截至20世纪80年代,已发展了多种调压方式以适应不同场合的要求,主要有直流端调压和逆变器内部调压两类。
直流端调压 逆变输出电压的调节由直流电压为可调来实现。这时逆变器仅具有变频功能,而直流侧则具有可控整流的功能(见相控整流电路和直流变换电路)。该功能可由以下电路结构实现:①相控整流电路;②不控整流电路加直流斩波电路;③斩控整流电路;④交流调压电路加不控整流电路。较常用的是前两种。
逆变器内部调压 直流端采用不控整流电路。直流电压不变,逆变输出电压的调节在逆变器内部实现。这时逆变器兼具变频和调压两种功能。这种调压方式较之直流端调压具有主电路结构简单、电网侧功率因数高、电压调节动态响应快等优点,因而得到更多的应用。
逆变电路内部调压功能以调压范围和线性度等工作指标来衡量。但由于在调压过程中也会影响逆变输出电压的谐波含量,而谐波含量的高低对逆变器出端滤波器容量、体积和重量、整机效率、输出功率都有影响,因此在评价各种调压方式时,除了考虑上述调压功能之外,还要兼顾谐波含量的影响。
常见的逆变器内部调压方式有以下两种。
①桥内移相调压方式:图1a为电压型单相逆变电路(见自换流式电压型逆变电路)。各桥臂用自关断元件的通用符号表示,其控制极脉冲分布状态如图1b。由图可见,ug1和ug4、ug2和ug3保持相位互补关系, 但ug3和ug2分别引前于ug1和ug4某一电角度θ,该角度在0°~180°范围内连续可调。图1a中虚线框A内两臂称为基准臂,B内两臂则称为移相臂。改变移相臂对基准臂的相位差θ即可改变输出电压波形,从而改变输出电压基波方均根值。对输出电压进行分析,可得式中n为正奇数,τ为脉冲宽度。上式表明,改变参数τ(相当于改变相移角θ),即可改变各次谐波幅值。其中基波方均根值可表示为桥内移相调压方式的优点是控制简单,调压线性度好,但输出电压谐波含量较大。
②正弦脉宽调制(SPWM)调压方式:仍以单相电压型逆变电路为例(图2a),为简单计,各桥臂仍用自关断元件(如GTO、 GTR和Power MOSFET等,若采用普通晶闸管则需附加换流电路),显然,主电路结构与图1完全相同,脉宽调制(英文缩写 PWM)控制方式是高频电力电子电路常用的控制方式。在逆变电路的范围内,它可视为频控方式与斩控方式的结合,其基本思路是使电路中可控元件以远高于逆变器输出频率f的载波频率fc开关工作,而可控元件在每一载波周期 (Tc=1/fc)中的占空比D(D=τ/Tc,τ为元件导通时间,即控制极脉冲宽度)则受控于控制信号ug的幅值,因此所谓正弦波脉宽调制(英文缩写SPWM)是指在一个逆变周期T(T=1/f)中,脉宽τ随时间按正弦规律变化,即式中K为比例常数,是控制信号幅值。图2b为门极脉冲的形成方式,其脉宽τ由载波信号uc(三角波)和调制信号ug(正弦波)的交点决定。图2a桥左侧虚线框A的导电臂称为频控臂(含T1和T4),由调制频率f控制;虚线框B的臂(含T2和T3)称为斩控臂,由载波频率fc控制。逆变桥输出电压u0的波形如图2c。由图可见,u0的脉冲个数由比值fc/f决定,u0的脉宽随时间按正弦变化,τ(t)值则取决于比值/Ucm,Ucm为载波电压信号幅值。改变的值即可改变τ(t),从而改变逆变输出电压基波方均根值,实现调压的目的。
SPWM调压方式的优点是低次谐波含量低、调压线性度好,但输出电压低,即在同一直流电压Ud值下,值比桥内移相调压方式时低。2100433B