專利名稱：具有減小的開(kāi)關(guān)頻率的電源逆變器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及大功率逆變器，例如在具有大KVA額定值的飛機(jī)的變速恒頻(VSCF)發(fā)電系統(tǒng)中使用的逆變器。
VSCF發(fā)電系統(tǒng)用由飛機(jī)推力發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出裝置以變速驅(qū)動(dòng)的三相交流發(fā)電機(jī)作為交流電源，該交流電源經(jīng)過(guò)整流變成直流電源，經(jīng)過(guò)三相逆變器產(chǎn)生三相400Hz交流電流。大功率逆變器通常把15KVA或更高的大KVA額定值作為45/60KVA這樣的三相逆變器的要素。這種類型的大功率逆變器需要400Hz交流電流的輸出以使得高達(dá)50次諧波時(shí)總諧波畸變不超出3％-5％的范圍，這已經(jīng)被設(shè)定為飛機(jī)上產(chǎn)生交流電流的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
VSCF電源逆變器的控制一直是基于控制電源輸出基本頻率正弦波的平均值或RMS值而不是正弦波本身品質(zhì)的傳統(tǒng)方法。在這種類型的系統(tǒng)中，在通過(guò)讀取存儲(chǔ)在只讀存儲(chǔ)器(ROM)中的值來(lái)產(chǎn)生的參考波形的控制下，用恒頻方波源產(chǎn)生的脈沖的脈寬調(diào)制生成每相的理想基本頻率。將由每相逆變器切換產(chǎn)生的基本頻率經(jīng)輸出LC濾波器進(jìn)行濾波，使輸出電壓波形保持為高品質(zhì)的正弦波形。這種根據(jù)基本頻率正弦波的RMS值的控制方法稱為閉環(huán)。但實(shí)際上，正弦波的品質(zhì)和相位并沒(méi)有得到調(diào)節(jié)，結(jié)果造成了開(kāi)環(huán)控制。這些系統(tǒng)沒(méi)有將由ROM讀出所產(chǎn)生的參考波形和實(shí)際輸出電源波形相比較來(lái)得到一個(gè)用于調(diào)制脈寬調(diào)制器占空比的誤差控制電壓，從而精確地控制具有低的總諧波畸變的基本頻率交流電流的產(chǎn)生。
在VSCF逆變器中，基波的品質(zhì)得以保持好象負(fù)載本質(zhì)上是無(wú)源的，如電阻，電感，電容或者它們的結(jié)合。但是，當(dāng)出現(xiàn)整流器負(fù)載或雙向三極管開(kāi)關(guān)負(fù)載時(shí)，由于整流器或雙向三極管開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)特性引起的功率的非線性，會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)數(shù)量的諧波。這些非線性負(fù)載使基本頻率嚴(yán)重畸變，導(dǎo)致總諧波畸變超出3％-5％這一可接受的范圍。
因?yàn)橛米骺刂茀?shù)的輸出電壓的RMS值在響應(yīng)非線性負(fù)載時(shí)相對(duì)來(lái)說(shuō)并未改變，所以，現(xiàn)有的VSCF逆變器控制器沒(méi)有補(bǔ)償表現(xiàn)在輸出電壓上由非線性負(fù)載造成的畸變。但是對(duì)大功率逆變器的控制來(lái)說(shuō)，當(dāng)允許驅(qū)動(dòng)非線性負(fù)載時(shí)，需要提供具有總諧波畸變?cè)谇懊嫣峒暗墓I(yè)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)范圍內(nèi)的基本頻率的高品質(zhì)大功率交流電流。
為了快速響應(yīng)可變電力負(fù)載，例如非線性負(fù)載，有必要使逆變器中電源開(kāi)關(guān)以大于等于40KHz這樣的高速度進(jìn)行切換。但是目前市場(chǎng)上出售的IGBT這樣的最好的大功率固態(tài)開(kāi)關(guān)在超過(guò)40KHz時(shí)不能良好地工作。如果要求高達(dá)50次諧波的總諧波畸變?cè)?％-5％的范圍內(nèi)，則有必要減小開(kāi)關(guān)頻率以避免高達(dá)50次諧波的過(guò)量的諧波功率。
