三相逆变器控制电路

PLECS 应用示例（77）：三相T型逆变器（Three-Phase T-Type Inverter）

本文展示了一款用于并网应用的三相T型逆变器，采用Wolfspeed SiC MOSFET。图1显示了电路图，演示了如何选择器件、控制器参数和调制方法以影响逆变器的热性能。模型研究了逆变器在不同运行条件下的性能，确保系统安全高效运行。

T型逆变器类似于三电平中点箝位（NPC）逆变器，提供改进的谐波性能，同时减少零件数量和外部开关器件的导通损耗。本示例展示了一个22 kVA额定功率的T型逆变器，将800 V直流母线转换为三相60 Hz、480 V（线路，rms）配电。

模型配置了三种不同开关类型的SiC MOSFET，分别具有不同的额定电压、额定电流和RdsOn值，用于评估其热性能。每个器件都被建模为具有定制掩模配置的子系统，包括MOSFET和体二极管，以及热模型。组件掩模参数包括导通电阻和体二极管正向电压，以确定电流流过路径，影响开关损耗。

控制器采用解耦的同步参考系电流控制器，用于生成dq电压参考，通过独立的PI调节器将逆变器输出电流调节至设定点。PI控制器包括去耦前馈项，使用简单的同步参考帧锁相环（PLL）测量电压参考相位角，然后转换为三相电压参考，馈送到调制器，用户可选择不同的调制方案。

调制器组件实现不同的调制方法，如SPWM、SVPWM、THIPWM、THZSPWM和DPWM，以比较其对半导体损耗的影响。例如，DPWM在单位功率因数下的损耗最低，但当功率因数角接近0.5时，SPWM和SVPWM方法显示出较高的损耗。

通过操纵控制器设置、调制方案、开关频率、死区时间、控制器增益以及分析设备类型、并联设备数量和外部冷却或散热器的影响，可以试验控制器设置并分析系统级电气规格。参数扫描是确定设计决策如何在一系列操作条件下影响转换器性能的有效方法。

该模型突出显示了PLECS的热建模能力，并可以作为研究控制器设计对其他拓扑结构效率影响的例子。

电机控制电路三相输出svpwm为什么有四个引脚

SVPWM的相电压波形呈现马鞍形状，然而线电压则是正弦波，这是因为相电压中包含零序电压，即3的整数倍的谐波电压。在线电压中，相减操作会消除这些谐波，从而得到标准正弦波。

SVPWM的核心理念是在三相对称正弦波电压供电的条件下，以三相对称电动机定子的理想磁链圆为参考标准，通过三相逆变器的不同开关模式进行适当的切换，从而形成PWM波。这些PWM波用于追踪准确的磁链圆。传统的SPWM方法是从电源的角度出发，旨在生成一个可调频调压的正弦波电源。而SVPWM方法则将逆变系统和异步电机视为一个整体进行考虑，使得模型更加简单，并便于微处理器的实时控制。

SVPWM的主要特点包括：在每个小区间虽然有多个开关切换，但每次切换仅涉及一个器件，因此开关损耗较小。利用电压空间矢量直接生成三相PWM波，计算过程较为简单。逆变器输出线电压基波的最大值等于直流侧电压，相较于传统的SPWM逆变器输出电压，其输出电压高出约15%。

为了实现SVPWM，通常需要四个引脚，这四个引脚分别用于控制逆变器的四个开关器件。在电机控制电路中，这四个引脚通过适当的控制策略，实现了对逆变器开关器件的精准控制，从而优化了电机的运行性能。

由于SVPWM方法能够更有效地利用逆变器输出的电压和电流，因此在电机控制中得到了广泛的应用。通过合理的引脚配置和控制算法，可以显著提高电机的效率和响应速度，这对于工业自动化和电动汽车等领域尤为重要。

