SPWM逆變電源抗直流偏磁的研究

為解決SPWM全橋逆變器中存在的直流偏磁問題，一般可采取如下措施：

1) 增加變壓器鐵心氣隙，增加鐵心的磁阻，但是這樣降低了變壓器鐵心的利用率，且增大了變壓器的體積和重量。

2) 在變壓器的原邊繞組串聯(lián)一個(gè)無極性隔直電容。這種方案不適合大功率逆變電源。大功率逆變電源中因?yàn)闊o極性電容耐壓和容量的限制，需要大量的電容進(jìn)行串并聯(lián)，從而加大了成本、體積和重量。另外，主電路中如果串入隔直電容，會(huì)降低了功率傳遞效率，影響系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。

3) 選擇飽和壓降和存儲(chǔ)時(shí)間特性一致的開關(guān)管，減小控制電路的脈寬失真和驅(qū)動(dòng)延時(shí)。

4) 在動(dòng)態(tài)情況下限制控制信號(hào)的最大變化率，使正負(fù)半波盡量對(duì)稱，這樣也會(huì)影響系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。

文獻(xiàn)[1]提出的靜態(tài)補(bǔ)償和適時(shí)補(bǔ)償?shù)姆椒軌蜉^好地解決SPWM全橋逆變器中的直流偏磁問題，但是屬于模擬控制。文獻(xiàn)[3]提出的自適應(yīng)控制方法需要對(duì)變壓器的原副邊電流進(jìn)行分別采樣，需要兩個(gè)電流傳感器，增加了系統(tǒng)的成本和體積，在算法上也相對(duì)比較的復(fù)雜。本文通過采樣變壓器原邊電壓，通過數(shù)字PI控制器來調(diào)整觸發(fā)脈沖的寬度，從而較好地解決了SPWM全橋逆變器中的直流偏磁問題。

4.抗變壓器偏磁的控制方法

由前面的分析可知，SPWM全橋逆變器中，在沒有直流偏磁的理想情況下，輸出變壓器原邊電壓中的直流分量

=0，即正負(fù)半周波形對(duì)稱，電壓的伏秒積分為0。這一點(diǎn)也可以由變壓器工作時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B的變化率得知

(3)

在有直流偏磁的情況下，輸出變壓器鐵心工作磁滯回線中心點(diǎn)偏離零點(diǎn)，從而造成在一個(gè)周期內(nèi)

，即電壓的伏秒積分不為0。

圖2 抗直流偏磁控制器

圖2是SPWM全橋逆變器抗直流偏磁控制器的原理圖。PI調(diào)節(jié)器使誤差

為一個(gè)很小的值。PI調(diào)節(jié)器根據(jù)

來產(chǎn)生所要求的控制量。PI控制算法的表達(dá)式為：

(4 )

(5)

在本文中通過檢測(cè)變壓器原邊電壓在幾個(gè)周期內(nèi)的變化量，利用PI調(diào)節(jié)器得出的控制量來適時(shí)的調(diào)整觸發(fā)脈沖的寬度，把變壓器直流偏磁限制在較小的范圍之內(nèi)。

5.偏磁控制系統(tǒng)的仿真實(shí)驗(yàn)

5.1變壓器偏磁后的仿真分析

原邊電壓中的直流分量大小直接關(guān)系到變壓器的飽和程度。直流分量越大，電流上升率越大，波形畸變?cè)絿?yán)重。由圖3和圖4可以看出，變壓器進(jìn)出飽和后，原邊電流隨著電壓的升高急劇增大，電流嚴(yán)重畸變，其波形中含有尖峰現(xiàn)象。原邊電壓中的直流分量越大，電流的上升率越大，變壓器的原副變的比值關(guān)系不再符合正常工作時(shí)的比例關(guān)系。

圖3 變壓器偏磁飽和原邊電流波形

圖4 變壓器偏磁飽和原邊電壓波形

5.2數(shù)字PI抗偏磁的仿真與分析

數(shù)字PI控制把變壓器的原邊電壓做為反饋量進(jìn)行閉環(huán)控制，對(duì)變壓器的直流偏磁加以矯正，使的變壓器原邊的直流分量為零。

從圖5可以看出，引入變壓器抗偏磁控制回路以后，變壓器原邊的電流波形得到明顯的改善，證明改方法能夠有效的抑制變壓器的直流偏磁。

圖5 矯正后變壓器原邊電流波形

6.結(jié)論

本文分析了變壓器偏磁產(chǎn)生的主要原因，在此基礎(chǔ)上提出了抗壓器偏磁的控制方法，并對(duì)變壓器偏磁和加入抗偏磁控制電路以后的系統(tǒng)進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，結(jié)果證明該方法抑制磁飽和的有效性。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊蔭福，周黨生等. SPWM逆變電源輸出變壓器直流不平衡問題[J]. 華中理工大學(xué)學(xué)報(bào),1999, 27(6)：72-73.

[2] 高軍，楊旭，王兆安. 正弦波逆變電源抗偏磁電路的研究[J]. 電工電能新技術(shù)，2000，4：8-11.