已知現(xiàn)有技術(shù)中的逆變器控制器控制并響應(yīng)輸出功率的諧波成分。這些現(xiàn)有技術(shù)中的控制器分析總諧波成分并改變開(kāi)關(guān)模式以減少諧波成分。這種類型的逆變器控制器改變具有50％占空比的固定頻率方波的脈沖寬度以對(duì)基本頻率進(jìn)行脈寬調(diào)制，并且在響應(yīng)檢測(cè)到的諧波時(shí)進(jìn)一步將諧波成分減小到可以接受的范圍內(nèi)。
本發(fā)明提供了一種如在VSCF系統(tǒng)中使用的用于產(chǎn)生大功率、具有低的總諧波畸變的逆變器，其中，通過(guò)計(jì)算參考電壓和施加到電力負(fù)載的逆變器輸出量之間的差值生成的誤差控制電壓被比較以產(chǎn)生用于調(diào)制逆變器中開(kāi)關(guān)切換頻率的誤差控制電壓。在逆變器中，至少一對(duì)電源開(kāi)關(guān)的切換頻率受到前述誤差控制電壓的控制，產(chǎn)生以低于現(xiàn)有技術(shù)的可變頻率流過(guò)電力負(fù)載的可變寬度的電流脈沖并生成基本頻率交流電流。單個(gè)脈沖的寬度是由時(shí)間間隔定義的，在時(shí)間間隔中，誤差控制電壓不超過(guò)在正偏差信號(hào)最大值和最小值之間定義的死區(qū)。生成的正偏差信號(hào)最好是與由逆變器產(chǎn)生的理想基波相同頻率的周期信號(hào)的絕對(duì)值，在參考信號(hào)達(dá)到最大值時(shí)取最小值，在參考信號(hào)過(guò)零點(diǎn)處達(dá)到最大值。而且，具有前述特性的正偏差信號(hào)可以優(yōu)化或任意生成。
為了達(dá)到前述3％-5％范圍的總諧波畸變的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，正偏差信號(hào)的幅度可以由總諧波畸變分析器的輸出來(lái)控制，該分析器與表現(xiàn)在逆變器輸出功率中的總諧波畸變成反比地減小正偏差信號(hào)動(dòng)態(tài)變化的幅度。結(jié)果，當(dāng)不期望的諧波成分輸出功率增加時(shí)，正偏差信號(hào)的動(dòng)態(tài)變化被減小，從而減小了總諧波畸變成分。結(jié)果，當(dāng)總的開(kāi)關(guān)頻率必須提高時(shí)，仍然有可能在正常運(yùn)行規(guī)定極限40KHz以下的頻率范圍內(nèi)運(yùn)行IGBT這樣的大功率開(kāi)關(guān)設(shè)備，IGBT代表了目前工業(yè)上在大功率逆變器中使用的最好的開(kāi)關(guān)設(shè)備。
本發(fā)明對(duì)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，通過(guò)對(duì)大功率逆變器的輸出功率進(jìn)行真正的閉環(huán)控制，使得總諧波畸變成分達(dá)到3％-5％這樣的工業(yè)限度內(nèi)，同時(shí)保持最高開(kāi)關(guān)頻率在上述IGBT這樣的現(xiàn)在技術(shù)大功率開(kāi)關(guān)器件的上限切換頻率以下。根據(jù)本發(fā)明，能夠?qū)敵鲐?fù)載的變化作出響應(yīng)從而提高負(fù)載突然變化時(shí)逆變器的開(kāi)關(guān)頻率，并將開(kāi)關(guān)頻率保持在大功率開(kāi)關(guān)設(shè)備的上限以下，同時(shí)能在規(guī)定的總諧波畸變的工業(yè)限度內(nèi)運(yùn)行。


圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的框圖。
圖2(a)-2(e)是可以與圖1的實(shí)施例一起使用的不同的波形。
圖3是在圖1中所用補(bǔ)償器的實(shí)施例。
