一种三相四桥臂逆变器的解耦控制策略

摘要：三相四桥臂逆变器通常采用空间矢量控制策略，但该方法的空间矢量图抽象，难以理解，控制时需进行坐标变换，且开关矢量带有根号，所以空间矢量控制方法虽然具有电压利用率高、控制灵活、效率高等优点，但控制较为复杂。研究了一种零序电流注入的PWM控制策略。该控制策略不仅能实现三相四桥臂逆变器的解耦控制，且控制方法简单，易于理解和实现。与常规的正弦波调制方法相比，直流母线电压利用率得到了提高，且具有很好的带不平衡负载能力。最后，研制了一台逆变器原理样机，通过实验证明了理论分析的正确性。
关键词：逆变器；解耦控制；脉宽调制；不平衡负载

1 引言
与其他三相逆变器相比，三相四桥臂全桥逆变器具有体积小、重量轻、成本低的优点，因此具有很好的应用价值。该逆变器控制策略主要有空间矢量控制法和滞环控制法，其中对空间矢量控制法的研究较为深入。三维空间矢量控制法虽然具有电压利用率高、控制灵活、效率高等优点，但其空间矢量图抽象，难以理解，控制时需进行坐标变换，且开关矢量带有根号，控制较为复杂。滞环控制法的控制思想简单，易于理解，但该方法用于四桥臂逆变器时，需对各相误差电流大小进行判断，从而决定第四桥臂两开关管的开关状态。因此，控制的实时性和精度受到了影响。
此处研究了一种零序电流注入的PWM控制策略，该控制策略能实现三相四桥臂逆变器的解耦控制，且控制方法简单，易于理解和实现。与常规的正弦波调制方法相比，直流母线电压利用率得到了提高，且具有很好的带不平衡负载能力。

2 三相四桥臂逆变器系统模型
图1示出三相四桥臂逆变器主电路结构图。为便于分析，假设直流电源E分为两部分，中间点电位为零。4个桥臂的中间点电压分别为ua，ub，uc，uN，电感电流分别为iLa，iLb，iLc，三相输出电压分别为uoa，uob，uoc，输出电流分别为ioa，iob，ioc。

三相四桥臂逆变器的状态方程为：

三相四桥臂逆变器有8个开关管器件，用Sa，Sb，Sc，SN分别表示每个桥臂的开关函数。当桥臂上管开通，下管关断时，定义此桥臂的开关方式为Si=1(i=a，b，c，N)；当桥臂上管关断，下管开通时，定义Si=0。