PWM逆變器式交流穩壓電源的原理分析

假定市電電壓中無(wú)諧波，市電輸入功率因數cosφ=1，則：us=Ussinωt,is=Issinωt，將方程式（3）uco的值以及us、is的值代入式（4）得：

uo=Ussinωt－ZIssinωt－ξMUdsinωt－cosmπ?sin〔(mN＋n)ωt〕(5)

用電路中低通濾波器LFCF濾掉uco中的高次諧波時(shí)，則上式變?yōu)椋?/p>

uo=Ussinωt－ZIssinωt－ξMUdsinωt（6）將式（1）的M值及ξ=代入式（6），則得：

uo=Ussinωt－ZIssinωt－(Us－ZIs－Ur)?sinωt=Ursinωt

圖1所示SPWM高頻逆變器式交流穩壓電源有六種工作狀態(tài)：

Sus>ur＋Zis，此時(shí)uco=us－Zis－ur，輸出電壓uo=us－(us－Zis－ur)－Zis=ur

Sus Sus=ur，此時(shí)uco=－Zis，輸出電壓uo=us－(－Zis)－Zis=ur

S空載（is=0)us>ur，此時(shí)uco=us－ur，輸出電壓uo=us－(us－ur)=ur

S空載（is=0)us S空載（is=0)us=ur，此時(shí)uco=0，不補償。

從以上分析可知：當市電電壓us或負載發(fā)生變化時(shí)，用瞬時(shí)值（us－ur－Zis)作為正弦調制電壓的SPWM高頻逆變器的輸出電壓uco完全可以補償輸出電壓uo的變化，保持uo=ur不變。

23對市電電壓中諧波的補償假定市電電壓的數值不變，但卻含有諧波Usnsinωt，即：

us=Us1sinωt＋Usnsinnωt，us1=ur。

為了使推導簡(jiǎn)化，令is=0，則調制波電壓為：

us－Zis－ur=us1sinωt＋Usnsinnωt－Ursinωt=Usnsinnωt(7)調制比：Mn=，則補償電壓為：=ξMnUdsinnωt＋ξ?

cosm″π?sin〔(m″N＋n′)n′ωt〕(8)

將us、is、的值代入式（4），用低通濾波器濾去中的更高次的諧波，并將Mn=，ξ=代入中即得：

uo=Us1sinωt＋Usnsinnωt－Usnsinnωt=Us1sinωt=Ursinωt(9)

由式（9）可知：當市電電壓us中含有諧波時(shí)用瞬時(shí)值(us－ur－Zis)作調制波的SPWM逆變器的輸出電壓uco即可以補償掉us中的諧波，尤其是5次以下的低次諧波。

此外從物理上看，由于控制電路采用的是市電電壓與純正弦波參考基準電壓ur的瞬時(shí)值進(jìn)行比較，所得到的瞬時(shí)值之差作為調制波進(jìn)行控制補償的，當市電電壓us是正弦波時(shí)，us>ur時(shí)是負補償，即us－uco；us2.4逆變器型式與參數

穩壓電源中的逆變器，可以用全橋式、半橋式或推挽式，其補償效果基本相同。不用高頻SPWM調制而改用線(xiàn)性Delta滯環(huán)PWM控制也可以達到相同的效果。唯一應指出的一點(diǎn)是逆變器的直流電源電壓一定要穩定，它對電壓的補償精度有直接影響。變壓器Tr的變比ξ=的值取決于市電電壓的最大變化范圍，市電電壓的最大允許變化范圍為±10％，實(shí)際有的地方可高達±20％，所以變比ξ一般?。?0～25)％，相應補償變壓器Tr的容量應取穩壓電源標稱(chēng)容量的（20～25)％。

圖6三相補償式交流穩壓電源原理電路

圖7廣義瞬時(shí)無(wú)功理論諧波檢測原理圖

3三相補償式交流穩壓電源

三相補償式交流穩壓電源的原理電路如圖6所示，它由主電路、控制電路和檢測電路三部分組成。主電路又由并聯(lián)部分、串聯(lián)部分和直流部分的濾波儲能電容 Cd三部分組成。并聯(lián)部分是由低通濾波器和三相PWM開(kāi)關(guān)整流器組成，開(kāi)關(guān)整流器實(shí)際上就是一個(gè)三相電壓型逆變器，它的主要作用是為串聯(lián)部分的單相補償逆變器提供整流直流電源，保持直流電容Cd上的電壓恒定。直流電容Cd起濾波和儲能作用。采用三相開(kāi)關(guān)整流器的目的有兩個(gè)，一是保持市電輸入功率因數 cosφ=1，并使輸入電流的波形接近正弦，以減小對市電的污染；二是可以使電能雙向流動(dòng)，使逆變器負載中的無(wú)功能量可以反饋回市電電源，提高補償器的效率。此外，如果在直流電容Cd上并聯(lián)儲能蓄電池，當市電故障停電時(shí)，三相PWM開(kāi)關(guān)整流器轉換到逆變狀態(tài)工作，又可以短時(shí)作為在線(xiàn)式UPS使用。如果再附加一部分控制電路，三相電壓型逆變器又可以作為無(wú)功補償器或有源濾波器使用，以濾掉負載電流中的諧波。串聯(lián)部分是由三個(gè)單相全橋逆變器及其輸出變壓器（亦即補償變壓器）組成，其作用就是對市電電壓的高低變化、三相不對稱(chēng)、諧波、閃變等進(jìn)行補償；串聯(lián)部分之所以采用三個(gè)單相逆變器及輸出變壓器，其原因有兩個(gè)，一是由于三相四線(xiàn)制的市電系統所帶的負載多數情況下是不對稱(chēng)的，因此三相電壓也不對稱(chēng)，必須用互無(wú)聯(lián)系的單相逆變器獨立進(jìn)行補償。二是也可以提高三相四線(xiàn)制電源的可靠性，萬(wàn)一有一相出現故障另外兩相還可以繼續供電。三個(gè)單相逆變器也都是可以雙向工作的，當市電電壓us等于標稱(chēng)基準電壓時(shí)，三個(gè)單相逆變器由逆變的補償狀態(tài)轉換到開(kāi)關(guān)整流狀態(tài)向直流電容Cd或蓄電池供電，以保證并聯(lián)電路的三相電壓型逆變器正常工作。這樣，三相交流穩壓電源就變成了用戶(hù)電力綜合調節器（Custompower)

三相補償式穩壓電源的工作原理與單相相同，都是通過(guò)檢測電路將需要補償的各種電壓分量檢測出來(lái)進(jìn)行補償，以保持輸出電壓為正弦穩定的電壓。由于三相四線(xiàn)制系統存在著(zhù)三相電壓不對稱(chēng)的問(wèn)題，雖然單相電路使用的正弦瞬時(shí)值比較法也可以采用，但為了能檢測出三相電壓的不對稱(chēng)性，采用了基于廣義瞬時(shí)無(wú)功理論的檢測方法是更合適的，此法可以對三相四線(xiàn)制電路的非正弦電壓和非對稱(chēng)電壓進(jìn)行檢測，能更有效地檢測出三相電壓不對稱(chēng)時(shí)的補償值。其原理電路如圖7所示：將檢測到的電壓信號經(jīng)過(guò)Park變換，然后通過(guò)低通濾波器濾掉d、q分量中的直流分量，最后再經(jīng)過(guò)Park反變換，即可得到三相需要補償的電壓。