6kV A逆变器滞环调制与单极性SPWM倍频调制的比较
L(>=)=0.43mH(6)
实际电路中取电感值为0.5mH。
电路中电容的作用是和电感一起构成一个低通滤波器,因此,在电感值确定后,就可以根据L滤波器的截止频率来确定电容C的值。由于SPWM倍频调制方式下,输出谐波为开关频率2倍及以上的高次谐波,所以可以取截止频率为最低次输出谐波频率的1/10,即
(7)
推得
C(>=)=3.17μF(8)
实际电路中,由于器件的非理想特性、基准波也非标准的正弦波以及死区对输出波形的影响,所以,输出波形中还包含有一定的低次谐波,C的取值必须大一些,以对这些低次谐波有一定的抑制作用,最终取电容值为16μF。
3.2 滞环调制下滤波器的设计
滞环调制下输出滤波器的设计和单极性SPWM倍频调制下有很大的不同。首先,滞环调制中电感电流的纹波是由滞环宽度h所决定,用电感电流的最大纹波值来确定电感值的方法并不适用。其次,滞环调制下由于开关频率并不固定,其输出电压波形谐波分布广且不含有特定频率的谐波[3],所以,与单极性SPWM调制下根据器件开关频率设定输出滤波器的截止频率不同,其输出滤波器的截止频率应该根据输出的基波频率来设定。本文中逆变器的输出频率为50Hz,取输出滤波器的截止频率为输出频率的10倍即500Hz,可得
=500(9)
从式(9)可以确定L和C的乘积值,再进一步确定L和C的取值则多依赖于工程经验进行综合考虑。如果L值过大将使系统的动态响应太慢,甚至使得电感电流追踪不上ig的变化导致系统失调;L值过小则会增加输出的脉动,增大损耗。C值越大输出电压的THD就越好,但同时也会增大逆变器的无功电流,增大损耗。工程中一般可以根据在剪切频率附近使得
ωL≈(10)
来确定L和C的取值。
根据式(9)和式(10),最终实际系统中取L为1mH,C为80μF。
3.3 输出波形与THD
图4和图5是两种调制方式下6kV·A逆变器在阻性负载下的满载输出波形,表1则是使用功率分析仪测得逆变器在空载、半载和满载情况下输出THD值,可见SPWM调制方式下的输出THD要明显好于电流滞环调制方式下的输出THD值。
图4 电流滞环调制逆变器阻性满载输出波形
图5 SPWM倍频调制逆变器阻性满载输出波形
表1 两种调制方式下空载与满载输出THD值
负载 | 滞环调制 | SPWM倍频调制 | ||
---|---|---|---|---|
有效值/V | THD/% | 有效值/V | THD/% | |
空载 | 221.1 | 1.0 | 222.1 | 0.6 |
半载 | 219.8 | 1.2 | 219.8 | 0.7 |
满载 | 217.8 | 1.3 | 218.3 | 0.7 |
4 结语
综上所述,电流滞环调制作为一种非线性的调制方式,和SPWM倍频调制相比,它具有稳定性强和动态响应快的优点。但滞环调制的逆变器输出波形谐波分布广,这使得滤波器的设计困难,在相同的功率等级下,尽管使用了大得多的滤波器,滞环调制逆变器输出波形THD值仍达到接近两倍SPWM倍频调制逆变器输出波形THD的值。同时也由于谐波频率丰富,滞环调制的输出滤波器的工作噪声也要比SPWM倍频控制大得多。所以,从改善输出波形和减小滤波器体积和噪声角度考虑,SPWM倍频调制显然是更好的选择。
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