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SPWM逆變電源抗直流偏磁的研究

作者: 時(shí)間:2012-09-03 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

為解決全橋逆變器中存在的偏磁問題,一般可采取如下措施:

1) 增加變壓器鐵心氣隙,增加鐵心的磁阻,但是這樣降低了變壓器鐵心的利用率,且增大了變壓器的體積和重量。

2) 在變壓器的原邊繞組串聯(lián)一個(gè)無極性隔直電容。這種方案不適合大功率。大功率中因?yàn)闊o極性電容耐壓和容量的限制,需要大量的電容進(jìn)行串并聯(lián),從而加大了成本、體積和重量。另外,主電路中如果串入隔直電容,會(huì)降低了功率傳遞效率,影響系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。

3) 選擇飽和壓降和存儲(chǔ)時(shí)間特性一致的開關(guān)管,減小控制電路的脈寬失真和驅(qū)動(dòng)延時(shí)。

4) 在動(dòng)態(tài)情況下限制控制信號(hào)的最大變化率,使正負(fù)半波盡量對(duì)稱,這樣也會(huì)影響系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。

文獻(xiàn)[1]提出的靜態(tài)補(bǔ)償和適時(shí)補(bǔ)償?shù)姆椒軌蜉^好地解決全橋逆變器中的偏磁問題,但是屬于模擬控制。文獻(xiàn)[3]提出的自適應(yīng)控制方法需要對(duì)變壓器的原副邊電流進(jìn)行分別采樣,需要兩個(gè)電流傳感器,增加了系統(tǒng)的成本和體積,在算法上也相對(duì)比較的復(fù)雜。本文通過采樣變壓器原邊電壓,通過數(shù)字PI控制器來調(diào)整觸發(fā)脈沖的寬度,從而較好地解決了全橋逆變器中的偏磁問題。

4.抗變壓器偏磁的控制方法

由前面的分析可知,SPWM全橋逆變器中,在沒有直流偏磁的理想情況下,輸出變壓器原邊電壓中的直流分量

=0,即正負(fù)半周波形對(duì)稱,電壓的伏秒積分為0。這一點(diǎn)也可以由變壓器工作時(shí),磁感應(yīng)強(qiáng)度B的變化率得知

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(3)

在有直流偏磁的情況下,輸出變壓器鐵心工作磁滯回線中心點(diǎn)偏離零點(diǎn),從而造成在一個(gè)周期內(nèi)

,即電壓的伏秒積分不為0。

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圖2 抗直流偏磁控制器

圖2是SPWM全橋逆變器抗直流偏磁控制器的原理圖。PI調(diào)節(jié)器使誤差

為一個(gè)很小的值。PI調(diào)節(jié)器根據(jù)

來產(chǎn)生所要求的控制量。PI控制算法的表達(dá)式為:

(4 )

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(5)

在本文中通過檢測變壓器原邊電壓在幾個(gè)周期內(nèi)的變化量,利用PI調(diào)節(jié)器得出的控制量來適時(shí)的調(diào)整觸發(fā)脈沖的寬度,把變壓器直流偏磁限制在較小的范圍之內(nèi)。

5.偏磁控制系統(tǒng)的仿真實(shí)驗(yàn)

5.1變壓器偏磁后的仿真分析

原邊電壓中的直流分量大小直接關(guān)系到變壓器的飽和程度。直流分量越大,電流上升率越大,波形畸變越嚴(yán)重。由圖3和圖4可以看出,變壓器進(jìn)出飽和后,原邊電流隨著電壓的升高急劇增大,電流嚴(yán)重畸變,其波形中含有尖峰現(xiàn)象。原邊電壓中的直流分量越大,電流的上升率越大,變壓器的原副變的比值關(guān)系不再符合正常工作時(shí)的比例關(guān)系。

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圖3 變壓器偏磁飽和原邊電流波形

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圖4 變壓器偏磁飽和原邊電壓波形

5.2數(shù)字PI抗偏磁的仿真與分析

數(shù)字PI控制把變壓器的原邊電壓做為反饋量進(jìn)行閉環(huán)控制,對(duì)變壓器的直流偏磁加以矯正,使的變壓器原邊的直流分量為零。

從圖5可以看出,引入變壓器抗偏磁控制回路以后,變壓器原邊的電流波形得到明顯的改善,證明改方法能夠有效的抑制變壓器的直流偏磁。

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圖5 矯正后變壓器原邊電流波形

6.結(jié)論

本文分析了變壓器偏磁產(chǎn)生的主要原因,在此基礎(chǔ)上提出了抗壓器偏磁的控制方法,并對(duì)變壓器偏磁和加入抗偏磁控制電路以后的系統(tǒng)進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn),結(jié)果證明該方法抑制磁飽和的有效性。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊蔭福,周黨生等. SPWM輸出變壓器直流不平衡問題[J]. 華中理工大學(xué)學(xué)報(bào),1999, 27(6):72-73.

[2] 高軍,楊旭,王兆安. 正弦波逆變電源抗偏磁電路的[J]. 電工電能新技術(shù),2000,4:8-11.



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