圖4是本發(fā)明另一實(shí)施例的框圖，根據(jù)表現(xiàn)在本發(fā)明逆變器輸出中的總諧波畸變控制正偏差信號(hào)的動(dòng)態(tài)幅度。
圖5(a)和5(b)所示分別為當(dāng)正偏差信號(hào)是正弦波和三角波時(shí)圖1所示實(shí)施例的響應(yīng)特性。
整個(gè)附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的部件。
圖1所示為本發(fā)明上述的逆變器系統(tǒng)10的方框圖。帶有直流電源14的傳統(tǒng)的逆變器12為至少一對(duì)逆變器開(kāi)關(guān)Q1和Q2提供直流電流，上述開(kāi)關(guān)可以是任何已知的電源開(kāi)關(guān)元件例如IGBT。如以下上述，逆變器控制器16控制功率開(kāi)關(guān)Q1和Q2的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。逆變器12的輸出是從分別連接在地和電源電勢(shì)E之間的功率開(kāi)關(guān)Q1和Q2之間的中點(diǎn)18引出的。應(yīng)當(dāng)理解的是，圖1所示的逆變器只是可以用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的逆變器的一個(gè)可能的實(shí)施例，其他具有一對(duì)或多對(duì)在導(dǎo)通狀態(tài)和非導(dǎo)通狀態(tài)之間切換的開(kāi)關(guān)以控制電流脈沖流動(dòng)方向的逆變器也可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。脈沖在直流電源E和包括如電阻R及電感L的電力負(fù)載之間流動(dòng)，導(dǎo)致具有理想基本頻率的交流電流流過(guò)前述電力負(fù)載。逆變器開(kāi)關(guān)Q1和Q分別與傳統(tǒng)的反饋二極管D1和D2并聯(lián)。逆變器中點(diǎn)18經(jīng)電阻R0和電感L0連接到濾波電容C0上以去除不期望的諧波。維持在電勢(shì)E/2的電源電勢(shì)E的中點(diǎn)20連接到也包括電阻R0和L0的濾波器的電容C0上以及連接到也與輸出Vout連接的電力負(fù)載R和L上。輸出Vout接到放大器22上，為控制回路提供放大的輸出電勢(shì)Vout來(lái)控制至少一對(duì)開(kāi)關(guān)Q1和Q2的切換頻率，從而產(chǎn)生以可變頻率流過(guò)電力負(fù)載R和L的可變寬度的電流脈沖，為前述電力負(fù)載提供了基本頻率交流電流。放大器22的輸出連接到加法器24上，加法器24連接到也與可以由ROM或產(chǎn)生期望電壓波形的模擬電壓源生成的參考電壓Vref連接。非限定地，本發(fā)明不受舉例的限制，例如Vref可以是400Hz正弦交流電流。加法器24計(jì)算放大器22的輸出和Vref之間的差值，在輸出26上產(chǎn)生誤差控制電壓。加法器24為誤差控制信號(hào)生成器。加法器24的輸出26連接到補(bǔ)償器28，該補(bǔ)償器提供的補(bǔ)償是通過(guò)包含在補(bǔ)償器方塊中的方程來(lái)定義的，該方塊提供由具有正常運(yùn)行所需要的理想穩(wěn)定性的一階微分方程定義的一階響應(yīng)。W1的值大致為2πx100KHz。常數(shù)K根據(jù)使用的具體系統(tǒng)而改變。
逆變器控制器16控制在第一和第二開(kāi)關(guān)Q1和Q2保持導(dǎo)通狀態(tài)之間的時(shí)間寬度，以產(chǎn)生持續(xù)時(shí)間電流脈沖和可變頻率。逆變器控制器16響應(yīng)在加法器24的輸出26上輸出的誤差控制信號(hào)和如下面所描述的圖2(c)和2(e)所示的正偏差信號(hào)，如果誤差控制信號(hào)大于正偏差信號(hào)+Vb，第一開(kāi)關(guān)Q1斷開(kāi)，經(jīng)過(guò)延遲36提供的延遲，然后第二開(kāi)關(guān)Q2接通；如果誤差控制信號(hào)小于正偏差信號(hào)的負(fù)值，第二開(kāi)關(guān)Q2斷開(kāi)，經(jīng)過(guò)延遲36提供的延遲，然后第一開(kāi)關(guān)Q1接通。