一种新颖的三相四桥臂逆变器的非数字化控制策略

三相四桥臂逆变器与三相三桥臂全桥逆变器相比有更强的带不平衡负载能力,与三相三桥臂半桥逆变器相比有更高的直流母线电压利用率,因此三相四桥臂逆变器在三相逆变电源中有更好的使用价值。目前几乎所有的三相四桥臂逆变器的控制方法都是利用坐标变换将静止坐标系下的参数变换到旋转坐标系下实现了三相参数解耦后进行控制。很显然，这种控制方法由于存在大量公式计算，因此非常适合数字化控制。数字化控制的结果很大程度上取决于数字处理器的运算速度，在一些特殊的逆变电源应用场合如航空电源，数字化控制并不能发挥出很好的效果。本项目研究了一种三相四桥臂逆变器的非数字化控制策略，采用简单的电压电流双闭环控制就能实现逆变器四个桥臂的解耦控制；采用三次谐波注入的方法提高逆变器的直流母线电压利用率；采用谐振控制器提高逆变器的外特性。逆变器的整个控制过程都不需采用数字处理器，避免了处理器运算速度对控制结果的影响，扩大了逆变器的应用领域。

三相四桥臂逆变器因其具有良好的带不平衡负载能力而受到各国学者的广泛研究。该逆变器常用的控制方法或者属于开环控制，或者需要大量繁琐的计算，不适用于对动静态性能要求较高的中高频逆变场合。本项目通过对三相四桥臂逆变电路建立电压电流方程，推导了三相输出电压对称所需要的条件，从而提出了一种包含三角波辅助控制的双闭环控制策略。其中前三相桥臂在电压电流双闭环控制的基础上在调制信号中注入三角波，使得调制比可以大于1，提高了逆变器的直流电压利用率；第四桥臂则利用三角波作为调制信号进行PWM控制，确保逆变器在不平衡负载条件下输出电压对称；为了克服逆变器外特性不够好的缺点，将谐振控制器和比例积分控制器结合起来构成比例积分谐振控制器，利用谐振控制器在谐振点处增益无穷大来实现逆变器输出的无静差。设计了一台6kVA 原理样机，样机仿真实验结果表明，逆变器输出电压波形质量较好，THD不大于2%；带不平衡负载时，输出电压基本对称，幅值不平衡不超过1%，相角不平衡不超过3度；直流母线电压利用率较高比传统双闭环提高15%；外特性较硬，空载到额定负载，输出电压幅值变化不超过1%。