三相四橋臂逆變器的PWM控制
表2中的15種開(kāi)關(guān)模態(tài),如果某相的開(kāi)關(guān)模態(tài)為1,就表明該相加+E,相電流增加;如果某相的開(kāi)關(guān)模態(tài)為-1,就表明該相加-E,相電流減小;如果某相的開(kāi)關(guān)模態(tài)為0,就表示該相續流,相電流增加或減小趨勢較小。
三相四橋臂逆變器由于設置了由S7、S8組成的中性點(diǎn)形成橋臂,這相當于能夠實(shí)現三相四線(xiàn)制輸出,此時(shí)各相電路就具有了獨立性,各相的輸出電壓和電流只取決于各相的負載變化。因此采用具有獨立控制性能的三態(tài)滯環(huán)電流脈沖調制(HysteresisCurrentpulseModulator,簡(jiǎn)稱(chēng)HCPM)控制方式是比較合適的,其A相電路框圖如圖2所示。它的控制規律是:
當Δi>+h時(shí)(2h為滯環(huán)寬度),S1和S8導通, S4和S7關(guān)斷,A相加+E,使相電流增大;當Δi- h時(shí),S4和S7導通,S1和S8關(guān)斷,A相加-E,使相電流減小;當-hΔi+h時(shí),S1和S7或S4和S8導通,逆變器A相續流。這樣,使A相輸出電流在給定的滯環(huán)寬度2h范圍內跟蹤給定電流ira,經(jīng)交流濾波器LfA、CfA濾波后,即可得到正弦波電流輸出。
對于三相四橋臂逆變器,要用三個(gè)HCPM分別對逆變器的三相進(jìn)行控制,但要注意解除由于S7和 S8公用橋臂造成的電流激勵的相互牽制,解決的辦法是用中性點(diǎn)電流iN控制S7和S8的導通。三相逆變器在實(shí)現三相四線(xiàn)制輸出時(shí),三相星形負載雖不對稱(chēng),但三相相電壓是對稱(chēng)的,因此三相負載電流也是不對稱(chēng)的,使中線(xiàn)電流iN不等于零。中性點(diǎn)橋臂的S7和S8就是專(zhuān)為iN的流通而設置的,所以電流iN就決定了開(kāi)關(guān)S7和S8的工作狀態(tài)。為了說(shuō)明簡(jiǎn)單,假定三相星形負載是大小不相等的純電阻負載,即:RA≤RB iC,
iA=uA/RA=(Im+ΔIA)sinωt=Imsinωt+ΔIAsinωt
iB=uB/RB=(Im+ΔIB)sin(ωt-2π/3)
=Imsin(ωt-2π/3)+ΔIBsin(ωt-2π/3)
iC=uC/RC=Imsin(ωt+2π/3)
iN=iA+iB+iC=ΔIAsinωt+ΔIBsin(ωt-2π/3)
由余弦定理、正弦定理及圖3可知:iN=· sin(ωt-α)α =arcsin
當只有A相有負載時(shí)
iN=iA=Imsinωt
當只有A、B相有負載時(shí),假定RA=RB,
則:iN=iA+iB=-iC=-Imsin(ωt+2π/3)
當三相負載對稱(chēng)時(shí),RA=RB=RC則:
iN=iA+iB+iC=0
從以上分析可知:中線(xiàn)電流iN有三種值:iN=0,
iN=+iN和iN=-iN。iN的的檢測有兩種方法,如圖4所示。其中圖4(a)是用兩個(gè)小直流電容Cd1=Cd2形成直流電壓中點(diǎn)N1作為中性點(diǎn)對iN進(jìn)行檢測;圖4( b)是用小型NFT形成的中性點(diǎn)N1作為中性點(diǎn)對iN進(jìn)行檢測。當三相負載對稱(chēng)時(shí)iN=0,S7和S8都不導通;當iN=±iN時(shí),±iN的正半周使S8導通,±iN的負半周使S7導通,逆變器四個(gè)橋臂在-iN和+iN時(shí)的開(kāi)關(guān)方式如表2所示。這樣,S1~S6的控制就可以采用帶有電流內環(huán)的所有PWM控制電路,例如三相HCPM控制電路等。理論分析表明,采用iN控制S7和 S8的導通可以使控 制 精 度 提 高 , 可 以 使 輸 出 電 壓 、 電 流 的 波 形 更 接 近 于 正 弦 波 , 可 以 使 S1~ S6與 S7、 S8的 控 制 分 開(kāi) 獨 立 進(jìn) 行 。
起 動(dòng) 過(guò) 程 : 起 動(dòng) 前 S7和 S8處 于 關(guān) 斷 狀 態(tài) , 控 制 電 路 的 直 流 電 壓 已 加 上 。 在 起 動(dòng) 瞬 間 iN=0, 所 以 電 流 互 感 器 的 CT2的 次 級 無(wú) 感 應 電 壓 發(fā) 生 , “ 過(guò) 零 點(diǎn) 檢 出 ” 電 路 輸 出 正 電 壓 使 交 流 開(kāi) 關(guān) S9導 通 , N′ 與 N1點(diǎn) 之 間 有 電 流 iN流 過(guò) , 電 流 互 感 器 CT1次 級 的 感 應 電 壓 使 S7或 S8導 通 ( iN正 半 周 使 S8導 通 , iN負 半 周 使 S7導 通 ) , 逆 變 器 進(jìn) 入 工 作 狀 態(tài) 。
正 常 工 作 過(guò) 程 : 在 iN過(guò) 零 期 間 , S7和 S8不 導 通 , CT1和 CT2次 級 無(wú) 感 應 電 壓 , “ 過(guò) 零 點(diǎn) 檢 出 ” 電 路 輸 出 正 電 壓 使 S9導 通 。 iN流 通 并 在 CT1次 級 感 應 出 電 壓 使 S7或 S8導 通 , 此 時(shí) , iN的 大 部 分 由 N′ 點(diǎn) 到 N2點(diǎn) 通 過(guò) S7或 S8流 通 , 并 在 CT2的 次 級 感 應 出 電 壓 , 使 “ 過(guò) 零 點(diǎn) 檢 出 ” 電 路 輸 出 零 電 壓 將 S9關(guān) 斷 , 使 iN全 部 通 過(guò) S7或 S8流 通 , 進(jìn) 入 到 iN≠ 0期 間 。 此 時(shí) , 雖 然 N1點(diǎn) 與 N2點(diǎn) 電 位 不 等 , 但 由 于 S9的 關(guān) 斷 就 切 斷 了 N1到 N2點(diǎn) 之 間 流 過(guò) 的 電 流 , 以 提 高 逆 變 效 率 。
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