延遲時(shí)間間隔由延遲36提供，目的是當(dāng)開(kāi)關(guān)Q1和Q2同時(shí)接通時(shí)不發(fā)生擊穿現(xiàn)象。逆變器控制器16包括運(yùn)算放大器32和34。當(dāng)補(bǔ)償器28的輸出超過(guò)輸入+Vb時(shí)，運(yùn)算放大器32產(chǎn)生輸出信號(hào)；當(dāng)補(bǔ)償器28的輸出超過(guò)-Vb時(shí)，運(yùn)算放大器34產(chǎn)生輸出信號(hào)。延遲36的輸出38和40連接到觸發(fā)器42的計(jì)數(shù)輸入，該觸發(fā)器在響應(yīng)輸出38的高電平輸出時(shí)產(chǎn)生高電平輸出Q1，在響應(yīng)輸出40的高電平輸出時(shí)產(chǎn)生高電平輸出Q2。
應(yīng)當(dāng)理解的是，運(yùn)算放大器32和34以及延遲36和38起到窗口比較器(雙重比較器)的作用，這種比較器的功能是如果補(bǔ)償器28輸出的誤差控制電壓高于+Vb，則經(jīng)過(guò)延遲36提供的時(shí)間延遲之后，開(kāi)關(guān)Q1斷開(kāi)且下開(kāi)關(guān)Q2接通；如果誤差控制電壓低于-Vb，則經(jīng)過(guò)延遲36提供的延遲之后，開(kāi)關(guān)Q2斷開(kāi)且上開(kāi)關(guān)Q1接通。正如下面將對(duì)圖4所詳細(xì)描述的，正偏差Vb的幅度范圍可以通過(guò)基于設(shè)計(jì)點(diǎn)的仿真來(lái)選擇，并且可以選為可調(diào)的以供給切換損耗優(yōu)化器，該優(yōu)化器檢測(cè)輸出Vout中總諧波畸變，然后調(diào)整正偏差Vb的動(dòng)態(tài)范圍幅度，從而將總諧波畸變控制在可以接受的水平內(nèi)，最恰當(dāng)?shù)販p小切換頻率以使切換損失達(dá)到最小。
下面對(duì)圖2(a)-2(e)的波形進(jìn)行說(shuō)明。圖2(a)是電壓Vref的理想波形，可以是如在VSCF型飛機(jī)中應(yīng)用的400Hz正弦電壓。為了保證開(kāi)關(guān)Q1和Q2不以無(wú)法接受的高速進(jìn)行切換，有必要在圖2(a)所示的參考電壓Vref達(dá)到最大和最小的同時(shí)生成正偏差信號(hào)。圖2(c)所示為具有前述特性的正偏差信號(hào)的一種類型，具有在最大值和最小值之間周期變化的動(dòng)態(tài)范圍，由圖2(b)所示的與圖2(a)中參考電壓Vref頻率相同的余弦函數(shù)產(chǎn)生。眾所周知，圖2(b)所示的余弦函數(shù)在所有點(diǎn)上都是與圖2(a)所示的正弦函數(shù)正交的。對(duì)圖2(b)的余弦函數(shù)取絕對(duì)值，就得到圖2(c)的波形，在圖2(c)中最小值對(duì)應(yīng)圖2(a)中參考電壓Vref的每個(gè)最大值，最大值對(duì)應(yīng)每個(gè)過(guò)零點(diǎn)。具有前述特性的正偏差信號(hào)的另一種波形也可以為圖2(d)所示的三角波形，可以對(duì)其進(jìn)行處理得到圖2(e)所示的在最小值和最大值之間變化的該三角波的絕對(duì)值函數(shù)，其每個(gè)最小值對(duì)應(yīng)波形Vref的最大值，每個(gè)最大值對(duì)應(yīng)波形Vref的過(guò)零點(diǎn)。
在生成如圖2(c)和圖2(e)所示的正偏差信號(hào)時(shí)，產(chǎn)生了死區(qū)，在死區(qū)階段，在誤差控制電壓首次超過(guò)正偏差信號(hào)或其負(fù)值而導(dǎo)致開(kāi)關(guān)Q1或Q2第一次接通和誤差控制電壓超過(guò)正偏差信號(hào)的反向極限之間的時(shí)間間隔內(nèi)，上開(kāi)關(guān)Q1或下開(kāi)關(guān)Q2將維持在“接通”狀態(tài)。結(jié)果生成的死區(qū)將開(kāi)關(guān)頻率減小到現(xiàn)有技術(shù)上述的IGBT這樣的大功率固態(tài)開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)速度內(nèi)，并且總諧波畸變達(dá)到航天工業(yè)中對(duì)生成的功率所規(guī)定的3％-5％這樣的可接受的限度內(nèi)。