此外，SVPWM的控制策略还具有良好的动态响应特性。在快速变化的负载条件下，能够迅速调整输出，以满足电机的即时需求。这使得SVPWM成为现代电机控制电路中不可或缺的技术。

综上所述，SVPWM之所以需要四个引脚，主要是为了实现对逆变器开关器件的精准控制，从而优化电机的运行性能。这种控制策略不仅提高了电机的效率和响应速度，还具备良好的动态响应特性，使得SVPWM成为现代电机控制中的一项关键技术。

PLECS应用示例（88）:Z源逆变器（Z-Source Inverter）

本演示展示了一种用于燃料电池应用的电流控制三相Z源逆变器。图1显示了Z源逆变器的电路。Z源逆变器中独特的阻抗网络允许逆变器在降压和升压模式下运行。

阻抗源（或阻抗馈电）功率转换器，也称为Z-source逆变器（或转换器），使用由以X形状连接的分裂电感器和电容器组成的阻抗网络，将主转换器电路耦合到电源（或负载）。它可用于实现DC-AC、AC-DC、AC-AC和DC-DC功率转换，以取代传统的V源或I源转换器。

演示模型显示了Z源逆变器的一个示例，其中来自燃料电池源的直流电压被转换为三相交流输出。传统的V源逆变器（VSI）在没有额外的DC-DC升压级的情况下不能产生大于DC电压的AC输出电压。根据第2.1节中定义的降压-升压因子，Z源逆变器可以产生大于或小于DC电压的AC输出电压。需要一个与直流电源串联的二极管来防止反向电流。

在传统的VSI中，当DC电压施加在负载上时，有六种可能的有源开关状态（在三相支路中的每一个支路中只有一个上开关或下开关导通）和两种零状态（负载端子通过所有上开关或所有下开关短路）。Z源逆变器具有额外的零状态，当负载端子通过一个或两个或全部三相支路的上开关和下开关短路时。这种直通零状态为逆变器提供了独特的降压-升压特性。当直流电压足够高以产生所需的交流电压时，击穿零状态为非激活状态。否则，逆变器的等效直流输入电压将使用直通状态[1]升压。

锁相环（Phase-Locked Loop）PLECS组件库提供了一个同步参考帧锁相环（SRF-PLL）组件，如图2所示。它包含一个低带宽比例积分（PI）控制器，用于检测三相输入信号的相位角。然后，相位信息用于将AC输出电流和电压转换为旋转参考系（dq）[4]。

电流控制器（Current Controller）在交流侧的dq帧中，[公式] [公式] 其中，[公式] 和 [公式] 是电压， [公式] 和 [公式] 是电流， [公式] 是A相电压的峰值。交叉耦合项 [公式] 和 [公式] 是abc到dq变换的结果。为了实现简单的一阶对象，在控制器中提供它们作为前馈，以解耦q和d轴电流。

基于上述对象传递函数，使用K因子方法对电流控制器进行解析调谐。K因子方法是一种环路成形技术，其中可以针对指定的相位裕度和交叉频率准确地设计控制器。[2]中解释了使用K因子方法的控制器设计。

电流控制器的输出是一组三相正弦信号{Ma，Mb，Mc}。

射击任务计算器（Shoot-through duty calculator）当降压-升压因子BB大于1时，直通占空比计算器计算开环直通占空比d，如图4所示。

使用所提供的模型进行仿真，以观察PWM信号、输出交流电流和Z网络电容器电压。

在0.2 s时，d轴交流电流参考从5 A增加到10 A，在0.4 s时，q轴交流电流基准变为−5 A。观察输出dq电流遵循参考信号，如图6所示。

输出交流相电压为[公式] V，直到0.6s，见图7，输入直流电压为70V。因此，降压-升压因子BB为：

由于降压-升压因子大于1，所以启用直通占空比。Z源逆变器在升压模式下运行。从图8中可以观察到，穿透周期关于原始切换瞬间对称放置。

在0.6 s时，见图7，输入直流电压从70 V升压到190 V，新的调制指数计算如下：

由于降压-升压因子小于1，直通占空比为零，如图9所示。此时，Z源逆变器以降压模式工作，并使用传统的PWM调制方案。

该模型重点介绍了一个电流控制的三相Z源逆变器，展示了一些PLECS控制域组件，包括连续控制器方案和状态机调制器。状态机块评估由电流控制器生成的三相正弦调制指数信号的最大值和最小值，并插入适当的直通占空比值以获得新的比较信号。

