抑制單相及三相正弦波逆變器偏磁的有效方法

除此之外，如果電路設計不當，工藝欠妥也會產生偏磁。綜上所述，無論SPWM控制信號采用何種方式[正弦波與三角波比較，單片機，還是專用集成電路（ASIC）]產生，偏磁總是存在的，只是程度有所不同。欲使變壓器工作在理想（或合理）的狀態，比較好的辦法是使變壓器的磁化曲線正、負方向對原點O對稱。對于SPWM工作模式的變頻電源，如果逆變橋中點輸出的SPWM脈沖波（濾波之前）所代表的輸出正弦波的正負面積相等，則表明輸出波形中不含直流成分，即直流成分為零，變壓器沒有偏磁；反之，若正負面積不等，直流成分則不為零。變壓器一次側直流電壓的存在是造成正、反方向的伏秒面積不等而引發偏磁的根本原因。如何檢測出直流電壓并通過適當的電路進行校正是抑制偏磁的技術關鍵。

3．1 偏磁消除原理

正弦波全橋逆變電路主電路如圖2所示，兩橋臂中相交叉對應開關（S₁，S₄）和（S₂，S₃）分別組成兩個開關組。逆變橋開關管的驅動信號為正弦波與三角波比較而得的SPWM驅動脈沖，所以，逆變橋一橋臂與0點的電壓u_AO可表示為一直流分量U_ad和基波分量以及一系列諧波分量之和；同理，逆變橋另一橋臂與0點的電壓u_B0可表示一直流分量為U_bd和基波分量以及一系列諧波分量之和。可得變壓器一次側直流電壓U_AB=U_ad－U_bd，當U_ad=U_bd時，U_AB=0。這種巧合是很難發生的，即便是通過控制使其差值為零，對于三相逆變器，很難滿足其他相的差值也為零。如果通過分別校正每一橋臂的輸出電壓u_A0，u_B0，u_C0，使其各自的直流成分均為零，即使每相中U_ad、U_bd、U_cd為零。那么，輸出變壓器一次側繞組中的直流成分也就消除了。這就是單、三相正弦波逆變器消除偏磁的統一方法。

圖2 全 橋 逆 變 主 電 路 原 理 圖

3．2 控制框圖

圖3為SPWM正弦波逆變器中一個橋臂的抗偏磁電路的控制框圖。I是逆變橋，0為直流中點，R_p為調節中點之用。II為低通濾波器，用于檢測高壓SPWM脈沖序列中的直流分量U_xd(x=1，2，3)。U_xd送到PI調節器進行誤差放大，其輸出信號u_c作為脈寬調制器（PWM）的控制信號，使其輸出的脈寬跟蹤U_xd的變化。由此得到的平均值u₀去校正控制電路的參考正弦，使其對橫軸對稱。如逆變橋臂的輸出正弦波向上偏，通過調節校正，使其向下偏。使各橋臂中點的U_xd為零，從而達到消除偏磁的目的。整個過程是閉環動態實現的。

圖3 偏 磁 抑 制 電 路 的 控 制 框 圖

3．3 電路實現

抑制偏磁的硬件實現如圖4所示。低通濾波器II，采用了RC無源低通濾波器實現，其中時間常數τ=RC。因為是對直流中點0濾波，應選擇耐壓大于400V，CBB類電容即可。核心電路III，IV可用一片雙端輸出PWM控制IC（例如TL494，SG3535，SG3524等）構成推挽式結構。脈沖變壓器T用來隔離和獲得需要的電壓增益。u₀是可調的，u₀的不同，a點的電位也就不同，送到加法器的電壓也就不同。如無偏磁，則u₀=0，u₀始終在零附近動態地閉環調節。

圖 4 偏 磁 校 正 電 路