针对现有FSTP逆变器的缺点，本发明专利技术提出了一种基于Cuk变换器的四开关三相逆变器及积分滑模控制器，其拓扑结构包括两个双向Cuk变换器，能够提供纯正弦输出电压，且无需输出滤波器。与传统的FSTP逆变器相比，本发明专利技术提供的逆变器提高了输入直流电源的电压利用率，提供了更高的输出线电压，可以扩展到直流输入电压的全值。此外，无需在同一桥臂开关之间插入死区，因此可以显著降低输出波形的失真以及非线性。而其对应的积分滑模控制器，能够通过优化系统的动态特性，保证系统在不同工况下的鲁棒性。保证系统在不同工况下的鲁棒性。保证系统在不同工况下的鲁棒性。
【技术实现步骤摘要】
基于Cuk变换器的四开关三相逆变器及积分滑模控制器
[0001]本专利技术涉及电力电子变换
，具体地，涉及一种基于Cuk变换器的四开关三相逆变器及积分滑模控制器。
技术介绍
[0002]标准的六开关三相(Six Switch Three Phase，SSTP)电压型逆变器(Voltage Source Inverter，VSI)广泛应用于电动/混合动力汽车、可再生能源系统和工业驱动等多种应用领域。然而，在一些低功率范围的应用中，为了降低系统体积、复杂性、损耗及成本，更倾向于采用开关数较少的逆变器拓扑。一些研究工作就被引导到开发能够实现上述目标的逆变器拓扑。研究结果表明，用四个开关实现三相逆变器是可行的。在四开关三相(Four Switch Three Phase，FSTP)逆变器中，两相负载由两个桥臂逆变器供电，第三相负载由施加在直流电源上的两个电容(C1和C2)的中点供电。
[0003]近年来，FSTP逆变器在性能、控制及应用方面引起了广泛的关注。与标准的SSTP逆变器相比，FSTP逆变器具有以下优点：由于开关数量的减少，降低了成本并提高了可靠性；省略了一个完整的支路，减少了1/3的开关损耗，并且减少了为开关提供PWM信号的接口电路的数量。FSTP逆变器还可以利用容错控制，以解决SSTP逆变器的开路/短路故障问题。然而，传统的FSTP逆变器也存在一些不足之处，需要加以考虑。与标准的SSTP逆变器类似，FSTP逆变器只执行降压DC
‑
AC转换。如果直流链路两个电容(C1和C2)上通过的电压不相等时，FSTP逆变器将会产生非线性问题。此外，FSTP逆变器的相电压峰值降低到，SSTP逆变器的相电压峰值为。为了将FSTP逆变器的相电压提高到SSTP逆变器的相电压，典型的解决方案是在FSTP逆变器和直流输入源之间插入DC
‑
DC升压变换器，这种结构被称之为双级逆变器。双级逆变器通常是利用Boost、Buck
‑
Boost、Cuk、Speic或Zeta变换器中的任意一个来提高一级逆变器的直流输入电压，再利用SSTP逆变器来实现二级逆变器的DC
‑
AC变换。此外，它还能够匹配大范围的输入电压，同样可用于各种工业应用，如UPS、不同种类的可再生能源系统、有源电力滤波器和电机驱动等。但复杂的结构使双级逆变器系统成本高昂，而且体积更大。上述提到的SSTP逆变器和FSTP逆变器都需要在同一桥臂的两个功率开关之间插入死区，这会降低等效脉冲宽度调制电压，并导致输出波形失真，且会降低能量传输效率。
技术实现思路
[0004]针对的现有技术的局限，本专利技术提出一种基于Cuk变换器的四开关三相逆变器及积分滑模控制器，本专利技术采用的技术方案是：
[0005]一种基于Cuk变换器的四开关三相逆变器，其拓扑结构包括相互连接的第一双向Cuk变换器以及第二双向Cuk变换器，三相负载中的第一相连接所述第一双向Cuk变换器的输出端，第二相连接所述第二双向Cuk变换器的输出端，第三相负载连接直流电源的负极。
[0006]作为一种优选方案，所述第一双向Cuk变换器以及第二双向Cuk变换器的正弦调制相互错开120
°
相角。
[0007]作为一种优选方案，所述拓扑结构包括第一直流电源U
DC1
、第二直流电源U
DC2
、第一电感L
1B
、第二电感L
2B
、第三电感L
1C
、第四电感L
2C
、第一极性电容C
1B
、第二极性电容C
2B
、第三极性电容C
1C
、第四极性电容C
2C
、第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3、第四开关S4；其中：
[0008]所述第二直流电源U
DC2
的正极连接所述第一直流电源U
DC1
的负极，所述第二直流电源U
DC2
的正极与所述第一直流电源U
DC1
的负极设有电位点O，所述第二直流电源U
DC2
的负极连接电位点A；
[0009]所述第一电感L
1B
的一端连接所述第一直流电源U
DC1
