PWM逆变器式交流稳压电源的原理分析

　　1引言

　　现有两种无触点补偿式交流稳压电源在取代三相柱式交流电力稳压器。一种是变压器补偿式稳压器，其原理是用多个补偿变压器组合，通过“多全桥”变换电路，切换补偿变压器的初级头、尾连接方式进行补偿，去掉了机械传动和触点，提高了寿命和动态性能。补偿是有级的，而且所需的补偿变压器和切换开关较多，电路相对复杂，补偿精度低。另一种是PWM开关式交流稳压器，其原理是从输入侧取得工频交流电压，经过整流、正激高频PWM变换、相位跟踪和转换产生交流补偿电压进行补偿，补偿是无级的，补偿精度高，响应速度快。但电路复杂，还需要一个固定的逆补偿变压器，不易实现大功率应用。我曾介绍过的PWM斩波器式交流稳压电源很好地克服了上述缺点，是一种很有发展前途的交流稳压技术，但其存在着只能稳压，不能消除市电电压中谐波成分的缺点。为了扩大交流稳压电源的功能，我们又开发研制了利用PWM高频逆变器进行补偿的多功能交流稳压电源，这种稳压电源具有用户电力综合调节器(CustomPower)的功能，使稳压电源的性能又上了一个台阶。

　　2 采用PWM高频逆变器的补偿式交流稳压电源

　　采用PWM高频逆变器的补偿式交流稳压电源的原理电路如图1所示。其中补偿电压uco由单相全桥逆变器产生(也可以采用半桥式或推挽式逆变器)，逆变器采用高频SPWM调制。单相全桥逆变器的输出电压uab通过输出变压器Tr，把电压uab变成补偿电压uco在Tr的次级输出。Tr的次级串联在主电路中以对市电电压的变化进行补偿，保持输出电压uo稳定不变。图中LFCF为低通滤波器，以滤掉逆变器输出电压uab中的高次谐波。变压器Tr次级绕组的电阻和漏感以及市电电源内阻共同组成线路阻抗Z，则当负载变化时在Z上产生的压降会使输出电压随之变化。ur为用正弦电压发生器和锁相环产生的标准参考电压，锁相环是使ur在相位上与市电电压us同步。用瞬时值usZisur作为SPWM全桥逆变器控制电路中的调制电压，控制电路的原理框图如图2所示。按此图的高频SPWM调制原理，当用(usZisur)作为正弦调制波时，就可以使逆变器的输出电压与市电电压的变化和负载电压的变化成比例。

图1采用逆变器补偿的交流稳压电路

图2 控制电路原理框图

　　2.1逆变器输出电压的谐波分析

　　假定逆变器的直流电源电压为Ud，载波三角波的电压幅值为Uc，则调制比M的值为：M=(1)

　　式中：Us、Is、Ur为市电电压us，市电电流is和基准参考电压ur的有效值。载波比：N=，fc为三角波频率，fs为市电电压频率。