基于三次谐波注入法的逆变器控制设计

摘 要 本论文为了提高三相逆变器的直流电压利用率，采用了用三次谐波注入的逆变器，其次本论文对基于三次谐波注入法的逆变器进行了系统建模，设计了输入输出电压电流的采样调理电路，以及精密整流电路，双T滤波电路和峰值保持电路等等。最后根据样机的性能要求对逆变器主功率电路、控制电路、驱动电路、保护电路进行了详细的设计。针对输入电压：250-280Vdc；输出功率为6kVA/400Hz；输出电压为三相115V/400Hz；电源参数指标符合GJB181A；并对三相逆变器进行了仿真和实验验证。

【关键词】航空静止变流器 三相逆变器 三次谐波注入 保护电路 控制电路

1 三次谐波注入法逆变电源控制方案

在采取常规的SPWM调制时，相电压的峰值可以达到直流母线电压的一半，即ud ?2，其输出线电压的峰值为ud ?2，所以说SPWM 的直流电压利用率仅有86.6%。提高电压利用率的基本做法就是通过各种变换方式，使相电压的基波峰值超过ud ?2。如果能够利用现有的直流电压，通过调制波变换的方法得到更高的输出电流电压，则可大大提高系统稳定输出的能力，于是，就有了优化PWM方法-三次谐波注入法。一般情况下，利用三次谐波注入法，可使直流电源电压的利用率提高到1.2左右。

1.1 三次谐波注入法的原理

采用三次谐波注入法后，其三个桥臂的调制波表达式分别为：

式中，m为调制比，k为三次谐波系数，且0.15≤k≤0.2， 在实际应用中，为了兼顾其对输出电压谐波和直流电压利用率的影响，通常取k为0.18。

1.2 逆变器控制保护原理

本文中对逆变器的控制保护部分进行了详细设计并提出了控制保护电路功能及方案，此外还研究了几种常用电压电流的采样方法，用到了霍尔传感器中的LA—55P和LV—28P，它们分别负责电压和电流的采样。然后通过调理电路和逻辑电路，来控制逆变器六个开关管的通断。

2 调理电路设计

2.1 电流采样调理电路设计

电流量的采样方法有串联取样电阻法、电流互感器法、霍尔传感器法。串联取样电阻法通过检测取样电阻上的电压值来检测通过电阻的电流，主要缺点是功率损耗大，电阻串接在主回路，电气隔离困难，需要外加光隔离器或磁隔离器。电流传感器具有精度高、线性好、频带宽、响应快、过载能力强和测量电路无损耗等优点。本文选用LEM公司生产的LA100P型电流传感器，根据LA100P的数据手册，电路将交流额定电流衰减100倍后，变为幅值在-1.5V～+1.5V范围内变化的交流信号，再经过由AD712构成的加法电路提升1.5V，最终调理为0～3V的电压信号送入DSP进行采样。

2.2 电压采样调理电路

输出电压采样调理电路主要包括电压传感器LV-28P、精密整流电路、半波整流电路和双T滤波电路几部分组成。逆变器三相输出相电压分别经电压传感器LV-28P隔离，输出正弦电压信号，采用精密整流电路将其整流为馒头波，三个馒头波经过二极管获得6脉波直流信号，再经过双T滤波器得到整流后的平均电压，送给DSP的AD口进行采样。

2.3 峰值保持电路

峰值保持电路是一种能跟随输入信号变化并能将最大值记忆下来的电路。在工业过程自动检测中往往需要将某些物理量如温度、压力等最大值保留下来，以供记录、分析用。

其原理是：当输入信号为正半周时二极管导通对电容充电，一直充电到峰值即最大值，当输入电压下降时二极管截止，电容不放电，保持电压（峰值电压），这样电容两端电压一直处于峰值。以便DSP对其进行检测。

3 系统仿真

图1即为在模拟任意一种情况如输入输出过、欠压或输入输出过流后逆变器单相电压的输出波形，在波形中可以看出在10ms时逻辑输出为低电平再通过与门控制逆变器六个开关管关断，所以逆变器任意一相输出电压立刻变为零。

4 结语

研究了三次谐波注入逆变器工作原理，并且对逆变器的控制保护部分进行了详细设计并提出了控制保护电路功能及方案此外，研究了几种常用电压电流的采样方法，用到了霍尔传感器中的LA—55P和LV—28P，并介绍了一些常用电路例如精密整流电路，峰值保持电路，双T滤波电路。并详细的介绍了这些电路的原理及计算方法。在合理利用了上述这些电路的基础上实现了输入输出的过、欠电压的检测以及输入输出的过流检测。并通过逻辑电路，来控制逆变器六个开关管的通断，实现了基于三次谐波注入法逆变器保护的功能。并且通过一些列仿真，及模拟的过压欠压电压源及电流源验证了该控制方案的可行性。

参考文献

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作者简介

曹钰，男，西北工业大学自动化学院硕士研究生，研究方向为电力电子与电力传动。

作者单位

西北工业大学自动化学院 陕西省西安市 710129