逆变器变压器偏磁校正方法.doc

1 逆变器偏磁校正方法 1在 SPWM 开关型变换器中,主变压器的偏磁可以说是一种通病。只是在各种应用场合中, 表现的程度不同而已。偏磁的后果是十分严重的,轻则会使变压器和功率半导体模块的功耗增加,温升加剧,变压器的机械噪声增大(当开关频率或调制频率在听觉范围内时) ,严重时还会损坏功率器件, 使逆变器不能正常工作。因此, 抗偏磁是开关型逆变电源的的关键问题之一。本文在比较分析了 PWM和 SPW M 变压器铁心的不同磁化过程的基础上,提出了 SPWM 型逆变电源抑制变压器偏磁的新方法,即以逆变桥各桥臂中点电压作为反馈来抑制直流偏磁。并已成功应用在 400Hz 单、三相系列变频电源中,验证了该方法的实用性和可靠性。 2 变压器铁心的磁化过程及抑制偏磁方法比较开关型逆变电源主变压器铁心的电磁过程与普通变压器一样均满足电磁感应定律, 为方便分析可认为绕组电阻, 漏感, 变压器分布电容等都等于零。这样, 加到变压器初级绕组的电压 u 1 和绕组感应电势相平衡。因此, u 1=N 1=N 1 Sk T(1) 式中: B 为铁心的磁感应强度; S 为铁心截面积; 2 N 1 为初级绕组匝数; k T 为铁心面积的有效系数; φ为变压器主磁通。由式( 1 )可得磁感应强度 B(t )=u 1dt+B r(2) 式中: B r为t =0 时铁心中的磁感应强度。为分析方便将式( 2 )写为增量形式并考虑到在 PWM 和 SPW M 型逆变器中, u 1 为幅值恒定的脉冲量,因而磁感应增量变成ΔB(t )=(3) 从而磁感应增量ΔB(t) 成为时间的线性函数。对于全桥 PWM 型逆变电路, 正常情况下, 变压器正、反方向的方波“伏-秒”面积相等,铁心的磁感应强度与方波脉宽成正比,变化如图 1(a) 所示, 且磁化曲线对原点对称。而 SPWM 型逆变电路中各个脉冲的宽度不一样,而且随载波比的变化而变化, ΔB(t) 的大小与 SPWM 脉冲宽度成正比关系, 其电压波形和铁心中的磁感应强度的波形如图 1(b) 所示。此时,磁化曲线在一基波周期对原点对称。 3 (a) PWM 型变压器铁心磁感应强度(b) SPWM 型变压器铁心磁感应强度图1变压器原边电压及磁感应强度当变压器原边含有直流成分时, PWM 型变换电路的正、反方向的方波“伏-秒”面积不再相等,磁通将向某一方向逐渐增加,最终导致变压器铁心磁感应强度超过饱和磁感应强度而饱和, 磁化曲线将不再对原点对称。在 SPWM 型变换电路中,当含有直流成分时,将在变压器铁心中产生恒定的磁链。从而使得变压器磁通在基波周期将不再是正、反方向相同的正弦波,其范围将由正常时的± Δφ 1m变为- Δφ 1m+φ d ~+ Δφ 1m+φ d, 变压器磁感应强度变动范围也由正常时的- B 1m ~+ B 1m 变为 B d-B 1m~B d+B 1m ,磁化曲线也将不再对原点对称,导致半导体开关管损坏[5]。不少科技工作者根据自己的工程实践,提出了一些减小偏磁的办法, 并取得了较好的效果[1] ~ [5]。其中有些办法仅适用 PWM 型直流变换器[1] ~ [3], 可以采用校正每个开关周期的脉宽来消除偏磁, 不存在对输出波形的影响。而 SPWM 正弦波逆变器的每个开关周期脉宽本来就不相同, 采用此方法会导致严重地偏离 SPWM 模式,