【正文】 13GP120BDF1 型 IGBT 管，它可以工作在集電極與發(fā)射極間電壓為 600V 時，通過集電極電流為 16A 時實現開關頻率為 50kHz。在市電工作中斷或者不正常時，蓄電池的標稱電壓 216V 的被加到直流總線上（ VO+和 VO兩端），通過由 6個 IGBT 管組成的橋式逆變器產生 SPWM 波，然后通過三相功率變壓器和由電感 L1～ L3 和電容 C7～ C9組成的濾波器，形成線電壓有效值為 380V 的三相正弦交流電給負載供電。 【 11】 圖 三相逆變器的主電路圖 c8ebc8c6b9aeb40ae666c8536b6b668c 15 第 4 章 三相 PWM 逆變器的原理及控制 三相 PWM 逆變器 當電網發(fā)生故障時，蓄電池通過雙向 DC/DC 電路升壓放電，這時，雙向 PWM 變流器工作在逆變器狀態(tài)，將直流電壓變換成交流電壓再經過低通濾波器向負載提供穩(wěn)定的三相正弦電壓，如圖 所示。其負載選用星形連接，其中點為 O，直流電源側假想的中點為 O’。 【 9】 三相逆變器的工作原理 三相逆變電路一般采用 SPWM 調制方式，即三相逆變器中的三相輸出橋臂的控制信號由三角載波和正弦波調制波相比較給出。如圖 所示 。 2 f??? ， f 為逆變器輸出電壓頻率。根據三角波 uc 和調制波 ug的交點，可以決定各相控制脈沖時序，如圖 (b)所示。 (2)任何時刻，有三個控制脈沖處于高位 ，其他則處于低位 。 三相橋臂中點電位 由于各相上下橋臂控制脈沖在相位上互補，因而上下橋臂開關也以互補的方式輪流導通，故橋臂中點對電源中性點 O’的電壓為雙極性 SPWM 波。,2,2dAOdUu U?????????? 當 T1 或 D1 導通 ， 時當 T4或 D4 導通時 () 由式 ()可見， uAO’ 的波形與 ugl 波形相仿，只是電壓幅值不同而己。 輸出電壓分析 在 m = 1 的條件下，在三相 SPWM 逆變電路中有 : 139。AOmU 為 A 相對直流電源中點 O’間電壓的基波分量的峰值。AOU 為 : 139。AOU = 1AOU () 式中 : 1AOU 為 A相相電壓基波有效值。 根據三 相正弦交流電路，線電壓基波有效值與相電壓基波有效值之間有以下關系 : 113AB AOUU? () 將式（ ）和（ ）代入上式有 : 1132 0 .6 1 2 |4A B d d mU m U m U ??? () 上式表明，在 m=1 和 Ud一定的條件下， Uab1 與 m成線性關系。而在三相電路中K值可按下式選擇 K=6N 一 3 () 式中 N為正奇數，于是 K也為正奇數，且是 3 的倍數 。這樣，例如在考察uao 和 ubo的 K次諧波時，其相位差為 K120度，若 K為 3的整數倍，則該相位差為零 (或c8ebc8c6b9aeb40ae666c8536b6b668c 19 者 3600 的整數倍 )，結果就是線電壓 Uab。這對提高輸出電壓的正弦度有好處。因此，在任何時刻中各橋臂只有可控元件工 IGBT 參加導通，反并聯二極管中沒有電流流過。即存在這種情況 :當某可控開關管工 IGTB 的控制信號為高電平的時，由于該相的電流仍為負值，所以在該開關管中并沒有電流流過，而是該相的電流通過反并二極管續(xù)流，直到該相電流為正值時，該可控管才開始導通。 三相逆變器的控制 三相逆變器采用了雙環(huán) SPWM 控制，如圖 所示。由于采用了 SPWM 控制技術，逆變器的輸出波形高次諧波含量小，這樣就大大減小了濾波器件的尺寸，并且濾波效果得到很大改善。該電路結構每一相都是獨立的，相互間不存在 偶 合關系，可以把三相逆變器看作是三個輸出電壓相位 互差 120176。因此在分析被控對象的時候可以以單相半橋式逆變電路來分析。 表 單向半橋逆變器的技術要求和電路參數 c8ebc8c6b9aeb40ae666c8536b6b668c 21 被控對象模型 圖 單相半橋逆變器主電路圖 圖 ，其 中 El、 EZ 表示正負直流母線電壓， Sl、S2 為半導體開關器件 。 在單相半橋逆變器控制模型中，輸入的正弦調制信號 VmSin(wt)和三角載波比較得到的脈沖去控制功率開關器件 S1 和 S2的通斷。對單相半橋逆變器而言，調制信號至輸出電壓之間可認為由輸出濾波環(huán)節(jié)和脈寬調制環(huán)節(jié)兩個環(huán)節(jié)構成，下面對它們分別建模。