基于三次諧波注入法的逆變器控制設(shè)計(jì)

摘 要 本論文為了提高三相逆變器的直流電壓利用率，采用了用三次諧波注入的逆變器，其次本論文對(duì)基于三次諧波注入法的逆變器進(jìn)行了系統(tǒng)建模，設(shè)計(jì)了輸入輸出電壓電流的采樣調(diào)理電路，以及精密整流電路，雙T濾波電路和峰值保持電路等等。最后根據(jù)樣機(jī)的性能要求對(duì)逆變器主功率電路、控制電路、驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)。針對(duì)輸入電壓：250-280Vdc；輸出功率為6kVA/400Hz；輸出電壓為三相115V/400Hz；電源參數(shù)指標(biāo)符合GJB181A；并對(duì)三相逆變器進(jìn)行了仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

【關(guān)鍵詞】航空靜止變流器 三相逆變器 三次諧波注入 保護(hù)電路 控制電路

1 三次諧波注入法逆變電源控制方案

在采取常規(guī)的SPWM調(diào)制時(shí)，相電壓的峰值可以達(dá)到直流母線電壓的一半，即ud ?2，其輸出線電壓的峰值為ud ?2，所以說(shuō)SPWM 的直流電壓利用率僅有86.6%。提高電壓利用率的基本做法就是通過(guò)各種變換方式，使相電壓的基波峰值超過(guò)ud ?2。如果能夠利用現(xiàn)有的直流電壓，通過(guò)調(diào)制波變換的方法得到更高的輸出電流電壓，則可大大提高系統(tǒng)穩(wěn)定輸出的能力，于是，就有了優(yōu)化PWM方法-三次諧波注入法。一般情況下，利用三次諧波注入法，可使直流電源電壓的利用率提高到1.2左右。

1.1 三次諧波注入法的原理

采用三次諧波注入法后，其三個(gè)橋臂的調(diào)制波表達(dá)式分別為：

式中，m為調(diào)制比，k為三次諧波系數(shù)，且0.15≤k≤0.2， 在實(shí)際應(yīng)用中，為了兼顧其對(duì)輸出電壓諧波和直流電壓利用率的影響，通常取k為0.18。

1.2 逆變器控制保護(hù)原理

本文中對(duì)逆變器的控制保護(hù)部分進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)并提出了控制保護(hù)電路功能及方案，此外還研究了幾種常用電壓電流的采樣方法，用到了霍爾傳感器中的LA—55P和LV—28P，它們分別負(fù)責(zé)電壓和電流的采樣。然后通過(guò)調(diào)理電路和邏輯電路，來(lái)控制逆變器六個(gè)開(kāi)關(guān)管的通斷。

2 調(diào)理電路設(shè)計(jì)

2.1 電流采樣調(diào)理電路設(shè)計(jì)

電流量的采樣方法有串聯(lián)取樣電阻法、電流互感器法、霍爾傳感器法。串聯(lián)取樣電阻法通過(guò)檢測(cè)取樣電阻上的電壓值來(lái)檢測(cè)通過(guò)電阻的電流，主要缺點(diǎn)是功率損耗大，電阻串接在主回路，電氣隔離困難，需要外加光隔離器或磁隔離器。電流傳感器具有精度高、線性好、頻帶寬、響應(yīng)快、過(guò)載能力強(qiáng)和測(cè)量電路無(wú)損耗等優(yōu)點(diǎn)。本文選用LEM公司生產(chǎn)的LA100P型電流傳感器，根據(jù)LA100P的數(shù)據(jù)手冊(cè)，電路將交流額定電流衰減100倍后，變?yōu)榉翟?1.5V～+1.5V范圍內(nèi)變化的交流信號(hào)，再經(jīng)過(guò)由AD712構(gòu)成的加法電路提升1.5V，最終調(diào)理為0～3V的電壓信號(hào)送入DSP進(jìn)行采樣。

2.2 電壓采樣調(diào)理電路

輸出電壓采樣調(diào)理電路主要包括電壓傳感器LV-28P、精密整流電路、半波整流電路和雙T濾波電路幾部分組成。逆變器三相輸出相電壓分別經(jīng)電壓傳感器LV-28P隔離，輸出正弦電壓信號(hào)，采用精密整流電路將其整流為饅頭波，三個(gè)饅頭波經(jīng)過(guò)二極管獲得6脈波直流信號(hào)，再經(jīng)過(guò)雙T濾波器得到整流后的平均電壓，送給DSP的AD口進(jìn)行采樣。

2.3 峰值保持電路

峰值保持電路是一種能跟隨輸入信號(hào)變化并能將最大值記憶下來(lái)的電路。在工業(yè)過(guò)程自動(dòng)檢測(cè)中往往需要將某些物理量如溫度、壓力等最大值保留下來(lái)，以供記錄、分析用。

其原理是：當(dāng)輸入信號(hào)為正半周時(shí)二極管導(dǎo)通對(duì)電容充電，一直充電到峰值即最大值，當(dāng)輸入電壓下降時(shí)二極管截止，電容不放電，保持電壓（峰值電壓），這樣電容兩端電壓一直處于峰值。以便DSP對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)。

3 系統(tǒng)仿真

圖1即為在模擬任意一種情況如輸入輸出過(guò)、欠壓或輸入輸出過(guò)流后逆變器單相電壓的輸出波形，在波形中可以看出在10ms時(shí)邏輯輸出為低電平再通過(guò)與門(mén)控制逆變器六個(gè)開(kāi)關(guān)管關(guān)斷，所以逆變器任意一相輸出電壓立刻變?yōu)榱恪?/p>

4 結(jié)語(yǔ)

研究了三次諧波注入逆變器工作原理，并且對(duì)逆變器的控制保護(hù)部分進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)并提出了控制保護(hù)電路功能及方案此外，研究了幾種常用電壓電流的采樣方法，用到了霍爾傳感器中的LA—55P和LV—28P，并介紹了一些常用電路例如精密整流電路，峰值保持電路，雙T濾波電路。并詳細(xì)的介紹了這些電路的原理及計(jì)算方法。在合理利用了上述這些電路的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了輸入輸出的過(guò)、欠電壓的檢測(cè)以及輸入輸出的過(guò)流檢測(cè)。并通過(guò)邏輯電路，來(lái)控制逆變器六個(gè)開(kāi)關(guān)管的通斷，實(shí)現(xiàn)了基于三次諧波注入法逆變器保護(hù)的功能。并且通過(guò)一些列仿真，及模擬的過(guò)壓欠壓電壓源及電流源驗(yàn)證了該控制方案的可行性。

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作者簡(jiǎn)介

曹鈺，男，西北工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院碩士研究生，研究方向?yàn)殡娏﹄娮优c電力傳動(dòng)。

作者單位

西北工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院 陜西省西安市 710129