解析三相PWM逆變器的主電源電路設計

隨著(zhù)電力電子技術(shù)的發(fā)展， 逆變器的應用已深入到各個(gè)領(lǐng)域， 一般均要求逆變器具有高質(zhì)量的輸出波形。逆變器輸出波形質(zhì)量主要包括兩個(gè)方面， 即穩態(tài)精度和動(dòng)態(tài)性能。因此， 研究既具有結構和控制簡(jiǎn)單， 又具有優(yōu)良動(dòng)、靜態(tài)性能的逆變器控制方案， 一直是電力電子領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。

　　隨著(zhù)國民經(jīng)濟的高速發(fā)展和國內外能源供應的緊張， 電能的開(kāi)發(fā)和利用顯得更為重要。目前， 國內外都在大力開(kāi)發(fā)新能源， 如太陽(yáng)能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、潮汐發(fā)電等。一般情況下， 這些新型發(fā)電裝置輸出不穩定的直流電， 不能直接提供給需要交流電的用戶(hù)使用。為此， 需要將直流電變換成交流電， 需要時(shí)可并入市電電網(wǎng)。這種DC- AC 變換需要逆變技術(shù)來(lái)完成。因此， 逆變技術(shù)在新能源的開(kāi)發(fā)和利用領(lǐng)域有著(zhù)重要的地位。

　　脈寬調制逆變技術(shù)

　　1. 1 PWM 的基本原理

　　1. 1. 1 PWM（ Pulse Width Modulat ion） 脈寬調制型逆變電路定義： 是靠改變脈沖寬度來(lái)控制輸出電壓， 通過(guò)改變調制周期來(lái)控制其輸出頻率的電路。

　　1. 1. 2 脈寬調制的分類(lèi)： 1、以調制脈沖的極性分，可分為單極性調制和雙極性調制兩種;2、以載頻信號與參考信號頻率之間的關(guān)系分， 可分為同步調制和異步調制兩種。

　　1. 1. 3 （ PWM） 逆變電路的特點(diǎn)： 可以得到相當接近正弦波的輸出電壓和電流， 所以也稱(chēng)為正弦波脈寬調制SPWM（ Sinuso idal PWM） 。

　　1. 1. 4 SPWM 控制方式： 就是對逆變電路開(kāi)關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制， 使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不等的脈沖， 用這些脈沖來(lái)代替正弦波所需要的波形。按一定的規則對各脈沖的寬度進(jìn)行調制，既可改變逆變電路輸出電壓的大小， 也可改變輸出頻率。

　　1. 2 PWM 電路的調制控制方式

　　1. 2. 1 載波比的定義： 在PWM 變頻電路中，載波頻率f c 與調制信號頻率f r 之比稱(chēng)為載波比， 即N= f c/ ff 。

　　1. 2. 2 PWM 逆變電路的控制方式： 根據載波和調制信號波是否同步， 有異步調制和同步調制兩種控制方式： 一、異步調制控制方式。當載波比不是3 的整數倍時(shí)， 載波與調制信號波就存在不同步的調制。二、同步調制控制方式。在三相逆變電路中當載波比為3 的整數倍時(shí)， 載波與調制信號波能同步調制。

　　主電路的設計

　　本設計采用AC – DC – AC 方案。采用SPWM調制方式。圖1 為系統主電路和控制電路框圖。交流輸入電壓經(jīng)過(guò)不控整流后得到一個(gè)直流電壓， 再經(jīng)過(guò)全橋逆變電路得到交流輸出電壓。為保證系統可靠運行， 防止主電路對控制電路的干擾， 采用主、控電路完全隔離的方法， 即驅動(dòng)信號用光耦隔離， 反饋信號用變壓器隔離， 輔助電源用變壓器隔離。

　　2. 1 整流電路的設計

　　本設計運用的是三相橋式不可控整流電路。在交- 直- 交變頻器、不間斷電源、開(kāi)關(guān)電源等應用場(chǎng)合中， 大都采用不可控整流電路經(jīng)電容濾波后提供直接電源， 供后級的變換器、逆變器等使用。由于電路中的電力電子器件采用整流二極管， 故也稱(chēng)這類(lèi)電路為二極管整流電路。其電路圖如下所示：