圖3所示為一種適宜的補(bǔ)償器28的方塊圖。補(bǔ)償器提供超前滯后補(bǔ)償以保證依照具有可接受的穩(wěn)定性的一階微分方程運(yùn)行。應(yīng)當(dāng)理解的是，補(bǔ)償器28也可以采用除圖1所示以外的其它形式。非限制性地，電容C1-C4和電阻R1-R4可以使用圖中所示的標(biāo)準(zhǔn)元件值。
圖4所示為根據(jù)出現(xiàn)在圖1輸出信號(hào)Vout中的總諧波畸變提供補(bǔ)償?shù)谋景l(fā)明另一實(shí)施例的方塊圖。逆變器12的輸出Vout連接到總諧波畸變分析器50上，該分析器的輸出信號(hào)52與出現(xiàn)在輸出Vout中的高達(dá)50次諧波的總諧波百分比成正比。代表了高達(dá)50次諧波的總諧波畸變的輸出52上的信號(hào)幅度用于衡量如圖2(c)和圖2(e)所示正偏差信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍使其在最大值和最小值之間變化的電壓電平控制54。由于總諧波畸變幅度的增加，所以有必要減小開(kāi)關(guān)Q1和Q2的開(kāi)關(guān)頻率。從以下對(duì)分別與圖2(c)和2(e)所示正偏差信號(hào)相對(duì)應(yīng)的圖5(a)和5(b)的描述可以看出，當(dāng)正偏差信號(hào)的幅度減小時(shí)，總諧波畸變也減小了。
圖5(a)和5(b)所示分別為具有圖2(c)所示的余弦形式的正偏差信號(hào)關(guān)于圖2(a)的正弦函數(shù)參考電壓Vref和圖2(e)所示三角波參考電壓Vref所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。產(chǎn)生的數(shù)據(jù)點(diǎn)具有3.75μsec的時(shí)間間隔。0.88歐姆的輸出負(fù)載R滿負(fù)荷時(shí)的額定功率是15千瓦。其他參數(shù)中，負(fù)載是完全阻抗性的，L等于88微亨，電感L的阻抗為0.1歐姆，電容C0為50微法。圖5(a)和5(b)左側(cè)的Y軸表示總諧波畸變的百分比，右側(cè)的Y軸表示以千赫茲為單位的開(kāi)關(guān)速度。X軸表示正偏差信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍的相應(yīng)幅度。圖5(a)和5(b)中的曲線A示出開(kāi)關(guān)頻率隨著正偏差信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍幅度的增加而減小。曲線B示出總諧波畸變隨著正偏差信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍的減小而減小。最佳工作點(diǎn)是各曲線的交點(diǎn)C。可以看出，對(duì)于圖2(c)余弦形式的正偏差信號(hào)和和圖2(e)三角形式的正偏差信號(hào)來(lái)說(shuō)，點(diǎn)C處的特性具有開(kāi)關(guān)速度在20KHz以下，總諧波畸變?cè)?％左右，這種總諧波畸變完全在可以接受的工業(yè)限度內(nèi)，并且也在現(xiàn)有技術(shù)上述的如IGBT這樣的大功率固態(tài)開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)響應(yīng)速度之內(nèi)。
