平衡負載下維持三相電壓的對稱輸出。

三相四橋臂逆變器具有電路形式簡單，體積小，重量輕，電壓利用率高的突出優點。因此，本文采用三相四橋臂逆變器作為靜止變流器的主電路拓撲進行研究。

1 三相四橋臂逆變器的拓撲結構

圖1所示為三相四橋臂逆變器的主電路拓撲結構，E 為直流母線電壓;VT1~VT8為功率開關管;v1耀v4 為逆變器輸出電壓;L1~L3 為輸出濾波電感;C1~C3為輸出濾波電容;A、B、C 為三相輸出;N為中線;Ln為中線電感，可以改善整體濾波效果，抑制中線電流開關紋波，減小三相輸出電壓的THD值。

2 abc 坐標系下的三維空間矢量法

2.1 開關矢量的選擇及區間判別

三相四橋臂逆變器具有4 個橋臂，每個橋臂具有兩種開關狀態，定義如下：p 表示橋臂上管導通下管關斷，n表示橋臂上管關斷下管導通。設4個橋臂開關狀態順序為ABCN，例如ppnn，表示該時刻A 相和B 相橋臂上管導通下管關斷，C 相和N相橋臂上管關斷下管導通。由排列組合可知，三相四橋臂逆變器具有24=16種開關矢量。將16種開關矢量定義為V1~V16，ABC 各相中點電壓定義為vAN、vBN、vCN，則得到各矢量狀態下所對應的各相中點輸出電壓幅值，如表1所列。

將16 個開關矢量在abc 坐標系下畫成矢量圖就得到了一個空間十二面體，如圖2 所示。所有的開關矢量，要么與坐標軸平行，要么與某一坐標軸成45毅。可以用6 個平面將控制區域進行分割。

這樣控制區域可以分為二十四個面積相等的空間四面體。每一個空間四面體由3 個非零電壓矢量和兩個空間零電壓矢量構成，可以用來判斷給定

根據公式(1)可計算得出的RP有24 個不同值，每個值對應一個互不相同的空間四面體[5]。

2.2 開關占空比的計算

根據空間合成的原理，用任意時刻合成空間矢量的三個非零矢量來等效參考電壓矢量，則每一時刻參考電壓矢量的值都與三個非零電壓矢量乘以其占空比后的和相等，見公式(2)，其中vref 為參考電壓矢量。

體中各開關矢量對應的占空比。

3 參考電壓的設定

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