隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)逆變電源的要求也越來(lái)越高。在大功率逆變電源場(chǎng)合，流過(guò)主電路上的器件電流非常大，作為開(kāi)關(guān)管的IGBT 上流過(guò)的電流可達(dá)幾百安，所以一般所選的開(kāi)關(guān)管容量比較大，這就導(dǎo)致調(diào)制時(shí)的開(kāi)關(guān)頻率不能過(guò)高。本文首先介紹了主電路與三環(huán)控制，其次介紹了單極性倍頻SPWM調(diào)制，最后闡述了系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)分析wNN，具體的跟隨小編一起來(lái)了解一下。

一、主電路與三環(huán)控制

逆變器主電路結(jié)構(gòu)如圖1所示，主電路采用全橋結(jié)構(gòu)，輸出端連接了LC 濾波器濾除高次諧波。開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)由三角波和正弦波比較匹配得到。

三環(huán)控制結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，由內(nèi)到外分別為瞬時(shí)值電容電流環(huán)、瞬時(shí)值電壓環(huán)和電壓有效值環(huán)。其中：瞬時(shí)值電流環(huán)的主要作用是校正輸出電壓波形;瞬時(shí)值電壓環(huán)主要作用是校正輸出電壓的相位，并提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能;電壓有效值環(huán)的主要作用是使輸出電壓穩(wěn)定在所需要的電壓幅值。

電流瞬時(shí)值內(nèi)環(huán)和電壓瞬時(shí)值外環(huán)均采用P調(diào)節(jié)器，最外環(huán)電壓有效值環(huán)采用PI 調(diào)節(jié)器。圖3和圖4 分別為采用三環(huán)控制的逆變電源系統(tǒng)從滿載到空載和空載到滿載的波形仿真圖，圖3中Uo為輸出電流。由圖3-4 可知，切載時(shí)電壓幅值基本保持不變，說(shuō)明系統(tǒng)具有較好的動(dòng)態(tài)特性。

在常規(guī)SPMW波調(diào)制中，開(kāi)關(guān)頻率和輸出脈沖頻率是相等的，但是在大功率條件下，開(kāi)關(guān)頻率不能過(guò)高，原因主要：

①開(kāi)關(guān)頻率過(guò)高會(huì)導(dǎo)致開(kāi)關(guān)損耗增大;

②會(huì)使開(kāi)關(guān)管發(fā)熱嚴(yán)重，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行會(huì)損壞開(kāi)關(guān)器件;

③開(kāi)關(guān)頻率過(guò)高，出現(xiàn)擎住效應(yīng)的幾率增大;

④大容量開(kāi)關(guān)器件高速通斷，會(huì)產(chǎn)生很高的電壓尖峰，有可能造成開(kāi)關(guān)管或其他元件被擊穿。但是，開(kāi)關(guān)頻率降低會(huì)使輸出波形中THD含量變高，不能滿足最終指標(biāo)要求。

為了提高輸出波形質(zhì)量，通常的做法是加大主電路后端LC濾波器參數(shù)，或增加三環(huán)控制中調(diào)節(jié)器比例系數(shù)，但是加大LC濾波器參數(shù)會(huì)使逆變器體積變大，成本增加，而且在實(shí)際構(gòu)成數(shù)字控制系統(tǒng)時(shí)。調(diào)節(jié)器系數(shù)不能太大，否則就會(huì)造成振蕩;所以單極性倍頻SPWM調(diào)制方式應(yīng)用而生。

二、單極性倍頻SPWM調(diào)制

2.1、單極性倍頻SPWM調(diào)制原理

2.2、單極性倍頻SPWM調(diào)制下濾波器的設(shè)計(jì)

電路中電容的作用是和電感-起構(gòu)成一個(gè)低通濾波器，因此在電感值確定后，就可以根據(jù)LC濾波器的截止頻率來(lái)確定電容C 的值。由于在單極性倍頻SPWM 調(diào)制方式下，輸出諧波為開(kāi)關(guān)頻率2 倍以上的偶次倍的高次諧波，所以LC 濾波器的截止頻率可以取最低次輸出諧波的1/10，即

