0 引言

航空靜止變流器是將飛機主電源電能轉(zhuǎn)變?yōu)槟承Ｓ脵C載設(shè)備適用的電能形式的裝置，隨著多電飛機的發(fā)展，將會有更多的單相和多相電子負(fù)載設(shè)備使用[1-2]，這樣，會造成變流器輸出負(fù)載不平衡，為拓寬三相航空靜止變流器的使用范圍，必須采用三相四線制輸出電壓。

目前解決三相逆變器接不平衡負(fù)載[3]主要有以下5種方法：一是中點形成變壓器的三相逆變器，缺點是體積重量隨系統(tǒng)容量和負(fù)載不對稱程度的增加而增加，并且為了達到較好的耦合，繞制工藝和接線復(fù)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，缺點是零序電壓不可控;三是應(yīng)用分裂電容的三相四線制逆變器，缺點是防止中點電位偏移，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電壓的一半;四是組合式三相逆變器，缺點是由三個單相逆變器組成，采用的開關(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(tǒng)三橋臂結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上增加一個橋臂，用來構(gòu)成中線，可直接控制中性點電壓，增加了一個自由度，使得三相四橋臂逆變電源可產(chǎn)生三個獨立的電壓，從而表1 三相四橋臂逆變器開關(guān)矢量表能在不平衡負(fù)載下維持三相電壓的對稱輸出。

三相四橋臂逆變器具有電路形式簡單，體積小，重量輕，電壓利用率高的突出優(yōu)點。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?fù)溥M行研究。

1 三相四橋臂逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

圖1所示為三相四橋臂逆變器的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，E 為直流母線電壓;VT1~VT8為功率開關(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;Ln為中線電感，可以改善整體濾波效果，抑制中線電流開關(guān)紋波，減小三相輸出電壓的THD值。

2 abc 坐標(biāo)系下的三維空間矢量法

2.1 開關(guān)矢量的選擇及區(qū)間判別

三相四橋臂逆變器具有4 個橋臂，每個橋臂具有兩種開關(guān)狀態(tài)，定義如下：p 表示橋臂上管導(dǎo)通下管關(guān)斷，n表示橋臂上管關(guān)斷下管導(dǎo)通。設(shè)4個橋臂開關(guān)狀態(tài)順序為ABCN，例如ppnn，表示該時刻A 相和B 相橋臂上管導(dǎo)通下管關(guān)斷，C 相和N相橋臂上管關(guān)斷下管導(dǎo)通。由排列組合可知，三相四橋臂逆變器具有24=16種開關(guān)矢量。將16種開關(guān)矢量定義為V1~V16，ABC 各相中點電壓定義為vAN、vBN、vCN，則得到各矢量狀態(tài)下所對應(yīng)的各相中點輸出電壓幅值，如表1所列。

將16 個開關(guān)矢量在abc 坐標(biāo)系下畫成矢量圖就得到了一個空間十二面體，如圖2 所示。所有的開關(guān)矢量，要么與坐標(biāo)軸平行，要么與某一坐標(biāo)軸成45毅。可以用6 個平面將控制區(qū)域進行分割。

這樣控制區(qū)域可以分為二十四個面積相等的空間四面體。每一個空間四面體由3 個非零電壓矢量和兩個空間零電壓矢量構(gòu)成，可以用來判斷給定

根據(jù)公式(1)可計算得出的RP有24 個不同值，每個值對應(yīng)一個互不相同的空間四面體[5]。

2.2 開關(guān)占空比的計算

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

體中各開關(guān)矢量對應(yīng)的占空比。

3 參考電壓的設(shè)定

4 仿真結(jié)果

4.1 三相平衡負(fù)載仿真

設(shè)直流側(cè)輸入電壓為270 V，三相輸出電壓為115 V/400 Hz，三相平衡負(fù)載為115 贅，輸出濾波電感為1.2 mH，輸出濾波電容為3 滋F。定義Ua、Ub、Uc為三相輸出電壓、ia、ib、ic 為三相輸出電流，in為中線電流。仿真結(jié)果如圖3 和圖4 所示?？梢钥闯鋈嗥胶庳?fù)載情況下，三相輸出電壓穩(wěn)定，中線電流基本為0，僅有紋波電流。

通過圖5耀圖8可以看出三相不平衡負(fù)載情況下，三相四橋臂逆變器的輸出電壓波形基本保持穩(wěn)定、對稱、無畸變，第四橋臂的電流為不平衡負(fù)載引起的中線電流。

5 結(jié)語

1)abc坐標(biāo)系下的三維空間矢量法具有區(qū)間判斷簡單和占空比計算快速的特點;

2)四橋臂可作為逆變器接不平衡負(fù)載時零序電流的通路;

3)參考電壓的設(shè)定可補償不平衡負(fù)載時輸出電壓的損失;

4)三相四橋臂逆變器可作為三相四線制航空靜止變流器功率電路使用。