雖然本發(fā)明是按照其最佳實(shí)施例來(lái)描述的，但應(yīng)當(dāng)理解的是本發(fā)明在不背離由權(quán)利要求所定義的主題和范圍的情況下還可以有很多變形。所有這些變形都落在權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1．一種逆變器系統(tǒng)，包括電力負(fù)載；帶有直流電源的逆變器，用于向具有至少一對(duì)在導(dǎo)通狀態(tài)和非導(dǎo)通狀態(tài)之間切換的開(kāi)關(guān)的至少一對(duì)逆變器開(kāi)關(guān)提供直流電流，從而控制上述直流電源和上述電力負(fù)載之間電流脈沖的流動(dòng)方向，使交流電流流過(guò)上述電力負(fù)載；參考電壓源，代表流過(guò)電力負(fù)載的上述交流電流理想波形的參考電壓；誤差控制信號(hào)發(fā)生器，包括連接到上述電力負(fù)載的第一輸入和連接到上述參考電壓的第二輸入，在輸出端產(chǎn)生表示上述第一和第二輸入之間差值的誤差控制電壓；逆變器控制器，連接到上述誤差控制信號(hào)發(fā)生器的上述輸出端和上述逆變器，根據(jù)上述誤差控制電壓控制上述至少一對(duì)開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)頻率，從而產(chǎn)生以可變頻率流過(guò)上述電力負(fù)載的電流脈沖，生成上述交流電流流過(guò)上述電力負(fù)載。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的逆變器系統(tǒng)，其特征在于上述至少一對(duì)開(kāi)關(guān)包括第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)，當(dāng)上述第一開(kāi)關(guān)導(dǎo)通且上述第二開(kāi)關(guān)不導(dǎo)通時(shí)，電流以第一方向流過(guò)上述電力負(fù)載，當(dāng)上述第一開(kāi)關(guān)不導(dǎo)通且上述第二開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)，電流以與上述第一方向相反的第二方向流過(guò)上述電力負(fù)載；及上述逆變器控制器包括具有第一和第二輸出端的比較器，比較器的兩個(gè)輸出端分別與上述第一和第二開(kāi)關(guān)的控制端相連接，根據(jù)上述誤差控制信號(hào)和正偏差信號(hào)控制其開(kāi)關(guān)狀態(tài)，如果上述誤差控制信號(hào)大于上述正偏差信號(hào)，上述第一開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，經(jīng)過(guò)延遲后上述第二開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，如果上述誤差控制信號(hào)小于上述正偏差信號(hào)的負(fù)值，上述第二開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，經(jīng)過(guò)延遲后上述第一開(kāi)關(guān)導(dǎo)通。
3．根據(jù)權(quán)利要求2所述的逆變器系統(tǒng)，其特征在于上述正偏差信號(hào)是在上述參考電壓的過(guò)零點(diǎn)，信號(hào)取得最大值；在上述參考電壓的過(guò)零點(diǎn)，信號(hào)取得最大值。
4．根據(jù)權(quán)利要求3所述的逆變器系統(tǒng)，其特征在于上述參考電壓是以基本頻率變化的正弦函數(shù)或余弦函數(shù)；及上述正偏差信號(hào)等于正交于上述參考電壓的以基本頻率變化的正弦或余弦函數(shù)的絕對(duì)值。
5．根據(jù)權(quán)利要求3所述的逆變器系統(tǒng)，其特征在于上述正偏差信號(hào)是三角函數(shù)的絕對(duì)值，該三角函數(shù)為在上述參考電壓為最大值時(shí)取零，在上述參考電壓過(guò)零點(diǎn)時(shí)為最大值。
6．根據(jù)權(quán)利要求2所述的逆變器系統(tǒng)，還包括總諧波畸變分析器，與流過(guò)上述電力負(fù)載的交流電流連接，用于在輸出端產(chǎn)生輸出信號(hào)，該輸出信號(hào)是在流過(guò)上述電力負(fù)載的上述交流電流中總諧波畸變的函數(shù)；及電壓電平控制，連接到上述總諧波畸變分析器的上述輸出端和上述正偏差信號(hào)源，從而與上述總諧波畸變分析器的輸出幅度成反比地控制上述第一和第二開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)頻率。
