SPWM逆變電源抗直流偏磁的研究

為解決SPWM全橋逆變器中存在的直流偏磁問題，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一個無極性隔直電容。這種方案不適合大功率逆變電源。大功率逆變電源中因為無極性電容耐壓和容量的限制，需要大量的電容進行串并聯，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，會降低了功率傳遞效率，影響系統的動態特性。

3) 選擇飽和壓降和存儲時間特性一致的開關管，減小控制電路的脈寬失真和驅動延時。

4) 在動態情況下限制控制信號的最大變化率，使正負半波盡量對稱，這樣也會影響系統的動態響應速度。

文獻[1]提出的靜態補償和適時補償的方法能夠較好地解決SPWM全橋逆變器中的直流偏磁問題，但是屬于模擬控制。文獻[3]提出的自適應控制方法需要對變壓器的原副邊電流進行分別采樣，需要兩個電流傳感器，增加了系統的成本和體積，在算法上也相對比較的復雜。本文通過采樣變壓器原邊電壓，通過數字PI控制器來調整觸發脈沖的寬度，從而較好地解決了SPWM全橋逆變器中的直流偏磁問題。

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，即正負半周波形對稱，電壓的伏秒積分為0。這一點也可以由變壓器工作時，磁感應強度B的變化率得知

(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偏離零點，從而造成在一個周期內

，即電壓的伏秒積分不為0。

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調節器使誤差

為一個很小的值。PI調節器根據

來產生所要求的控制量。PI控制算法的表達式為：

(4 )

(5)

在本文中通過檢測變壓器原邊電壓在幾個周期內的變化量，利用PI調節器得出的控制量來適時的調整觸發脈沖的寬度，把變壓器直流偏磁限制在較小的范圍之內。

5.偏磁控制系統的仿真實驗

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，波形畸變越嚴重。由圖3和圖4可以看出，變壓器進出飽和后，原邊電流隨著電壓的升高急劇增大，電流嚴重畸變，其波形中含有尖峰現象。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系不再符合正常工作時的比例關系。

圖3 變壓器偏磁飽和原邊電流波形

圖4 變壓器偏磁飽和原邊電壓波形

5.2數字PI抗偏磁的仿真與分析

數字PI控制把變壓器的原邊電壓做為反饋量進行閉環控制，對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。

圖5 矯正后變壓器原邊電流波形

6.結論

本文分析了變壓器偏磁產生的主要原因，在此基礎上提出了抗壓器偏磁的控制方法，并對變壓器偏磁和加入抗偏磁控制電路以后的系統進行了仿真實驗，結果證明該方法抑制磁飽和的有效性。

參考文獻

[1] 楊蔭福，周黨生等. SPWM逆變電源輸出變壓器直流不平衡問題[J]. 華中理工大學學報,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研究[J]. 電工電能新技術，2000，4：8-11.