三相四桥臂逆变器地工作原理分析报告与控制

精品文档三相逆变器文献综述1 逆变器技术发展历程逆变器技术的发展始终与功率器件及其控制技术的发展紧密结合，从开始发展至今经历了五个阶段：第一阶段：20世纪50-60年代，晶闸管SCR的诞生为正弦波逆变器的发展创造了条件；第二阶段：20世纪70年代，可关断晶闸管GTO及双极型晶体管BJT的问世，使得逆变技术得到发展和应用；第三阶段：20世纪80年代，功率场效应管、绝缘栅型晶体管、MOS控制晶闸管等功率器件的诞生为逆变器向大容量方向发展奠定了基础。

第四阶段：20世纪90年代，微电子技术的发展使新近的控制技术如矢量控制技术、多电平变换技术、重复控制、模糊控制等技术在逆变领域得到了较好的应用，极大的促进了逆变器技术的发展；第五阶段：21世纪初，逆变技术的发展随着电力电子技术、微电子技术和现代控制理论的进步不断改进，逆变技术正朝着高频化、高效率、高功率密度、高可靠性、智能化的方向发展。

2 逆变器的发展趋势更高的效率：目前，美国市场上的逆变器最高效率可达95%。

在欧洲，由于采用了无变压器的设计和创新的拓扑结构，可实现更高的效率。

例如，有一款产品（SMASunnyMinicentral8000TL）声称可到达98%的效率。

更低的成本：大约0.2-0.3美元/瓦的价格已经被设定为2020年逆变器的价格目标，这意味着比目前售价降低50-75%。

这个目标最有可能通过增加产量及改善学习曲线来实现。

更高的可靠性：目前，逆变器的MTBF（平均无故障时间）为5～10年。

但很多人怀疑，是否有可能以合理的成本实现这一目标。

在中近期，通过改进质量控制、更好地散热并降低复杂性，MTBF大于10年的目标是可以实现的。

通信功能：今天，逆变器可以记录并借助制造商特定的协议传递信息。

下一代单元应使用通用的通信标准传送更全面的系统信息，以实现先进的诊断功能，精品文档精品文档并能与公用服务机构通信，以支持电网的稳定性。

3 目前研究成果3.1 合肥工业大学电气与自动化工程学院的陈玲、张兴、杨淑英，谢振等人在2009年在本院学报中提出了“带不平衡负载的三相四桥臂逆变器的研究”。

电力电子学—三相逆变电路工作原理第4章直流/交流变换器01逆变器的类型和性能指标目录02电压型单相方波逆变电路工作原理03单相逆变器的单脉波脉冲宽度调制(PWM)04正弦脉冲宽度调制技术(SPWM)05三相逆变电路工作原理三相逆变电路工作原理01电压型三相逆变工作原理目录02电流型三相逆变工作原理03三相逆变器的SPWM控制01电压型三相逆变工作原理有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）三个单相逆变器构成的三相逆变器逆变器1逆变器2逆变器3+−ABC NV dc变压器作用：⏹隔离；⏹升降压。

逆变器拓扑：⏹半桥；⏹全桥。

输出形式：⏹三相三线制；⏹三相四线制。

☐三个逆变器基波依次相差120R A RBNC星形负载R ABCRR三角形负载Q 1V dcQ 4D 1D 4AD 3D 6B Q 3Q 6D 5D 2Q 5Q 2CQ1 Q4D1D4AD3D6BQ3Q6D5D2Q5Q2CNV dc/2V dc/2oωtωtωtv Q1v Q2v Q3ωtωtv Q4v Q5v Q6ωtV dcωtv ABωtv BCωtv CAωtv ANωtv BNωtv CN2V dc/3V dc/3☐每个桥臂工作于180︒导通方式；☐各相基波依次相差120︒；☐线电压为120︒方波。

导电顺序：561→612→123→234→345→456→561Q 1Q 4D 1D 4AD 3D 6BQ 3Q 6D 5D 2Q 5Q 2CNV dc /2V dc /2o()21111sin sin 5sin 7sin11sin13571113D AN V v t t t t t t ωωωωωωπ⎛⎫=+++++ ⎪⎝⎭()231111sin sin 5sin 7sin11sin13571113D AB V v t t t t t t ωωωωωωπ⎛⎫=--+++⎪⎝⎭无3次倍频谐波，只含5、7、11、13等高阶低次谐波，n 次谐波幅值为基波幅值的1/n 。

