造成逆变变压器直流不平衡的原因都有哪些？
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逆变变压器在实际的使用过程中，经常会出现直流不平衡的情况，这将会大大影响逆变电源变压器的工作效率，还会造成功耗上升，使成本增加。在今天的文章中，我们将会就单相全桥SPWM逆变变压器的直流不平衡问题展开简析，并一起来探讨一下造成这种情况的原因都有哪些。 图为常见的逆变变压器电路系统 考虑图1所示的单相全桥SPWM逆变电源系统。一般SPWM被认为是一个理想的调制过程，即桥端电压满足： 在上文所提供的SPWM逆变电源变压器的桥端电压计算公式中，参数Ed指的是直流侧母线电压，参数Vs为桥端输出电压中的基波幅值，参数Vcm为正弦调制波峰值，参数V△m代表的是三角载波幅值，参数Kc代表的是调制系数，且该值小于等于1。在上图所提供的逆变变压器基础电路图中，我们可以看到，T为输出变压器。该变压器的设计除需考虑高次谐波的影响外，与一般基频变压器的设计相差不大，只是磁密选得略低，但仍在磁化曲线的拐点处。因此在一种理想的情况下，该变压器工作在对称的磁滞回线下，施加在其初级上的正、负电压在每个基波周期内保持“伏秒”数相等。 然而这种逆变变压器的电路系统中，有一个很明显的问题需要我们特别注意，那就是只要桥端输出电压Vs——SPWM脉冲列在任何一段基波周期时间内与横坐标所围成面积的总和不为零，那么这一变压器的输入电压中就会出现直流分量，引起单向偏磁，也就是我们经常说的直流不平衡。在系统正常运行的情况下，一定程度的直流不平衡就会造成变压器磁芯单向饱和，励磁电流急增，进而恶化系统的动态性能，并威胁到半导体开关管的安全运行。在目前的运行过程中，导致逆变变压器系统中出现直流不平衡情况的因素，通常有以下几种。 控制系统引起的直流分量过大，导致逆变变压器直流不平衡状态的出现。由上文中的公式可见，理想状态下的SPWM逆变桥可看成一个增益为K(K=Ed/V△m)的比例环节。在该状态下，控制系统的电源电压或元件参数漂移会造成三角载波或正弦调制波正、负半周不对称，作SPWM调制后，将导致同一桥臂上、下两个开关管在基波周期内的有效导通时间不等。因此，SPWM逆变桥端输出电压脉冲列Vs的正、负伏秒数不等，其直流分量是载波或调制波中的直流成分的K倍。这种直流分量一般是持续的，其大小和极性也基本不变，可称为静态不平衡。 若逆变电源的控制系统采用了输出瞬时值反馈等波形校正技术，那么在动态调节过程中，调制波Vc就非常容易出现正、负半周面积不等的情况，并进一步产生动态不平衡，一般持续几个到十几个基波周期。另外，对于整流类冲击性负载的投入，系统可采用瞬时封锁驱动脉冲的限流保护措施。由于被封锁驱动脉冲在基波周期内所处位置的随机性，也会造成变压器动态不平衡。 还有一种问题也同样会造成逆变电源变压器的直流不平衡状态，那就是脉冲分配及死区形成电路引起的直流分量过大。逆变电源的控制系统所产生的SPWM信号，需经过脉冲分配及死区形成电路分相、设置死区，再经驱动电路隔离、放大后驱动开关管。在这一过程中，元件参数的分散性会引起死区时间不等，即各管每次导通时间中的损失不一致，从而导致变压器输入电压Vs中包含直流分量。而主电路引起的直流分量也同样会造成直流不平衡，由于主电路同一桥臂上、下两个开关器件的开通、关断时间不等，饱和压降不同，缓冲电路参数有差异，因此变压器输入电压中也会产生直流分量。 在上面所罗列出的三种导致逆变变压器直流不平衡的原因中，第一种因素的可能性和实际影响其实是最大。因为在逆变电源的控制系统中，存在调制信号发生及调节电路，易混入直流分量，且被逆变桥放大。而在后两种因素中，电路处理的是SPWM开关信号，只要设计合理，匹配恰当，造成的影响也相对较小一些。 |
