抑制單相及三相正弦波逆變器偏磁的有效方法

除此之外，如果電路設(shè)計(jì)不當(dāng)，工藝欠妥也會(huì)產(chǎn)生偏磁。綜上所述，無(wú)論SPWM控制信號(hào)采用何種方式[正弦波與三角波比較，單片機(jī)，還是專用集成電路（ASIC）]產(chǎn)生，偏磁總是存在的，只是程度有所不同。欲使變壓器工作在理想（或合理）的狀態(tài)，比較好的辦法是使變壓器的磁化曲線正、負(fù)方向?qū)υc(diǎn)O對(duì)稱。對(duì)于SPWM工作模式的變頻電源，如果逆變橋中點(diǎn)輸出的SPWM脈沖波（濾波之前）所代表的輸出正弦波的正負(fù)面積相等，則表明輸出波形中不含直流成分，即直流成分為零，變壓器沒(méi)有偏磁；反之，若正負(fù)面積不等，直流成分則不為零。變壓器一次側(cè)直流電壓的存在是造成正、反方向的伏秒面積不等而引發(fā)偏磁的根本原因。如何檢測(cè)出直流電壓并通過(guò)適當(dāng)?shù)碾娐愤M(jìn)行校正是抑制偏磁的技術(shù)關(guān)鍵。

3．1 偏磁消除原理

正弦波全橋逆變電路主電路如圖2所示，兩橋臂中相交叉對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)（S₁，S₄）和（S₂，S₃）分別組成兩個(gè)開(kāi)關(guān)組。逆變橋開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)為正弦波與三角波比較而得的SPWM驅(qū)動(dòng)脈沖，所以，逆變橋一橋臂與0點(diǎn)的電壓u_AO可表示為一直流分量U_ad和基波分量以及一系列諧波分量之和；同理，逆變橋另一橋臂與0點(diǎn)的電壓u_B0可表示一直流分量為U_bd和基波分量以及一系列諧波分量之和。可得變壓器一次側(cè)直流電壓U_AB=U_ad－U_bd，當(dāng)U_ad=U_bd時(shí)，U_AB=0。這種巧合是很難發(fā)生的，即便是通過(guò)控制使其差值為零，對(duì)于三相逆變器，很難滿足其他相的差值也為零。如果通過(guò)分別校正每一橋臂的輸出電壓u_A0，u_B0，u_C0，使其各自的直流成分均為零，即使每相中U_ad、U_bd、U_cd為零。那么，輸出變壓器一次側(cè)繞組中的直流成分也就消除了。這就是單、三相正弦波逆變器消除偏磁的統(tǒng)一方法。

圖2 全 橋 逆 變 主 電 路 原 理 圖

3．2 控制框圖

圖3為SPWM正弦波逆變器中一個(gè)橋臂的抗偏磁電路的控制框圖。I是逆變橋，0為直流中點(diǎn)，R_p為調(diào)節(jié)中點(diǎn)之用。II為低通濾波器，用于檢測(cè)高壓SPWM脈沖序列中的直流分量U_xd(x=1，2，3)。U_xd送到PI調(diào)節(jié)器進(jìn)行誤差放大，其輸出信號(hào)u_c作為脈寬調(diào)制器（PWM）的控制信號(hào)，使其輸出的脈寬跟蹤U_xd的變化。由此得到的平均值u₀去校正控制電路的參考正弦，使其對(duì)橫軸對(duì)稱。如逆變橋臂的輸出正弦波向上偏，通過(guò)調(diào)節(jié)校正，使其向下偏。使各橋臂中點(diǎn)的U_xd為零，從而達(dá)到消除偏磁的目的。整個(gè)過(guò)程是閉環(huán)動(dòng)態(tài)實(shí)現(xiàn)的。

圖3 偏 磁 抑 制 電 路 的 控 制 框 圖

3．3 電路實(shí)現(xiàn)

抑制偏磁的硬件實(shí)現(xiàn)如圖4所示。低通濾波器II，采用了RC無(wú)源低通濾波器實(shí)現(xiàn)，其中時(shí)間常數(shù)τ=RC。因?yàn)槭菍?duì)直流中點(diǎn)0濾波，應(yīng)選擇耐壓大于400V，CBB類電容即可。核心電路III，IV可用一片雙端輸出PWM控制IC（例如TL494，SG3535，SG3524等）構(gòu)成推挽式結(jié)構(gòu)。脈沖變壓器T用來(lái)隔離和獲得需要的電壓增益。u₀是可調(diào)的，u₀的不同，a點(diǎn)的電位也就不同，送到加法器的電壓也就不同。如無(wú)偏磁，則u₀=0，u₀始終在零附近動(dòng)態(tài)地閉環(huán)調(diào)節(jié)。

圖 4 偏 磁 校 正 電 路