7．根據(jù)權(quán)利要求3所述的逆變器系統(tǒng)，還包括總諧波畸變分析器，與流過(guò)上述電力負(fù)載的交流電流連接，用于在輸出端產(chǎn)生輸出信號(hào)，該輸出信號(hào)是在流過(guò)上述電力負(fù)載的上述交流電流中總諧波畸變的函數(shù)；及電壓電平控制，連接到上述總諧波畸變分析器的上述輸出端和上述正偏差信號(hào)源，從而與上述總諧波畸變分析器的輸出幅度成反比地控制上述第一和第二開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)頻率。
8．根據(jù)權(quán)利要求4所述的逆變器系統(tǒng)，還包括總諧波畸變分析器，與流過(guò)上述電力負(fù)載的交流電流連接，用于在輸出端產(chǎn)生輸出信號(hào)，該輸出信號(hào)是在流過(guò)上述電力負(fù)載的上述交流電流中總諧波畸變的函數(shù)；及電壓電平控制，連接到上述總諧波畸變分析器的上述輸出端和上述正偏差信號(hào)源，從而與上述總諧波畸變分析器的輸出幅度成反比地控制上述第一和第二開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)頻率。
9．根據(jù)權(quán)利要求5所述的逆變器系統(tǒng)，還包括總諧波畸變分析器，與流過(guò)上述電力負(fù)載的交流電流連接，用于在輸出端產(chǎn)生輸出信號(hào)，該輸出信號(hào)是在流過(guò)上述電力負(fù)載的上述交流電流中總諧波畸變的函數(shù)；及電壓電平控制，連接到上述總諧波畸變分析器的上述輸出端和上述正偏差信號(hào)源，從而與上述總諧波畸變分析器的輸出幅度成反比地控制上述第一和第二開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)頻率。
10．用逆變器系統(tǒng)產(chǎn)生交流電流的方法，該逆變器系統(tǒng)包括電力負(fù)載；帶有直流電源的逆變器，用于向具有至少一對(duì)在導(dǎo)通狀態(tài)和非導(dǎo)通狀態(tài)之間切換的開(kāi)關(guān)的至少一對(duì)逆變器開(kāi)關(guān)提供直流電流，從而控制上述直流電源和上述電力負(fù)載之間電流脈沖的流動(dòng)方向，使交流電流過(guò)上述電力負(fù)載；參考電壓源，代表流過(guò)上述電力負(fù)載的交流電流的理想波形；誤差控制信號(hào)發(fā)生器，包括連接到上述電力負(fù)載的第一輸入和連接到上述參考電壓的第二輸入，在輸出端產(chǎn)生表示上述第一和第二輸入之間差值的誤差控制電壓；以及連接到上述誤差控制信號(hào)發(fā)生器輸出端的逆變器控制器；上述逆變器包括根據(jù)上述參考電壓和流過(guò)上述電力負(fù)載的交流電流產(chǎn)生代表上述參考電壓和表示上述交流電流的電壓之間的差值的上述誤差控制信號(hào)；及根據(jù)上述誤差控制電壓控制至少一對(duì)開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)頻率，從而產(chǎn)生以可變頻率流過(guò)上述電力負(fù)載的電流脈沖，生成流過(guò)上述電力負(fù)載的上述交流電流。
11．根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于上述切換頻率的控制是這樣的當(dāng)上述誤差控制信號(hào)大于正偏差信號(hào)時(shí)，上述至少一對(duì)開(kāi)關(guān)中的第一開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，經(jīng)過(guò)延遲后上述至少一對(duì)開(kāi)關(guān)中的第二開(kāi)關(guān)導(dǎo)通；當(dāng)上述誤差控制信號(hào)小于上述正偏差信號(hào)的負(fù)值時(shí)，上述第二開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，經(jīng)過(guò)延遲后上述第一開(kāi)關(guān)導(dǎo)通。
