逆变器输出滤波电感设计(周洁敏)

2013年7月6日上海电源网技术交流逆变器输出交流滤波电感设计南京航空航天大学周洁敏

设计磁性元件有很多限制条件 (1)最大工作磁密小于磁芯的饱和磁密 (2)磁芯磁密交流分量尽量小，减少铁芯损耗 (3)磁性器件线圈导线的直径尽量小，满足铁芯窗口的要求。 (4)在满足上述条件下，导线的截面积尽量大，使直流电阻和铜耗尽量小，还要考虑集肤效应和邻近效应的影响。

(5)如果要使磁性器件存储能量，铁芯要开气隙或采用分布式气隙的铁芯。 (6)磁芯如果开有气隙，变压器的励磁电流增大，损耗增加。设计磁性器件必须知道磁芯的工作方式和状态。要分析磁芯在电路中的工作情况，求出磁芯的工作磁密、损耗、直流偏磁等参数。

逆变器结构框图

逆变器主电路Ui S1 D1回路2

D2 N2

S2

S1,S3以输出电压的基波频率开关。

A N1 S3 D3回路1

B S4 D4

S2、S4以 SPWM互补控制。

逆变器主电路

推挽式

调制方式有2种：单极性调制和双极性调制

单极性调制(桥)

双极性调制(推挽)

输出交流滤波电感波形分析逆变器的输出波形通常是SPWM波，以无输出变压器为例进行分析和说明。Ui S1 D1回路2

D2 N2

S2

A N1 S3 D3回路1

B S4 D4

正弦波大于三角波时，比较器输出正，即高电平，反之输出低电平。产生一系列脉冲序列。定义载波比

N f / f1为使输出矩形波是奇函数， N应为偶数。

以桥式电路为例用ANSOFT软件仿真

仿真获得电感电流波形

正弦脉宽调制技术SPWM原理

Ui S1 D1回路2

D2 N2

S2

A N1 S3 D3回路1

B S4 D4

正弦波大于三角波的部分所产生脉冲的中心位置用 k表示。2πkπ k N N k 1,2 N

其中 ab 2π/ N三角波幅值 He UΔm脉冲宽度

某点正弦波幅值 le U~ m sin kUΔm

2π U~ m k cd sin k N U

当N足够大时有ππ sin N N

其中取

N 18

U~mπ 2kππ 2 sin sin( ) k脉冲宽度 UΔm N N N

U~ m正弦波幅度 UΔm三角波幅度

当SPWM调制波的幅值为E时，其基波及高次谐波的幅值表达式为基波表达式高次谐波表达式第k个脉冲脉宽U m(1)U m(n)

4E k 1 2 cos k cos π j 1 2N/2

j 1

4E N/ 2 k 1 2 cos k cos nπ j 1 2

j 1

U~mπ 2kππ k 2 sin sin( ) UΔm N N N

调节同相端正弦波电压幅值的大小就可以调节逆变器输出电压的大小。

各次谐波幅值与基波最大值之比例如对于载波比N=18的 SPWM,其高次谐波是 17,19次谐波。正弦波频率为50Hz,三角波频率常为 8~40kHz,所以，采用这种SPWM波的逆变器的输

出电压波形的低次谐波分量少。后级LC滤波器负担较轻。

载波比：N=18