6kV A逆變器滯環(huán)調(diào)制與單極性SPWM倍頻調(diào)制的比較

分析了電流型滯環(huán)調(diào)制和單極性SPWM倍頻調(diào)制逆變器的原理，然后討論了兩種調(diào)制方式下輸出濾波器的設(shè)計，并在此基礎(chǔ)上制作了兩臺6kV·A逆變器樣機(jī)并給出了輸出波形和輸出THD。通過理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知電流型滯環(huán)調(diào)制的逆變器穩(wěn)定性要優(yōu)于SPWM調(diào)制的逆變器，但要獲得相近的輸出THD值，前者所需要的輸出濾波器要遠(yuǎn)大于后者。

關(guān)鍵詞：逆變器；單極性SPWM調(diào)制；滯環(huán)調(diào)制；比較 　

0 引言

逆變器主電路是一個開關(guān)式大功率放大器，逆變過程的實(shí)質(zhì)是模－數(shù)－模的變化過程，它包括模－數(shù)和數(shù)－模兩個變換，分別對應(yīng)于數(shù)字通信技術(shù)中的調(diào)制編碼與解調(diào)兩個過程[1]。SPWM調(diào)制與滯環(huán)調(diào)制是目前逆變器中最常見的兩種調(diào)制方式，它們分別從數(shù)字通信的脈寬調(diào)制和Delta調(diào)制發(fā)展而來。通信中調(diào)制的目的是為了遠(yuǎn)距離傳輸信號，而在電力電子裝置中則是為了減小系統(tǒng)的體積、提高系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)和降低輸出諧波含量。在逆變器的輸出端需要并聯(lián)輸出濾波器，它相當(dāng)于數(shù)字通信技術(shù)中的解調(diào)環(huán)節(jié)，其作用是濾除輸出波形中無用的高次諧波。通過這兩個環(huán)節(jié)，就實(shí)現(xiàn)了對基準(zhǔn)波的功率放大。

文獻(xiàn)[2]對SPWM調(diào)制和滯環(huán)調(diào)制做了仿真和實(shí)驗(yàn)分析。文獻(xiàn)[3]討論了6kV·A電流滯環(huán)調(diào)制逆變器的研制并給出了輸出波形。本文則從調(diào)制原理、系統(tǒng)的輸出濾波器設(shè)計和最終輸出波形THD等方面對兩臺分別采用電流滯環(huán)調(diào)制和電流型單極性SPWM調(diào)制的6kV·A單相逆變器實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行了研究和比較。

1 主電路與電壓電流雙環(huán)反饋控制

圖1為逆變器主電路和控制系統(tǒng)的框圖，主電路采用了全橋結(jié)構(gòu)，輸出端連接了LC濾波器濾除高次諧波。兩個電路在控制上均采用了輸出電壓和電感電流雙環(huán)控制，這種控制方式在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的同時還具有良好的動態(tài)特性與輸出限流的特性。從圖1可以看出，SPWM調(diào)制的逆變器和滯環(huán)調(diào)制的逆變器，除了調(diào)制器部分不同外，其余部分的電路在結(jié)構(gòu)上完全相同，只是在參數(shù)上有所不同。因此，這兩個系統(tǒng)在輸出特性以及輸出濾波器上的差異基本上可以認(rèn)為是由這兩種不同的調(diào)制方式所決定的。兩個系統(tǒng)的輸入均為DC380V，輸出均為220V/50Hz，輸出功率為6kV·A。

圖1 逆變器主電路與控制系統(tǒng)框圖

2 兩種調(diào)制方式原理

2.1 SPWM調(diào)制原理

單極性SPWM調(diào)制又分為非倍頻和倍頻兩種方式，本文所討論的SPWM調(diào)制的逆變器采用的是倍頻方式，它在不改變開關(guān)管工作頻率的情況下，通過對門級脈沖控制，可以使得輸出波形中最低次諧波頻率是開關(guān)頻率的2倍，從而可以減小濾波器的體積。圖2是這種調(diào)制方法的原理。

圖2 電流型單極性SPWM倍頻調(diào)制原理

在電流型單極性SPWM倍頻調(diào)制中包含有兩個載波信號ic1和ic2，且有

ic1=－ic2（1）

調(diào)制信號ig與ic1與交截產(chǎn)生ug1與ug2信號，控制S1與S2的開關(guān)，ig與ic2交截產(chǎn)生ug3與ug4信號，控制S3與S4的開關(guān)。這種調(diào)制方式的實(shí)質(zhì)是將一個全橋變換器拆分成兩個半橋變換器，分別用兩個相位相反的正弦波進(jìn)行調(diào)制后得到的信號去控制它們（在這里采用的是載波ic1反相，等價于將ig反相），這樣兩個橋臂輸出的基波就為帶相同直流偏置、幅值相等且相位相反的正弦波，將這兩個輸出相減再濾除高頻分量，就得到了標(biāo)準(zhǔn)的正弦輸出波形。