將電感 L 用 Ls代替，電容 C用 1/Cs 代替可以推出輸出電壓氣 Vo 和 a、 b 兩點電壓嶸 Vs之間的 s域傳遞函數 Ga(s)為 : 21 ||() 1()1() || ( ) 1oa swRVs sCGs LrVssL r R s LC s rCsC R R? ? ?? ? ? ? ? ? () 當忽略濾波電感的等效串聯電阻 r 時，式 ()可以簡化為 : 2()a RGs s LC R sL R? ?? () 脈寬調制環(huán)節(jié) 脈寬調制環(huán)節(jié)由占空比信號產生環(huán)節(jié)和功率電路環(huán)節(jié)組成，顯然它為一個非線性環(huán)節(jié)。根據狀態(tài)空間平均法，當載波頻率天遠高于輸出頻率廠時，可將電壓 swv 在一個載波周期 Ts 中的平均值甄近似地看成其基波分量的瞬 時值 swv ,即 139。 2 ( ) 1sTsw swsv v d t D t ET? ? ?? （ ） 式中 () ()t stD T?? 由于 TsT1，因此 在一個載波周期中，原來按輸出頻率隨時間變化的正弦 調制信號 sin( )mVt? 可 以近似視為恒值，如圖 。 單相半橋逆變器的傳遞函數 由式 ()和式 ()可得 : ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? 2 1 1o o s wm s w mV s V s V sG s K pw mLV s V s v s s L C s R? ? ? ??? （ ） 這就是單相半橋逆變器從調制信號至輸出電壓的傳遞函數 ??Gs，可見它為一個典型的二階系統(tǒng)。 圖 LC 濾波器參數的選取 濾波電容 C 的設計 濾波電容 C的作用是和濾波電感一起來濾除輸出電壓中的高次諧波，保證輸出電壓的 THD要求，從減小輸出電壓 THD 的角度考慮， C 越大越好。因此，濾波電容的選取原則是在保證輸出電壓的 THD 滿足 要求的情況下，取值盡量小。按單相輸出 3300VA，則輸出電流最大有效值為 : m a x 3300 15220oo oPIAV? ? ? （ ） 湖南冶金職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 24 可得： Ic≤ 由于： 12CoI V f C??? （ ） 可得： 17 . 5 1082 2 2 0 5 0COIC u FVf??? ? ?? ? ? （ ） 濾波電感 L 的設計 輸出濾波電路之所以能提高輸出波形的質量，是因為逆變橋輸出調制波形、中的高次諧波主要降在濾波電感兩端。增加濾波器電感量可 以更好地抑制高次諧波，但是電感量的增加帶來體積重量的加大。而減小濾波電感，則可以改善電路的動態(tài)性能，但是會增大電感電流的脈動量。 根據電路原理，若在電感兩端施加一時間為 ? 的電壓 △ v，則電感的電流變化量 △ il 可表示為 : L vi L ??? ? ? （ ） 根據式 ()，當正弦調制信號瞬時值為 mv 時，輸出的脈寬 ? 為 : ( 1)2smtriTvV? ?? () 在穩(wěn)定后的理想系統(tǒng)中，輸出電壓 vo 可表示為 : mo trivvEV? () 在 ? 時伺內 S1 或 Dl導通，濾波電感的電流上升，其脈動量 Li? 為 222()( 1 )22o s m s tr i mL m tr iE v T v E T V vvi L l V LV? ???? ? ? ? ? ? ? ? () 從上式可以看出當 Vm=O時，電流脈動最大。 根據工程經驗一般取電感電流的最大脈動量不超過電感電流最大值的 20%，即 : max ? ? ? （ ） 濾波器諧振頻率的選擇 對于單相雙極性 SPWM 半橋逆變器而言，橋臂輸出電壓 swv 中含有高次諧波，且它的最低次位于開關頻率的下邊帶處。同時將濾波器的轉折頻率設在 10倍基波頻率以上，以保證輕載時不會在基波分量處發(fā)生諧振。 湖南冶金職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 26 總結 EPS 可以說是近兩年才迅猛發(fā)展起來的一個新興產品，具備在市電故障（中斷）情況下繼續(xù)向負載提供交流電源的功能，采用了 IGBT 逆變技術和脈寬調制（ PWM）技術。鑒于 EPS 的主要設計思想是在市電突然中斷時提供安全可靠的應急電力供應，有效避免發(fā)生災害時的人身傷亡和財產損失。 本文給出了應急電源系統(tǒng)總體結構， 并 分析其工作原理，然后詳細介紹應急電源的主電路設計過程，包括輸入整流濾波電路的設計、充電器主電路拓撲的選擇 以及 高頻變壓器的設計 ，并著重研究了 SPWM 逆變器的控制技術。 [14]張占松，蔡宣三 .《開關電源的原理與設計》，北京 :電子工業(yè)出版社，1998 年： 29330