北京和利时系统工程有限公司

图1  PWM双桥叠加逆变原理图

    双桥三相逆变器功率开关管开关次数相同，均为三次。负载分配均匀，可选用同规格功率开关管。双桥PWM逆变器特点是：        
    (1) 既可用于三相，又可用于单相输出；    
    (2) 把功率开关管大容量负载分散负担，不仅可用快速强迫关断器件，也可用一般自关断器件，器件要求低；
    (3) 输出容量大，500A单个器件构成三相逆变器输出容量达100kVA；
    (4) 谐波分量小，11次以下谐波消除，要求滤波器容量小；
    (5) 系统动态调节特性好。

图2  双三相叠加逆变器波形图

3  采用PWM斩波方式的交流电压调节器

    随着全控型器件和相位控制技术的广泛应用，可以采用交流PWM斩波方式的交流电压控制电路。在中、小功率场合，采用单相Back型、Boost型和Back-Boost型PWM交流斩波方式电压调节器。可以根据输入和输出电压决定开关元件的开关方式，解决换相引起的高电压尖峰。其开关元件仅在半周期进行调制，大大减小了开关损耗。在大功率场合，可以采用交流―交流Back型电压调节器。
    针对传统交流PWM斩波器开关元件较多和对门控信号要求较高的缺点，提出一种其主电路结构如图3 所示的新型三相交流电压调节装置。该装置主要包括交流斩波控制器、旁路续流通路和工频升压隔离变压器。该装置仅采用T₁～T₄四只全控型功率开关，其中T₁～T₃与T₄的通断关系互补，对开关门控信号的要求大大降低，提高了系统的可靠性。旁路续流通路有3个旁路电容，保证前向通路和续流通路开关切换间的死区时间里有连续的能量通路。其输入电流、输出电压波形都接近正弦，响应速度较快，输入、输出侧滤波器的体积可以很小。如果在输入、输出端加装隔离变压器，防谐波效果更好。
    采用交流PWM斩波方式的交流电压调节器直接联结于交流电源和负载之间，电压调节装置的容量一般大于负载容量，功率开关元件的容量也较大。因而适用于改善中小容量用电设备的供电条件[2]。

图3  PWM斩波电压调节器原理图

4  串联电压源模式的交流电压调节器

    由串联型电力滤波器的结构得到启发，交流电压调节器可以采用三相电压型逆变器的串联型电压调节器，其电路原理如图4所示。三相变压器的绕组串联于电源和负载之间，等效于串联一个电源。如果要求消除电源的负序电压或电压瞬时波动，逆变器直流环节可以采用电容器以补偿装置长时间的提供有功功率。如果需要调节电源电压正序的长时间变化，则需要附加独立的直流电源Ud[3]。

图4  串联型调节器原理图

    为解决三相电源的不对称问题，逆变器指令信号包含电源负序电压分量和正序电压分量的偏差，通过提取并消除电源负序电压分量可以保证负载三相电源对称，同时调节正序电压分量可以控制负载三相电源的幅值。逆变器控制采用非对称开关函数PWM技术[4]。
    通过调节串联补偿电压的幅值和相位，串联型交流电压调节器可以实现输出到负载电路的电压调节和无功功率补偿。采用串联补偿式结构，装置的容量取决于负载容量和电源电压的变化范围，远低于负载容量，能够减小功率开关元件的容量和开关应力，具有较高的性能价格比，能够用于较大容量的负载。为适应高敏感负载，提高串联型电压调节器的性能，可以在负载端加上并联型有源电力滤波器，采用串联型电压调节环节和并联型有源电力滤波环节，达到双向调节负载电压，能量双向流动的目的[5]。此类装置可以全面提高交流电源品质，将是一种高效率的调压方式。

5  结论

    以上分析仅着重于电路结构与控制模式，实用装置应针对不同负载添加辅助电路加以改进。表1是将三种方案的主要特点的总结。

表1  三种交流电压调节方法比较