的正极，另一端连接所述第一开关S1的阳极以及第一极性电容C
1B
的正极；所述第一开关S1的阴极连接所述电位点O；所述第一极性电容C
1B
的负极连接所述第二电感L
2B
的一端以及第二开关S2的阴极；所述第二电感L
2B
的另一端连接电位点B；所述第二开关S2的阳极连接所述电位点O；
[0010]所述第三电感L
1C
的一端连接所述第一直流电源U
DC1
的正极，另一端连接所述第三开关S3的阳极以及第三极性电容C
1C
的正极；所述第三开关S3的阴极连接所述电位点O；所述第三极性电容C
1C
的负极连接所述第四电感L
2C
的一端以及第四开关S4的阴极；所述第四电感L
2C
的另一端连接电位点C；所述第四开关S4的阳极连接所述电位点O；
[0011]所述第二极性电容C
2B
的正极连接所述电位点O，负极连接所述电位点B；所述第四极性电容C
2C
的正极连接所述电位点O，负极连接所述电位点C；
[0012]所述电位点A、B、C各通过一个电阻连接零电位点N。
[0013]一种应用于前述基于Cuk变换器的四开关三相逆变器的积分滑模控制器，包括开关控制单元、线性控制单元以及非线性抵消单元；所述开关控制单元以及线性控制单元的输入为参考输出电压与逆变器输出电压之间的跟踪误差，所述非线性抵消单元的输入为逆变器输出电压，所述开关控制单元以及线性控制单元的输出经过叠加并抵消所述非线性抵消单元的输出后作为预设的动态方程的输入；所述动态方程用于控制所述第一双向Cuk变换器和/或第二双向Cuk变换器的输出电压。
[0014]作为一种优选方案，所述动态方程包括以下公式：
[0015][0016][0017]y1(t)＝x1(t)；
[0018]其中z1(t)＝i2(t)，z2(t)＝u
C1
(t)是状态变量，y1(t)是输出，u(t)＝D是控制输入，f(x1(t),z1(t))和g(z2(t))是系统函数和控制增益，v(t)是偏置项，表示集中不确定度；
[0019]f(x1(t),z1(t))和g(z2(t))表示为：
[0020][0021][0022]v(t)＝Δv(x1(t),z1(t),z2(t),d(t))；
[0023]其中，R
o
代表负载电阻，d(t)为外部扰动；
[0024]v(t)∈span(g(z2(t)))。
[0025]进一步本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于Cuk变换器的四开关三相逆变器，其特征在于，其拓扑结构包括相互连接的第一双向Cuk变换器以及第二双向Cuk变换器，三相负载中的第一相连接所述第一双向Cuk变换器的输出端，第二相连接所述第二双向Cuk变换器的输出端，第三相负载连接直流电源的负极。2.根据权利要求1所述的基于Cuk变换器的四开关三相逆变器，其特征在于，所述第一双向Cuk变换器以及第二双向Cuk变换器的正弦调制相互错开120
°
相角。3.根据权利要求1所述的基于Cuk变换器的四开关三相逆变器，其特征在于，所述拓扑结构包括第一直流电源U
DC1
、第二直流电源U
DC2
、第一电感L
1B
、第二电感L
2B
、第三电感L
1C
、第四电感L
2C
、第一极性电容C
1B
、第二极性电容C
2B
、第三极性电容C
1C
、第四极性电容C
2C
、第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3、第四开关S4；其中：所述第二直流电源U
DC2
的正极连接所述第一直流电源U
DC1
的负极，所述第二直流电源U
DC2
的正极与所述第一直流电源U
DC1
的负极设有电位点O，所述第二直流电源U
DC2
的负极连接电位点A；所述第一电感L
1B
的一端连接所述第一直流电源U
DC1
的正极，另一端连接所述第一开关S1的阳极以及第一极性电容C
1B
的正极；所述第一开关S1的阴极连接所述电位点O；所述第一极性电容C
1B
的负极连接所述第二电感L
2B
的一端以及第二开关S2的阴极；所述第二电感L
2B
的另一端连接电位点B；所述第二开关S2的阳极连接所述电位点O；所述第三电感L
1C
的一端连接所述第一直流电源U
DC1
的正极，另一端连接所述第三开关S3的阳极以及第三极性电容C
1C
的正极；所述第三开关S3的阴极连接所述电位点O；所述第三极性电容C
1C
的负极连接所述第四电感L
2C
的一端以及第四开关S4的阴极...
【专利技术属性】
技术研发人员：岳舟，成蒙，
申请(专利权)人：湖南人文科技学院，
类型：发明
国别省市：
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