基于空间矢量控制的三相四桥臂逆变电源研究

四桥臂逆变器由于采用第四个桥臂作为四线制输出的中点,所以可以控制零序电压和电流,适用于UPS,航空电源等带不对称负载的场合。 三相四桥臂的控制策略主要有SPWM控制,滞环电流控制,空间矢量控制等。SPWM控制波形质量好,功率管开关频率低但直流电压利用率低。滞环电流控制的硬件电路设计简单,但存在开关频率不固定,输出滤波器设计困难,输出波形质量差,空间矢量控制(SVM)技术具有较高的电压利用率,且通过对零矢量的合理控制可以降低谐波含量或降低开关损耗,因此是一种较好的控制方法。本文重点研究基于空间矢量控制算法的四桥臂逆变器。 论文首先介绍了SVM控制四桥臂逆变器的基本原理,逆变器的控制部分主要包括指令电压的计算和SVM算法。本文采用了一种基于abc坐标系的三维空间矢量调制算法,避免了传统的αβγ坐标变换,使开关矢量的选取和占空比的计算更简单,显著降低了调制算法的复杂性,论文对基于abc坐标系的SVM原理进行了详细介绍。逆变器的指令电压的生成有离线型和在线计算型两种方法。离线型控制是指在已知负载的情况下,计算出控制用的指令电压,存在数据表中,每次读取表中的数据,当输入母线电压变化时通过PI调节调整指令电压来控制输出电压。由于计算量不大,用单片DSP就可以实现指令电压的计算和SVM算法,主要用于负载情况已知且固定的场合。本文针对这种离线型控制方案设计了原理样机,并进行了仿真和实验研究,结果表明该方案具有良好的动静态调节特性,输出稳定可靠。 在线计算型控制是通过实时采样负载电流和直流母线电压来计算出控制用的指令电压从而来控制输出电压,因此可以用于负载情况不明确或变化的场合。由于计算量较大,采用DSP和FPGA来共同控制,DSP负责采样和计算指令电压,计算出指令电压后把指令传给FPGA,SVM算法在FPGA内完成。本文针对这种在线计算型控制方案设计了原理样机,并进行了仿真和实验研究,结果表明该方案是正确可行的。 论文表明离线型和在线型控制方案都是正确可行的,可以根据实际情况选用。