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?yōu)槟承?zhuān)用機載設備適用的電能形式的裝置，隨著(zhù)多電飛機的發(fā)展，將會(huì )有更多的單相和多相電子負載設備使用[1-2]，這樣，會(huì )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(xiàn)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(diǎn)形成變壓器的三相逆變器，缺點(diǎn)是體積重量隨系統容量和負載不對稱(chēng)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(xiàn)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(diǎn)是零序電壓不可控;三是應用分裂電容的三相四線(xiàn)制逆變器，缺點(diǎn)是防止中點(diǎn)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(xiàn)電壓的一半;四是組合式三相逆變器，缺點(diǎn)是由三個(gè)單相逆變器組成，采用的開(kāi)關(guān)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(gè)橋臂，用來(lái)構成中線(xiàn)，可直接控制中性點(diǎn)電壓，增加了一個(gè)自由度，使得三相四橋臂逆變電源可產(chǎn)生三個(gè)獨立的電壓，從而表1 三相四橋臂逆變器開(kāi)關(guān)矢量表能在不平衡負載下維持三相電壓的對稱(chēng)輸出。

三相四橋臂逆變器具有電路形式簡(jiǎn)單，體積小，重量輕，電壓利用率高的突出優(yōu)點(diǎn)。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(jìn)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(xiàn)電壓;VT1~VT8為功率開(kāi)關(guān)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(xiàn);Ln為中線(xiàn)電感，可以改善整體濾波效果，抑制中線(xiàn)電流開(kāi)關(guān)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(kāi)關(guān)矢量的選擇及區間判別

三相四橋臂逆變器具有4 個(gè)橋臂，每個(gè)橋臂具有兩種開(kāi)關(guān)狀態(tài)，定義如下：p 表示橋臂上管導通下管關(guān)斷，n表示橋臂上管關(guān)斷下管導通。設4個(gè)橋臂開(kāi)關(guān)狀態(tài)順序為ABCN，例如ppnn，表示該時(shí)刻A 相和B 相橋臂上管導通下管關(guān)斷，C 相和N相橋臂上管關(guān)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(kāi)關(guān)矢量。將16種開(kāi)關(guān)矢量定義為V1~V16，ABC 各相中點(diǎn)電壓定義為vAN、vBN、vCN，則得到各矢量狀態(tài)下所對應的各相中點(diǎn)輸出電壓幅值，如表1所列。

將16 個(gè)開(kāi)關(guān)矢量在abc 坐標系下畫(huà)成矢量圖就得到了一個(gè)空間十二面體，如圖2 所示。所有的開(kāi)關(guān)矢量，要么與坐標軸平行，要么與某一坐標軸成45毅?？梢杂? 個(gè)平面將控制區域進(jìn)行分割。

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

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

2.2 開(kāi)關(guān)占空比的計算

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

體中各開(kāi)關(guān)矢量對應的占空比。

3 參考電壓的設定

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