SPWM逆變電源抗直流偏磁的研究

摘要：本文分析了導致逆變電源輸出變壓器直流偏磁的原因。在此基礎上提出了一種相應抗直流偏磁的對策—數字PI電壓積分調節法。通過仿真實驗證明了該種方法的可行性和有效性。

敘詞：SPWM;逆變器;直流偏磁

Abstract： By analyzing the causes of the flux imbalance in the output transformer of the inverter. A corresponding approach of avoiding flux imbalance-digital PI voltage integral is introduced in this paper. The practicability of the approach is proved to be effective by simulation.

Keyword：SPWM; Inverter; Flux imbalance

1.引言

SPWM全橋逆變器中，為了實現輸入輸出之間的電氣隔離以及得到合適的電壓幅值，一般在輸出端接有基頻交流變壓器。逆變橋輸出電壓為SPWM脈沖波，變壓器承受從基頻到高頻的電壓分量，理論上不存在直流分量。但是，在實際運行過中，各種因素使得變壓器的輸入電壓中的直流分量難以避免，直流分量的存在致使鐵心飽和，從而加大了變壓器的損耗，降低了效率，甚至會引起逆變器顛覆，對系統的運行有著極大的危害，必須采取措施加以解決。

2.偏磁產生的主要原因

圖1 單相全橋逆變電源系統

變壓器鐵心中的磁場強度H與原副邊電流、變壓器鐵心長度L之間的關系為

( 1 )

從(1)式中可以看出，當

中含有直流分量時，H中才會產生直流分量，由鐵心的磁化曲線可以知道H中含有直流分量時，磁感應強度B中也必然含有直流分量。有因為

可分為激磁電流

[和變壓器副邊負載電流折算到原邊的電流

兩部分，并且

和

在鐵心內產生的磁感應強度總是大小相等，方向相反相互抵消的，所以 中的直流分量僅取決于激磁電流

中的直流分量

。設變壓器原邊電壓中的直流分量為

，變壓器原邊直流電阻為

，則

(2)

從式(2)中可以看出，在SPWM全橋逆變器中，若變壓器原邊電壓正負半周波形對稱，正負半波伏秒積分相等

為0;反之，若變壓器原邊電壓正負半周的波形不對稱，正負半波伏秒積分不相等，產生直流分量

。

造成原邊電壓正負波形不對稱的主要原因：

(1) 逆變器中兩橋臂各功率管的導通時飽和壓降不同，關斷時的存儲時間不一致，使得加在變壓器原邊的電壓正負波形幅值不等;

(2) 控制電路輸出的驅動脈沖正負半周不對稱;

(3) 控制系統采用了波形矯正技術，在動態調節過程中調制波容易出現正負半周面積不等的情況，從而產生“動態”不平衡。

3.解決偏磁問題的方法

由上述分析可知，在SPWM全橋逆變器中必然存在著直流偏磁。直流偏磁的存在會導致鐵心飽和，加大了變壓器的損耗，降低了效率，增大了噪聲，嚴重時會引起逆變器顛覆，損壞功率開關管，嚴重影響逆變器的正常運行，因此必須采取措施加以解決。