三相逆变电路结构和工作原理一、引言三相逆变电路是一种常用的电力电子转换器，广泛应用于工业和家庭等领域。

本文将介绍三相逆变电路的结构和工作原理。

二、结构三相逆变电路由整流器、逆变器和滤波器组成。

1. 整流器整流器负责将交流电源转换为直流电源。

常见的整流器有单相桥式整流器和三相桥式整流器。

在三相逆变电路中，通常采用三相桥式整流器，它由六个二极管组成。

其中，每个相位上的二极管分别连接到三相交流电源的三个输出端，形成一个桥式整流电路。

整流器的作用是将输入的三相交流电转换为直流电，为逆变器提供输入电源。

2. 逆变器逆变器负责将直流电源转换为交流电源。

在三相逆变电路中，逆变器通常采用全桥逆变器，它由四个开关管和四个二极管组成。

其中，开关管分别为IGBT管或MOS管，二极管用于反向电流的通路。

逆变器的作用是将输入的直流电转换为需要的交流电信号，实现电能的逆变。

3. 滤波器滤波器用于平滑逆变器输出的交流电信号，减小输出波形的含有高次谐波的幅值。

常见的滤波器包括电容滤波器和电感滤波器。

滤波器的作用是提供稳定的交流电信号，使输出电压具有较低的谐波含量。

三、工作原理三相逆变电路的工作原理如下：1. 整流器工作原理当三相交流电源接通时，整流器中的二极管将正半周的交流电信号导通，使之通过。

在负半周，二极管则截止，不导通。

通过这样的工作方式，整流器实现了将三相交流电转换为直流电的功能。

2. 逆变器工作原理逆变器的工作原理与整流器相反。

当直流电源输入到逆变器时，逆变器中的开关管根据控制信号的变化，通过开关动作来控制交流电的输出。

当开关管导通时，直流电源的电流通过对应的开关管和反向通路的二极管，形成一个闭合电路，从而输出相应的交流电信号。

当开关管截止时，对应的相位上没有电流通过，输出的交流电信号为零。

通过控制开关管的导通和截止，逆变器可以实现输出交流电信号的频率和幅值的控制。

3. 滤波器工作原理滤波器的工作原理是通过电容器或电感器对逆变器输出的交流电信号进行滤波，去除其中的高次谐波成分。

三相四桥臂逆变拓扑在车载辅助逆变器上的使用探究发布时间：2021-09-15T07:47:01.432Z 来源：《科技新时代》2021年6期作者：何海华[导读] 也可以如图 3所示，增加小容量的单相工频变压器。

但这样还是会增加重量。

（广州神铁牵引设备有限公司 510530 ）摘要：本文将对比轨道交通车载辅助逆变器常见的电路拓扑，从工作原理、成本、仿真等角度对三相四桥臂逆变拓扑进行了深入的分析，说明了三相四桥臂逆变拓扑在车载辅助逆变器中的优势所在。

关键词：轨道交通、辅助逆变器、三相四桥臂正文：1.逆变器的分类轨道交通的车载辅助逆变器一般有常用的两种拓扑：带工频变压器的辅助逆变器(图 1)和带中频变压器的辅助逆变器(图 2)。

带工频变压器的辅助逆变器技术最为成熟可靠，电磁干扰小，但工频变压器在体积重量上处于劣势。

200KV A的工频变压器约400kg。

带中频变压器的辅助逆变器在逐渐成为主流。

该类拓扑用于通过中频变压器将直流输入电压变为方波，继而通过中频变压器进行降压能量传递，再经过不可控整流获得直流电压，最终对重新获得的直流电压（低于700VDC）进行中频逆变获得三相380V AC输出电压。

该类拓扑的优势在于前级开关频率提高有利于降低中频变压器的重量体积，不可控整流后的直流电压可以与12000V的IGBT配合使用，而1200V的IGBT可以配合更高的开关频率（理论上可达15KHZ）进行逆变。

更高的开关频率有利于减小三相输出滤波电感的体积重量，并降低输出THD。

对于带中频变压器的辅助逆变器来说，一般常见采用两种方法来获得单相220V电压给车上的单相负载供电。

如图 2所示，通过两个电容串联，取其中间点作为N线输出。

为了防止中点电位偏离，电容的容量需要取得比较大，均需要在mF级别以上，故薄膜电容很难在有限的空间内满足要求，一般都需要使用电解电容。

而电解电容内含电解液，电解电容的使用寿命一般在10年，且电解电容存在污染处理的问题。

三相四桥臂逆变器电路的设计慾本性能耍旬输入电JG 300Vb）输出业交流三相四线制，正相库；c）输出电输入电爪在止常范IB内.常温及正常T压条井下『相电伍1廿其它条件下*柑电压112V〜llSVid）不平禽对梱移；◎ 输出频率：额宦输出回率为400Hz・加!率变化范II- 400±4Hz:f）输出功率】输出功率eonovA：g）输出敷帛：在额定工作狀态及功率冈数PF=1时，效帘不低J -?5%;h）负戎功率因数：滯后o.s至o.g超iij ：1）谕出*11电爪汝压：波咋戟技：141£。

仁总谐彼含民＞4%：晝流井fih-+0.1V：j) 过我施如1和％过栽・连缨工柞20瞄k) 加粘能力；输:H如路时11备2倍短略电碱.连童工柞5秒产品不损坏；D 保护功施*输出过XJ I、保护、输出过久频惺护和过温保护。

4.1主电路的设计4.1 1功率开关管选取三tHPIWff'I'irj，牛桥W^l.5倍过菠时流过功率泮的电流晟大•假设电感上最人电流脉功竝为20%>则流过功率件的电藏址犬俏为：J沁广和叹)= 43蛊7A (41) 第四牛桥皆在一相出现2倍粗路时流过功率管的电诡坯大.此时电流珞大值约为人“ ■咒A・因此四个桥臂的功率开关管均选抒越只IXFKfi4NJ5(]PC5(](]M/64却井联。

