重化

PWM 控制波形图。

　　在图

3 中，Vg1,Vg2,Vg3,Vg4 分别为 VT1，VT2，VT3，VT4 的驱动信号，它们的导通

规律如图

2 所示。UAB 为功率单元输出电压的波形图。由图 3 可知,在输出端得到的等高不等

宽的脉冲序列的基波分量就是正弦波，而且在一个开关周期内

VT1～VT4 仅通断一次，而

输出电压为两个脉冲

,这说明输出电压脉冲频率为开关管的工作频率的 2 倍。此种控制方法

提高了等效的载波频率

,使输出电压的谐波含量。减少，降低了开关损耗。

　　逆变器输出采用水平移相式

PWM 技术，同一相的功率单元输出相同幅值和相位的基

波电压，但各个功率单元的载波之间互相错开一定电角度，实现多电平

PWM 波输出，输

出电压非常接近正弦波。输出电压每个电平台阶只有单元直流母线电压大小，所以

dV/dt 很

小。由于采用水平移相式

PWM 技术，输出电压的等效开关频率大大提高，且输出电平数增

加，因此功率单元采用较低的开关频率，以降低开关损耗，提高效率。波形图如图

4 所示。

在图

4 中，UA1，UA2，UA3 分别为第一功率单元、第二功率单元、第三功率单元的输出

PWM 波形，UA1 为三单元串联后的 PWM 波形。

图

4 三单元串联逆变器 PWM 波形

　　

3 多单元串联大功率逆变电源控制系统的仿真研究

　　根据上述所采用的控制方法，同时考虑到逆变器的三相控制方式完全相同，因此我们
对单相的控制方法，用

OrCAD/PSpice 仿真软件进行了仿真。图 5 为逆变器单相控制系统框

图。
　　
图

5 逆变器单相控制系统框图

　　仿真条件如下：采用同步调制，给定正弦波的频率为

1000Hz，载波比 Kc=8，直流母

线电压为

310V，死区时间设定约为 1us,LC 滤波器的参数为电感 L=2.5mh,电容 C=500nf,负

载

R=100Ω。图 6 为逆变电源系统输出的多电平的 PWM 波，图 7 为逆变电源系统在上述条

件下得到的输出电压仿真波形

,图 8 为输出电压的频谱分析图。

    　　
  图 6 系统输出的多电平 PWM 波(滤波前)                    图 7 系统输出电压仿真波形(滤波后)
　　从图

6 可以看出，对多单元串联的仿真波形与图 4 是一致的，从而也验证了理论分析

的正确性。
　

　图

8 输出电压频谱图

　　由图

7 可以看出，经过 LC 滤波后的系统的输出电压波形比较好，波形的畸变很小。

　　从图

8 的频谱图中我们看到，输出电压不含高次谐波，但是含有三次，五次等奇数次

谐波，这些奇数次谐波的幅值都比较小，其中三次谐波最大。根据图中的数据可计算出用来
衡量波形特征的一个指标，即总谐波含量

THD(除去基波分量外各次谐波的电压有效值与

基波电压有效值之比

)。

　　总谐波电压有效值为：

6.849V

　　基波电压有效值为：

524.868V

　　总谐波含量为：

1.305%

　　

4 多单元串联大功率逆变电源实验波形

　　本文研制的逆变电源设计容量为

500kVA。按照相同的控制电路和主电路结构设计，首

先在

30kVA 的原型机上进行了实验研究。实验系统电路结构与图 1 相同。