单相逆变器设计

1．拓扑结构

单相逆变主电路拓扑结构如图1.1所示，采用控制策略为：在给定正弦波瞬时值大于0时，开关管G1恒导通，开光管G4经SPWM调制（载波幅值为0~1）生成；在给定正弦波瞬时值小于0时，开光管G2恒导通，开光管G3经SPWM调制（载波幅值为0~-1）生成。

图1.1 单相逆变器拓扑结构

2．主电路参数设计

LC滤波器的截止频率为，假定基波频率为，开关频率为，一般选取，这样可以先确定LC的乘积。

选择电感参数时，电感过大会导致系统比较滞后，闭环难以稳定，并且电感的体积大，价格高，电感过小则导致电流纹波比较大，THD难以满足要求，一般需要折衷选择。选择电容参数时，，对于额定输出，电容越大，流过电感上（或开关管）上的电流也越大，不利于器件选型和系统效率的提高，电容越小则同截止频率的L参数就越大。

下面依据最小无功原则设计滤波器，LC上无功总量：

其中表示电流的基波，表示i次电流谐波，表示电压基波，表示i次电压谐波，忽略高次谐波，只考虑基波，则，由求得 ，从而得到，令，得到。根据L和的值可以求出电容C的值。

3．模型建立与控制器设计

输出电压的峰值不能超过直流母线电压，即当输出电压有效值为时，直流母线电压的最小值应大于。

由输出LCR电路可以列如下式子：

经拉普拉斯变换后得到

从而得到单相逆变的双闭环模型如图3.1所示：

图3.1 单相逆变器双闭环结构图

由上图可求得电流环被控对象传递函数，电流环反馈传递函数为，根据bode图来设计电流环PI参数。电流环设计完毕后可以求出电压环的开关传递函数，同样根据bode图来设计电压环PI参数。

4．SPWM调制策略

双极性调制波形如图4.1所示：

图4.1 双极性SPWM调制图

单极性调制波形如图4.2所示：

图4.2 单极性SPWM调制图

5．仿真

开关管的控制波形如图5.1所示：

图5.1 开关管的控制波形

输出电压波形如图5.2所示：

图5.2输出电压波形

电感电流波形如图5.3所示：

图5.3 电感电流波形