三相电的逆变电源调制比是多少？

这个系数的计算方法是m=(vd除以2)除以（vmax乘以sin(wt))。

三相逆变器调制比指的是三相逆变器中直流电压和交流电压的占比，通常用于控制三相逆变器的输出功率和电路效率。

常见的三相逆变器调制方式有正弦波调制和空间向量调制两种。计算公式为：m=(vd除以2)除以（vmax乘以sin(wt))，其中m为调制比vd为所需要的输出电压vmax为三相逆变器的最大输出电压，wt为当前的角度值。

说明一下电机控制的逆变器是如何通过pwm技术调整输出三相交流电的频率和电压

一、复合型AC-AC电路

复合型AC-AC电路能够实现三相输出电压的幅值和频率的同时改变。这种电路在交流电机调速、变频器和其他需要调节电压和频率的应用中非常重要。

二、如何改变幅值和频率

1. 改变幅值：

幅值的改变通常通过脉冲宽度调制（PWM）技术实现。控制电路将输入信号转换为PWM信号，通过调整脉冲宽度来控制输出电压的幅值。具体操作是，控制电路接收输入信号，并将其转换为脉冲信号，随后通过改变脉冲宽度来调整输出电压的幅值。

2. 改变频率：

频率的改变则通常通过变频器实现。控制电路首先将输入电源转换为直流电源，然后将直流电源转换为频率可调的交流电源，以此来控制输出电压的频率。具体来说，控制电路接收到输入电源，并将其转换为直流电源，随后再将直流电源转换为频率可调的交流电源，从而实现输出电压频率的控制。

三、需要注意的问题

复合型AC-AC电路的控制电路设计复杂，需要精确的控制算法和电路设计。此外，电路在实际运行中可能会遇到噪声、温度等问题，因此在设计和使用时需要特别注意这些问题。

四、举例说明

以一种基于PWM和变频器的电路设计为例，可以说明如何实现三相输出电压幅值和频率的同时改变。该电路主要由PWM模块、直流-交流变换模块和变频器模块组成。

1. PWM模块：

PWM模块负责控制输出电压的幅值。它接收控制信号，并将输入电压转换为PWM信号。通过调整PWM信号的占空比，可以实现输出电压幅值的控制。

2. 直流-交流变换模块：

直流-交流变换模块负责将PWM信号转换为交流电压。它接收PWM信号和直流电源，并使用逆变器将直流电源转换为可控制的三相交流电压输出。

3. 变频器模块：

变频器模块负责控制输出电压的频率。它接收控制信号，并将输入电源转换为频率可调的交流电源。变频器模块可以采用多种技术实现，如电压-频率（V/F）控制技术或矢量控制技术。

通过上述三个模块的协同工作，可以实现三相输出电压幅值和频率的同时改变。例如，通过增加PWM信号的占空比来增加输出电压的幅值，或者通过改变变频器的频率来改变输出电压的频率。

逆变器电路图是如何呈现的并且其详细原理是怎样的

逆变器电路图通常由主电路和控制电路两部分呈现。主电路包含整流电路、储能电路和逆变电路。整流电路一般用二极管桥式整流，将输入的交流电转换为直流电；储能电路多由电容构成，用于存储电能、稳定电压；逆变电路是核心，由功率开关管（如IGBT）组成，通过特定的开关组合将直流电逆变为交流电。控制电路则包括信号产生、驱动和保护等部分，信号产生电路生成控制信号，驱动电路放大信号来控制功率开关管的导通与截止，保护电路监测电路状态，在异常时采取保护措施。