4 12输入电容的选择親据第二计f的分析・输入电容的取值范用为：二-总匚<4 2)取連变器的输入电爪波动指标为绘终选逛输入电容为两只100MF/450V的电甞并联，4 13输出池波器设汁逆变器的输出継波器主要用来潼除开关频率及直边频带处的谐波虑分* —个滤波器性能的好坏撻体现在H对谐液的抑休枳啦城以及引起的附如电流应力上的.对谐波抑制能力越好.系陀输出THD屜仏也流应力越人.植逆变器器件撤相牌几效率睛低.系握林枳耳h渊儿所以絨小THD b减小滤波器引起的附厠电*1曲力及其IW住柱是矛曹的.图4.1沟LC .阶低適能波器.SPWM £优圏4」LC滤波器输川作用示意图熬波鶉输出电压对逆变桥输出咧压的传递碉数为:lift 沟:f! ： q 味尅”的低V ；|fx + L(a) - 0 >在心驚®,的扃频段・L(&) = -401g*? /仇.听以LC 低通 池波器的低爾圧晟—条堀蠶为0的水平堆.阳频层楚一茶斜率为-40HR 的F ［线.由以t 仆折叫以ilHir 影响滤波熾枭的毎数■要址谐掘锁埠化和阳尼比C ■为了能仆熾地 池除斤启硕率业的瞎波成廿•慣卅低额信弓•込押牌掘顼:半£満足以下条件：r z4比中£为输出电爪堆波脚帘・人为开关豹率.4<^ <10 6满足逮条件启•滝谀器的細频 特性曲线石汕咲频黒处以-40血的速度衰碱，而在基破顼申处增曲为0涯魏电感的谨耽证能芍虑到电感上电流纹液的契求，为了在输出跛形廣畳満足要求的曲棍 下尽童綾小遽变器体积，木文血电感也流纹波为他匸电滋邯值的50%,根据&2.即)町以得到谴 波电感的选JUffiHUjt(4(5)结含式(4.5)KJ(4(5) *以及实际实验过穆中的调试和忧化，本文最终选定I-240/xH ・C = 2D pR »为了績小输川滤波器的怖稅重量，设计输川滤波电感时磁芯选用了北京匕星飞疔有限公训 的非晶铁芯*饱-1 5T*输出海破电橹墓本雛数为；厳定输岀功^'F =2000(7. .；1.^ 功卡此==3口toy ,利曲愉卅电 口“15儿 电播上樹卍电沆仃遼侑力J =17一3珈.电感电 流脉功竝广口 X 凤 =12.4,流过电輯的頊大电流为< ….. =43.S7A.电巒址计握常用的方仏也(血圧嗨枳注〉川矚芯⑵」山I 切」儿5蜒苦仃波桩向机貝 的乘积.经验公式为*这是■个凹型二阶拡詡系统.谐振対硕净为曾1^) = 201g|G(»|=-201g式屮.取憊若最人T.作磁密瓦込=叮兀目“山厂 K 为经鑿系数值.单■电^r-0.03.棍弼式（47｝得到肿“1.30（泅9・髯个电島选用苗个圣号为FGXX-4fi20的坏增非品铁芯井川.铁芯尺寸拿數如表4.1所示,片有效趙面积24 - 38W .窗口血积人-471cm 2,"”创」>UJcm 4A4.1FGXX-4^20 tV 弄尺 J内從耳（皿） 外汁 D. (ctn)駁 H (an)峨芯:尺寸2.7 4.6 2外闿尺寸2.434.3323(4S)取N ・27匝.则铁芯气陳为旳电感流过最丸唯沆的人j 吋・要确保铁芯不饱和・此时的工作磴產E 应小」他和磴密「逆变器1』倍过栽时电感电流圮大•此时IL x JV x IxlOi"^B= U2 -------- 产 ----- - 1.03T< 1.5T（4,10）取钱祥为1 5mm X ）孚找曲根H 绕，电曙的iUf J 系数为4.1.4中幅电廳设计三村四桥臂逆变器中，第四桥臂的输illfl ：为中性点.零序电流通过中性点形成冋HU 英了 僅滤波效果更好. 般①中域1加入建波巫感：•引入中域电賭瓦可以械小三村输出注武屯 感电流和小铁电流的谐波侖最和电流肘动亠崔不影响输出电压平衞度和整休滤波建果的胸提下 选操合适的小线电感町减小前二个桥臂滤波器的怵枳和肛竝.(4.7)円)t” x2x 4 xlO'3= 0.1 45t»j (4 9)'"= _____________________________________A 471If-0 20<4.n)曲了简化分析.把输出电压答效対理想的电压源,梵等效电路图如圏42所 示*三村输出电说分别叽、匚、匚・巾统电流为・"-+匚+. 0 VI, = 1, =!,.=£. L x ~kL.山图4 2可剧(4-12)(4 13)ih.•'■.（4 15）.ri-j fiii . k.K-'..<i s 色小.n i%y G i me 品技：好、十巾线£也巒：・。