6kV·A逆变器滞环调制与单极性倍频调制的比较

参数则有所不同。

3.1 SPWM调制下滤波器的设计

SPWM调制下输出滤波电感的值一般是由电感电流的的最大纹波所决定，取该值为满功率输出时正弦电流峰值的15％，即

ΔImax=15％×2×=5.78A（2）

在单极性SPWM倍频调制下，ua与ub两点的电压波形是单极性SPWM脉冲，其占空比

D=（3）

所以，可得电感电流纹波的表达式为

ΔI=（4）

由式（4）可知，当uo=1/2Uin时，电感电流纹波最大，且

ΔImax=（5）

综合式（2）与式（5）可得

L(>=)=0.43mH（6）

实际电路中取电感值为0.5mH。

电路中电容的作用是和电感一起构成一个低通滤波器，因此，在电感值确定后，就可以根据L滤波器的截止频率来确定电容C的值。由于SPWM倍频调制方式下，输出谐波为开关频率2倍及以上的高次谐波，所以可以取截止频率为最低次输出谐波频率的1/10，即

（7）

推得

C(>=)=3.17μF（8）

实际电路中，由于器件的非理想特性、基准波也非标准的正弦波以及死区对输出波形的影响，所以，输出波形中还包含有一定的低次谐波，C的取值必须大一些，以对这些低次谐波有一定的抑制作用，最终取电容值为16μF。

3.2 滞环调制下滤波器的设计

滞环调制下输出滤波器的设计和单极性SPWM倍频调制下有很大的不同。首先，滞环调制中电感电流的纹波是由滞环宽度h所决定，用电感电流的最大纹波值来确定电感值的方法并不适用。其次，滞环调制下由于开关频率并不固定，其输出电压波形谐波分布广且不含有特定频率的谐波[3]，所以，与单极性SPWM调制下根据器件开关频率设定输出滤波器的截止频率不同，其输出滤波器的截止频率应该根据输出的基波频率来设定。本文中逆变器的输出频率为50Hz，取输出滤波器的截止频率为输出频率的10倍即500Hz，可得

=500（9）

从式（9）可以确定L和C的乘积值，再进一步确定L和C的取值则多依赖于工程经验进行综合考虑。如果L值过大将使系统的动态响应太慢，甚至使得电感电流追踪不上ig的变化导致系统失调；L值过小则会增加输出的脉动，增大损耗。C值越大输出电压的THD就越好，但同时也会增大逆变器的无功电流，增大损耗。工程中一般可以根据在剪切频率附近使得

ωL≈（10）

来确定L和C的取值。

根据式（9）和式（10），最终实际系统中取L为1mH，C为80μF。

3.3 输出波形与THD

图4和图5是两种调制方式下6kV·A逆变器在阻性负载下的满载输出波形，表1则是使用功率分析仪测得逆变器在空载、半载和满载情况下输出THD值，可见SPWM调制方式下的输出THD要明显好于电流滞环调制方式下的输出THD值。

图4 电流滞环调制逆变器阻性满载输出波形

图5 SPWM倍频调制逆变器阻性满载输出波形

表1 两种调制方式下空载与满载输出THD值

4 结语

综上所述，电流滞环调制作为一种非线性的调制方式，和SPWM倍频调制相比，它具有稳定性强和动态响应快的优点。但滞环调制的逆变器输出波形谐波分布广，这使得滤波器的设计困难，在相同的功率等级下，尽管使用了大得多的滤波器，滞环调制逆变器输出波形THD值仍达到接近两倍SPWM倍频调制逆变器输出波形THD的值。同时也由于谐波频率丰富，滞环调制的输出滤波器的工作噪声也要比SPWM倍频控制大得多。所以，从改善输出波形和减小滤波器体积和噪声角度考虑，SPWM倍频调制显然是更好的选择。