逆变器原理基于电力电子技术。以常见的单相桥式逆变器为例，输入直流电，控制电路按一定规律控制四个功率开关管的导通和截止。当对角的两个开关管导通，另两个截止时，电流按一个方向流过负载；当开关管导通情况相反，电流反向。通过快速切换开关管状态，在负载两端形成交变电压，实现直流到交流的转换。不同类型的逆变器，如三相逆变器，原理类似但电路结构和控制方式更复杂，以满足三相交流电输出要求 。

三相异步电动机正反转控制电路是怎样的

三相异步电动机正反转控制电路通常包括一个三相功率电子开关装置，如三相桥式整流器或三相逆变器，用于控制电动机的供电。通过控制开关装置的工作状态和相序，可以实现电动机的正反转控制。同时，还需要配备适当的保护电路和控制系统，以确保电动机的安全运行和可靠控制。整个控制电路可以根据具体的应用需求和电动机的规格进行设计和调整。

电机的滞环电流控制

电机的两大方向：本体设计和电机控制就像华山派的气宗和剑宗，虽然同属于电机，但研究的内容区别很大。了解一些电机控制的基本原理对电机本体设计也是非常有好处的。我以一个电机本体研究生的角度，谈一谈对电机滞环电流控制的理解。

电机的滞环电流控制，就是通过实际电流与参考电流进行比较，若电流超出预设范围，则改变逆变器的开关状态，增大或降低电压，将电流控制在参考值附近。参考电流由电机额定转矩等参数逆推回来。

首先说一下逆变电路的一些知识。上图是一个经典的三相逆变器电路，有很多书详细介绍了这种电路的工作原理。然而，有时候书上介绍的过于详细，反而影响了我们的理解，一位哲学家曾经说过，一次学习很多知识的方法就是一次少学一些知识。关于电机的滞环电流控制，对这个电路，只需要知道一件事就够了。当T1导通，T4关断，当T1关断，T4导通，以上两种状态是理解电流滞环控制的关键。图2、图3仅仅是想说明通过T1、T4开关状态的改变可以对A相电压造成影响，并没什么实际意义，三相逆变器相电压和器件开关状态的表达式有些复杂，全部写出来反而妨碍理解最本质的原理。只要直观感觉出通过控制不同开关状态来改变A相电压即可。

通过控制不同的开关状态可以控制电压的大小。明白了这一点，才能理解电机的滞环电流控制。滞环电流控制实际上将实际电流与参考电流进行比较，若电流超出了预设范围，则改变逆变器的开关状态，增大或降低该相电压，将电流控制在参考值附近。

以下为永磁同步电机滞环电流控制中滞环控制器程序。可以看出，程序的滞环控制器部分就是通过不断比较实际电流与参考电流大小，并改变电压，只有理解了硬件电路才能理解程序含义。需要指出，程序中的vao并非A相电压。为了便于理解，本文忽略了对相电压的推导。只要明白vao=vdc/2可以导致A相电压增大，进而提高A相电流；vao=-vdc/2可以导致A相电压减小，进而降低A相电流。

再重复一下电机滞环电流控制的原理，通过实际电流与参考电流进行比较，电流超出预设范围，则改变逆变器的开关状态（在程序中体现为电压的变化），增大或降低电压，将电流控制在参考值附近。

电机滞环电流控制的基本原理是将实际电流与参考电流进行比较，若电流超出预设范围，则调整逆变器开关状态，从而控制电流在参考值附近波动。在程序中，这一过程通过判断实际电流与参考电流的差异来实现，通过调整电压来改变电流，实现电流的稳定控制。通过理解硬件电路和程序代码，可以深入掌握电机滞环电流控制的实现方式。

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