低失真正弦波逆变控制策略研究

摘要

在工频耐压试验中，一般希望试验电源可以输出幅值可平滑调节、失真度低的高压正弦波电压。传统的试验电源采用接触调压器与工频高压变压器相结合的方式获得试验用高压正弦波电压。由于接触调压器固有的缺陷，导致升降压过程中电压不够稳定和平滑。而当前的逆变电源还难以满足工频耐压试验的要求。由于基于载波移相的级联逆变电路适合用于工频耐压试验电源，因此对级联逆变电路进行深入的研究具有重要意义。
　　 本文首先详细分析了级联逆变电路的基本组成单元全桥逆变电路，建立了全桥逆变电路在两种不同控制策略下的数学模型，并对这两种控制策略下的谐波特性及其影响因素进行了详细地分析，得出了全桥逆变电路在输出单极性电压波形时具有较好的谐波特性这一结论。推导出了总谐波畸变率和调制度之间的关系，并给出了相应的表达式。针对以上分析结果在MATLAB中建立了相应的仿真模型，进行了仿真验证。
　　 其次以全桥逆变电路的数学模型为基础，建立了级联逆变电路的数学模型，对级联逆变电路采用载波移相调制时的总移相角的选择进行了分析，重点分析了总移相角为π和2π两种不同情况对输出电压谐波特性的影响，得出了总移相角为π时输出电压谐波特性不受级联单元数奇偶性影响的结论。分析了调制度、载波频率、级联单元数对级联逆变电路输出电压谐波特性的影响，推导出了级联逆变电路输出电压总谐波畸变率与调制度的近似关系式。建立了相应的仿真模型，对以上分析结果进行了仿真验证。
　　 再次本文针对逆变器数字化控制的特点，分析并仿真验证了规则采样法存在的问题，给出了一种改进的规则采样法和相应的数学模型，对两种方法进行了仿真对比，仿真结果验证了改进的规则采样法的优点。
　　 最后，本文以TMS320LF2407作为控制芯片，构建了两单元级联逆变实验系统，并对输出滤波器进行了分析与设计。在该系统上对本文的相关分析结果进行了实验，得到了实验结果并对其分析。实验结果表明：在级联逆变电路中，当每个逆变单元采用输出单极性电压波形的控制方式、载波移相调制的总移相角为π、并采用改进的规则采样法时可以得到质量良好的电压波形，实验结果验证了本文理论分析的正确性。