特种电机三相四桥臂逆变器的控制研究

摘要：高速电机在分布式发电等领域中的应用日益广泛，因此对其功率变换技术提出了较高的要求。本文对特种电机中的高速发电机驱动逆变器进行了探讨，通过对三相四桥臂逆变器的仿真，验证了所采用三维空间矢量调制方式的有效性。

关键词：三相四桥臂；逆变器；不平衡负载；特种电机

随着电力电子技术的快速发展，学者们对三相四桥臂逆变器的研究也越来越深入。通常电机传统的驱动电路为三相三桥臂式的结构，如果发生单相故障，那么控制系统的安全运行就会受到很大影响。在三桥臂逆变器上增加一个橋臂即可构成三相四桥臂逆变器，这种结构能够在承受不平衡负载的条件下仍有较好的正弦电压和电流输出，特别适合应用在对系统可靠性要求较高的场合，如高速发电机驱动控制领域。

1 三相逆变器的拓扑结构

图1为三相三桥臂逆变器的结构图。当在三相不平衡负载情况下工作时，三桥臂逆变器输出的三相电压是不对称的。[1]

图2为三相四桥臂逆变器的结构图。增加的桥臂能够控制中性点的电压，产生三相独立的电压，可在不平衡负载的情况下维持三相电压对称输出。[2]

2 三相四桥臂逆变器的三维空间矢量调制及仿真

通常对于三相三桥臂逆变器采用二维空间矢量调制方式，该调制方式可控制三个桥臂，不能直接用于控制四桥臂逆变器。对于三相三桥臂逆变器，通过把三相静止坐标系变换为两相静止坐标系，可使其空间矢量轨迹在二维空间内。当带平衡负载时，能够输出三相对称的电压。

对于三相四桥臂逆变器而言，因为带不平衡负载，故其空间矢量轨迹在三维空间内。可用静止的电压矢量来拟合三维空间矢量的轨迹，得到四个桥臂开关器件的触发信号，进而控制逆变器输出三相对称的电压。三相静止坐标系abc通过式（1）变换为三维空间坐标系αβγ。

（1）

本文分别对高速发电机三相四桥臂逆变器电路负载为不平衡负载和负载突变的情况下三相输出电压进行了仿真，结果如图3和图4所示。

由图3可知，高速电机三相四桥臂逆变器在带不平衡负载时，能够输出三相对称的稳定电压。由图4可知，高速电机三相四桥臂逆变器在受到外界干扰如负载突变的情况下，只需经过很短时间的小波动就能够使三相电压稳定输出。

3 结语

三相四桥臂逆变器以电路结构简单、电压利用率高等优势越来越受到关注。通过研究表明，三相四桥臂逆变器采用三维空间矢量调制。不论负载是否平衡，都能输出三相对称电压。即使在系统受外界干扰的情况下，也能够实现稳定输出，有利地促进了高速发电机的广泛应用。

参考文献：：

[1]张晓勇，王军，李川.基于三维空间矢量中γ分量控制的三相四桥臂逆变器[J].电力自动化设备，2010，30（12）：7087.

[2]赵振民，张宁，宋海明.三相四桥臂逆变器的设计与控制[J].黑龙江科技大学学报，2015，25（2）：219223.

基金项目：2016年辽宁省自然科学基金指导计划项目（项目编号：201602412），辽宁省交通高等专科学校2017年度技术应用型科研项目（项目编号：lnccjyky201711）

作者简介：崔红（1969），女，辽宁沈阳人，教授，博士，研究方向：特种电机及其控制。