[发明专利]一种三阶SPWM逆变控制方法、逆变器及数码发电机

说明书

技术领域

本发明涉及数码发电机技术，尤其涉及一种应用于数码发电机的三阶SPWM逆变控制方法。 

背景技术

数码发电机是利用永磁同步发电机和逆变控制器，将汽油机化学能转变为电能的便携式发电设备。与传统的普通发电机相比，具有显著的体积小、重量轻、噪音低、对环境污染少、节能且输出电压品质极高等特点，应用领域越来越广。 

图1是数码发电机系统构成示意图。所述数码发电机包括：内燃机10，通过汽油燃烧提供动能；永磁同步发电机11，根据负载的变化发出变压变频（既不稳压也不稳频）且频率比市电频率高很多的三相交流电；三相半控整流电路12，将上述三相交流电整流并经电容滤波为合适的直流电；逆变器13和LC低通滤波器14将三相半控整流电路12输出的直流母线电压（Udc）转换为稳压稳频（如120V/60Hz、230V/50Hz）输出的单相交流电，向负载15输出。对于数码发电机而言，其核心是实现交流输出的逆变器13主电路及其控制单元。 

逆变器13和LC低通滤波器14是将直流电转化为交流电的电力电子装置，在中小功率数码发电机中实现将三相交流发电机发出并经整流滤波后的直流母线电压（Udc）逆变为稳压稳频的单相交流电Uo（如120V/60Hz、230V/50Hz等），其主电路的结构示意图见图2所示。逆变器13中的4个IGBT或功率MOSFET等全控型功率管AH、AL、BH和BL构成单相桥式逆变电路，采用正弦脉宽调制（SPWM）方式进行控制，再经高频电感电容构成的LC低通滤波器14，得到单相交流输出电压Uo。实测输出电压波形见图3。其逆变器结构具有电路简单、输出电压总谐波失真（THD）小等优点，是单相输出的典型拓扑。 

对所述逆变器13的单相桥式逆变电路，采用传统的二阶SPWM逆变控制方法（即逆变器13的输出电压中只有+Udc和-Udc两种电平），二阶SPWM输出的开关频率等于逆变器13主电路功率管的工作频率，是传统的单相SPWM波形产生方法。对图2所示的逆变器13的主电路，参见图4所示二阶SPWM逆变控制和逆变器输出电压波形图，其采用三角波为载波、正弦波为调制波，生成逆变控制信号即二阶SPWM波。当控制功率管AH、BL按照图4中所示的SPWM波形导通与关断，AL、BH接收与之互补的驱动信号时，可以得到二阶SPWM输出电压波形。当AH、BL功率管导通时，逆变器13输出正电压（+Udc）；当AL、BH功率管导通时逆变器13输出负电压（-Udc）。 

二阶SPWM逆变控制方法虽然是在现有数码发电机产品中广泛应用的逆变控制方式，但其具有开关损耗偏大致使逆变效率偏低、谐波较大和滤波器较大等缺点，需要对其进行改进。 

发明内容

针对现有技术中的上述问题，本发明提供了一种三阶SPWM逆变控制方法，其可以采用图2所示的与传统二阶SPWM逆变控制方法完全相同的逆变器主电路拓扑结构，即不增加任何硬件成本，仅通过对调制方式加以变更，就可以得到三阶SPWM波形（即逆变器13的输出电压中含有+Udc、-Udc和0三种电平），使逆变器13的输出频率比功率管的开关频率增大了一倍且仍为SPWM波形。 

本发明提供的三阶SPWM逆变控制方法，用于由4个功率管搭接成单相桥式逆变电路的逆变器主电路，包括以下步骤：生成相位相反且幅值相同的第一和第二正弦波；通过将第一和第二正弦波分别与同一个三角波载波比较，生成第一和第二二阶SPWM控制信号；以所述第一和第二二阶SPWM控制信号及其互补信号分别驱动所述逆变器两个桥臂中的4个功率管，生成单相三阶SPWM逆变输出电压。 

优选地，所述单相三阶SPWM逆变输出电压的频率是所述逆变器中功率管开关频率的两倍。 

优选地，所述三角波载波的幅值大于或等于所述第一和第二正弦波的幅值。 

采用以上介绍的逆变控制方法，本发明还提供了一种三阶SPWM逆变器，包括由4个功率管搭接成单相桥式逆变电路的主电路，还包括三阶SPWM发生电路，所述三阶SPWM发生电路生成第一和第二二阶SPWM控制信号，并以所述第一和第二二阶SPWM控制信号及其互补信号分别驱动所述逆变器主电路两个桥臂中的4个功率管，生成单相三阶SPWM逆变输出电压。 

优选地，所述三阶SPWM发生电路生成相位相反且幅值相同的第一和第二正弦波；通过将第一和第二正弦波分别与同一个三角波载波比较，生成第一和第二二阶SPWM控制信号。进一步优选地，所述单相三阶SPWM逆变输出电压的频率是所述逆变器中功率管开关频率的两倍。