在實(shí)際電路中，由于各個(gè)器件的非理想特性，基準(zhǔn)正弦也為非標(biāo)準(zhǔn)正弦信號(hào)，再加上死區(qū)對(duì)輸出波形的影響，所以輸出波形會(huì)含有低次諧波。將電容值適當(dāng)取大，能夠有效抑制低次諧波。將已計(jì)算得到的電感值帶人上式中，即可得到電容值：

在實(shí)際電路設(shè)計(jì)中，可取電感為0.4 mH，電容為20 PF.

在三環(huán)控制下，采用SPWM 波單極性倍頻調(diào)制方法，數(shù)字控制系統(tǒng)中的比例控制器參數(shù)不需要很大，就可以保證較好的輸出電壓波形質(zhì)量，而且輸出電壓信號(hào)的相位、幅值都能達(dá)到指標(biāo)要求。

三、系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)分析wNN

3.1、仿真結(jié)果及分析

本文基于上述原理，采用Matlab/Simulink搭建了仿真模型，進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。采用常規(guī)SPWM調(diào)制，在三環(huán)控制下的輸出波形及波形THD 分析結(jié)果圖如圖6 所示。其中： 開(kāi)關(guān)頻率為26.4 kHz;輸出功率為10 kW.由Simulink 自帶的FFT 分析可知，在此控制下的THD 含量為1.23%.其中，三次諧波含量較大，高次諧波已被LC濾波器濾掉。

采用單極性倍頻SPWM 調(diào)制，在三環(huán)控制下，輸出波形及波形THD 分析結(jié)果圖如圖7 所示。其中： 開(kāi)關(guān)頻率為10kHz，輸出功率為10kW.由Simulink 自帶的FFT 分析可知，在此控制下的THD含量為0.75%.其中，偶次諧波含量較大，高次諧波已被LC 濾波器濾掉。

由以上結(jié)果對(duì)比可知，采用單極性倍頻SPWM調(diào)制方法時(shí)，開(kāi)關(guān)頻率僅為10kHz，但是輸出電壓的THD 值小于1% ; 而采用常規(guī)SPWM 調(diào)制方法時(shí)，開(kāi)關(guān)頻率達(dá)到26.4 kHz，THD 值也只有1.23%.開(kāi)關(guān)頻率10 kHz 經(jīng)過(guò)倍頻后得到的輸出電壓脈沖頻率為20kHz，其THD 值與開(kāi)關(guān)頻率26.4 kHz 時(shí)的值相差不多，說(shuō)明單極性倍頻調(diào)制方法是有效的。

3.2、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

在上述仿真實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。首先得到單極性倍頻SPW M 驅(qū)動(dòng)信號(hào)，如圖8 所示。系統(tǒng)切換負(fù)載時(shí)，輸出電壓和輸出電流波形如圖9 所示。 由圖9 可知， 系統(tǒng)在負(fù)載切換時(shí)經(jīng)過(guò)幾個(gè)周期的調(diào)節(jié)就可以恢復(fù)電壓幅值，說(shuō)明系統(tǒng)在三環(huán)控制下具有較好的動(dòng)態(tài)性能，與仿真結(jié)果相符。在常規(guī)雙極性SPWM 調(diào)制下的波形及諧波畸變率如圖10所示。由圖10 可知，THD 為2.52%.在單極性倍頻

SPW M 調(diào)制下的輸出電壓波形及諧波畸變率如圖11所示。由圖11可知，THD 僅為1.53%.

四、結(jié)語(yǔ)

本文為解決在大功率條件下開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)頻率不能過(guò)高問(wèn)題，將單極性倍頻SPWM 波調(diào)制方式與環(huán)控制結(jié)合起來(lái)進(jìn)行仿真研究，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果表明，這種方法應(yīng)用在大功率逆變電源中效果較好，能夠使輸出波形THD 達(dá)到較高指標(biāo)。