逆變器基準信號幾種產(chǎn)生方法的研究

1．引言

　　傳統的逆變器控制電路都是采用模擬電路和小規模數字集成電路實(shí)現的。隨著(zhù)信息技術(shù)的發(fā)展，采用微處理器的數字控制技術(shù)已開(kāi)始越來(lái)越多地應用于逆變電源?；谛阅芎统杀镜木C合考慮，目前，部分數字化（即寬頻帶的電壓調節器仍由模擬電路實(shí)現）不失為中小功率逆變器控制電路的優(yōu)選方案。這種情況下，基準正弦信號首先由微處理器產(chǎn)生，變換成模擬信號后輸出給模擬電壓調節器。
　　基于微處理器產(chǎn)生的基準正弦信號頻率和周期易于控制、調節精度高，可以滿(mǎn)足逆變器并聯(lián)運行等高性能控制的要求[1]。但同時(shí)時(shí)間和數值的量化必然造成諧波含量加大。本文將著(zhù)重分析量化對幾種正弦波產(chǎn)生方法的諧波影響。

2．數字化正弦波形產(chǎn)生的方法

　　軟件產(chǎn)生正弦波常用的方法有兩類(lèi)：一類(lèi)是表格＋D/A法。所謂表格就是在一個(gè)正弦波的周期中取N點(diǎn)，計算出每一段對應的幅值，形成一組數據，定時(shí)查表輸出將數字量經(jīng)過(guò)D/A轉換形成階梯波，濾波后成正弦波；另一類(lèi)是正弦脈沖寬度調制（SPWM）法。數字正弦波數據經(jīng)正三角波（有時(shí)也用鋸齒波）軟件調制，輸出SPWM脈沖，再經(jīng)模擬電路濾波解調成正弦波。

3．數字化正弦波的諧波分析

3.1 表格＋D/A法

　　我們在生成表格，即在數據處理的時(shí)候，常常會(huì )遇到時(shí)間量化的問(wèn)題。將周期為T(mén)的正弦波由N個(gè)階梯波近似，計算出的每一段對應的時(shí)間寬度并不一定是一個(gè)整數。設微處理器的定時(shí)時(shí)基為T(mén)s，波形量化后，前N-1段中每一段對應的定時(shí)時(shí)間常數
　　k1=[T/(NTs)]　　　　 （1）
　　式中[]表示取整函數。為了保證整個(gè)周期為T(mén)不變，所以最后一段對應的時(shí)間常數
　　k2=[T/Ts]-k1(N-1)　　?。?）
　　不等于k1。即在整個(gè)階梯波的末端會(huì )留有一段“時(shí)間尾巴”，而它的前N-1段則等份，顯然這將造成波形的畸變，如圖1所示。這一畸變造成的THD分析如下：

　　1) 不考慮時(shí)間量化的情況下，把正弦波時(shí)間軸一個(gè)周期2π直接等分成N段，每段對應的角度=2π/N。由于正弦函數是一個(gè)奇函數，所以可以得到如圖2所示的合成階梯波（取N=120）。其函數表達式為：u=Umsin(n·2π/N)。因為u是奇函數，故其輸出波形中沒(méi)有偶次諧波而只有奇次諧波，所以它的傅里葉級數式中僅有正弦項。取第一段的中點(diǎn)為起始點(diǎn)（零點(diǎn)），對整個(gè)波形進(jìn)行分段積分，即對一個(gè)周期2π內的每一段進(jìn)行積分，由奇函數的性質(zhì)，只要對半個(gè)周期0~π/2進(jìn)行積分即可算得傅里葉級數如下：

　　 （3）
　　其中：

?。?）
　　式中[sin(k)] 表示對sin(k)的計算結果取整。
　　由計算知諧波含量主要分布在n = jN±1次。

　　圖3是在不考慮時(shí)間量化時(shí)合成階梯波輸出電壓的頻譜。根據總諧波畸變因素的公式算得當N取120，幅值為116時(shí)的THD 近似為1.5％。