12．根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于上述正偏差信號(hào)是在上述參考電壓的過(guò)零點(diǎn)處達(dá)到最大值，在上述參考電壓的過(guò)零點(diǎn)處達(dá)到最大值。
13．根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于上述參考電壓是以基本頻率變化的正弦函數(shù)或余弦函數(shù)；及上述正偏差信號(hào)等于正交于上述參考電壓的以基本頻率變化的正弦或余弦函數(shù)的絕對(duì)值。
14．根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于上述正偏差信號(hào)是三角函數(shù)的絕對(duì)值，該三角函數(shù)為在上述參考電壓為最大值時(shí)取零，在上述參考電壓過(guò)零點(diǎn)處為最大值。
15．根據(jù)權(quán)利要求11的方法，還包括分析流過(guò)上述電力負(fù)載的交流電流中的總諧波畸變，以便提供其總諧波畸變的幅度；及與流過(guò)上述電力負(fù)載的總諧波畸變的幅度成反比地調(diào)節(jié)第一和第二開(kāi)關(guān)的切換頻率。
16．根據(jù)權(quán)利要求12的方法，還包括分析流過(guò)上述電力負(fù)載的交流電流中的總諧波畸變，以便提供其總諧波畸變的幅度；及與流過(guò)上述電力負(fù)載的總諧波畸變的幅度成反比地調(diào)節(jié)第一和第二開(kāi)關(guān)的切換頻率。
17．根據(jù)權(quán)利要求13的方法，還包括分析流過(guò)上述電力負(fù)載的交流電流中的總諧波畸變，以便提供其總諧波畸變的幅度；及與流過(guò)上述電力負(fù)載的總諧波畸變的幅度成反比地調(diào)節(jié)第一和第二開(kāi)關(guān)的切換頻率。
18．根據(jù)權(quán)利要求14的方法，還包括分析流過(guò)上述電力負(fù)載的交流電流中的總諧波畸變，以便提供其總諧波畸變的幅度；及與流過(guò)上述電力負(fù)載的總諧波畸變的幅度成反比地調(diào)節(jié)第一和第二開(kāi)關(guān)的切換頻率。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明的一種逆變器系統(tǒng),包括:帶有直流電源(E)的電力負(fù)載(R,L),直流電源向帶有至少一對(duì)在導(dǎo)通和非導(dǎo)通狀態(tài)之間切換的開(kāi)關(guān)的至少一對(duì)逆變器開(kāi)關(guān)(Q1和Q2)提供電流,從而控制直流電源和電力負(fù)載之間電流脈沖的流動(dòng)方向,使得交流電流流過(guò)電力負(fù)載;參考電壓源,代表流過(guò)電力負(fù)載的交流電流的理想形式;誤差信號(hào)發(fā)生器(24),具有連接到電力負(fù)載的第一輸入端和連接到參考電壓的第二輸入端,在輸出端(26)產(chǎn)生代表第一和第二輸入端之間差值的誤差控制電壓;及逆變器控制器(16),連接到誤差控制信號(hào)發(fā)生器的輸出和逆變器,根據(jù)誤差控制電壓控制至少一對(duì)開(kāi)關(guān)的切換頻率,從而產(chǎn)生以可變頻率流過(guò)電力負(fù)載的電流脈沖,提供交流電流流過(guò)電力負(fù)載。
文檔編號(hào)H02M7/538GK1230307SQ97197944
公開(kāi)日1999年9月29日 申請(qǐng)日期1997年7月16日 優(yōu)先權(quán)日1996年7月24日
發(fā)明者V·M·恩古延, 蔡善瑾 申請(qǐng)人:森德斯特蘭德有限公司