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摘 要

在电力电子领域中，三相逆变电源通常采用三桥臂结构，但由于在实际工作中大量非线性负载的存在，造成系统输出三相不对称的电压。而本文提出的三相四桥臂逆变拓扑结构可以在这种工况下维持三相对称电压的输出。

本文首先详细介绍了几种三相逆变器拓扑结构，并且着重阐述了三相四桥臂逆变电源近年来的发展状况。接着分析了三相四桥臂逆变电源的工作原理并根据系统的性能要求对三相四桥臂逆变电源主电路和控制电路等进行了详细的设计。本文设计的三相四桥臂逆变电源采用PWM控制技术来控制前三桥臂，采用经三相半波整流器处理的三相调制信号来控制第四桥臂，该系统结构简单、易实现。最后搭建三相四桥臂逆变电源的仿真模型进行实验，仿真结果与理论分析相吻合，证明了该系统在不平衡负载工况下具有良好的动态性能和稳态性能。

关键词：三相四桥臂 逆变器 三角波注入 仿真

The Design of Three-phase Four-leg Inverter

ABSTRACT

In the field of power electronics, the three-phase inverter power supplies are usually three-leg structure, but there are plenty of non-linear loads in practice, resulting in a three-phase asymmetrical system output voltage. The proposed three-phase four-leg inverter topology maintains output voltage three phase in such conditions.

    This paper details several three-phase inverter topologies, and focuses on the three-phase four-leg inverter recent developments. Then analyzes the working principle of the three-phase four-leg inverter power and performance of the system according to the requirements of the three-phase four-leg inverter main circuit and a control circuit for a detailed design. This design phase four-leg inverter using PWM control technology to control the front-leg, through the use of three-phase half-wave rectifier three-phase modulation signal processing to control the fourth leg, the system is simple and easy to implement. Finally, the simulation model to build a three-phase four-leg inverter power experiment, the simulation results and theoretical analysis proved that the system is unbalanced load conditions with good dynamic performance and steady performance.

Keywords: Three-phase four-leg，inverter，triangular wave injection，simulation

目 录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 本课题研究背景以及研究意义 1

1.2 本课题的研究现状 2

1.2.1 具有带不对称负载能力的三相逆变电源 2

1.2.2 三相四桥臂逆变电源研究现状 5

1.3本课题的主要研究内容 5

第二章 三相四桥臂逆变电源的设计 7

2.1 三相四桥臂逆变器的工作原理分析 7

2.2 三相四桥臂逆变器主电路设计 10

2.2.1 功率开关管选择 11

2.2.2 滤波电容的设计 11

2.2.3 低通滤波器设计 12

2.2.4 中线滤波电感设计 14

2.3 三相四桥臂逆变器控制电路实现 14

2.3.1前三桥臂控制方法 15

2.3.2第四桥臂控制方法 15

2.4 控制电路设计 16

2.4.1 电压检测电路 16

2.4.2 电流检测电路 16

2.4.3 驱动电路设计 17

2.5 本章小结 17

第三章 三相四桥臂逆变电源的控制策略 19

3.1 PWM控制的基本原理 19

3.2 PWM逆变电路基本原理及其控制方法 20

3.2.1计算法 20

3.2.2调制法 20

3.2.3 PWM逆变电路的谐波分析 22

3.3 三角波注入原理 22

3.4 本章小结 25

第四章 仿真实验研究 26

4.1 saber仿真设计与分析 26

4.1.1 空载仿真 27

4.1.2 阻性不平衡负载仿真 28

4.1.3 感性不平衡负载仿真 28

4.1.4 容性不平衡负载仿真 29

4.2 本章小结 30

第五章 总结与展望 30

参考文献 31

致谢 33

第一章 绪论

1.1本课题研究背景以及研究意义

电能是现代社会用的最多的能源之一，它在我们的日常生活中扮演着重要的角色。人类失去电能的世界将不可想象，电能是21世纪的重要能源，各行各业都离不开它的身影。电能固然重要但合理充分利用电能是目前更为重要的一个话题。我们知道供人类使用的电能都是通过一些技术转化而来。世界上绝大部分的电能都来自火力发电站。随着社会经济的不断发展，特别是一些化石燃料的利用日益紧张，开发出一些新型的能源就显得尤为重要。而利用新能源的关键技术就是逆变技术，它是电力电子领域中最重要的技术，它是运用电力半导体器件，将直流电能变换成交流电能的一种静止变流技术，在各种逆变电源和变频电源中都有广泛的应用。在我们的日常生活中也有很多应用逆变技术的例子。例如光伏电池用来把收集的太阳能转化成光能，但阳光照射的强度会因天气等自然因素受到影响，为此，需要把收集的光能收集存储起来并进行逆变（DC-AC）变换，将稳定可靠的交流电能输送到电网。 在以直流发电机、蓄电池为主的直流电源的二次电能变换等重要场合也离不开逆变技术的广泛使用。

在电力工程领域，三相逆变技术是逆变器的重要内容。衡量一个逆变器的性能之一是其能否输出幅值和相位都对称的电压和电流波形，三相逆变器依据其不同的工作特性可以分为很多种，例如按照其输出侧交流电的波形形状可以分为方波、正弦波、周期波等；按照其带负载的能力可以分为三相半桥式、三相全桥式、三相四桥臂式、组合式电路拓扑结构；按照隔离变压器的运行频率可以分为低频和高频环节电路结构。本文选择三相四桥臂逆变拓扑结构，这种电路结构能够在不对称负载的情况下输出对称的三相电压，提高了直流侧电源电压的利用率，但整个系统成本低、控制方法比较繁琐。

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