一种灵活的可编程三相开关功率放大器

1、    一种灵活的可编程三相开关功率放大器摘要：分析了三相四桥臂开关功率放大器的原理及其在继电保护测试中的应用。该拓扑利用第四桥臂来调节中线电流，实现了三相之间的独立。实验结果表明该电路结构简单、容易实现调频、调幅、调相功能。关键词：开关功率放大器；可编程；三相四桥臂逆变器AFlexibleandProgrammableThreePhaseSwitchingPowerAmplifierSONGDong-liang,LUZheng-yu,WANGYou-shengAbstract:Theprincipleofthree-phasefour-legswitc

2、hingpoweramplifierandit摘要：分析了三相四桥臂开关功率放大器的原理及其在继电保护测试中的应用。该拓扑利用第四桥臂来调节中线电流，实现了三相之间的独立。实验结果表明该电路结构简单、容易实现调频、调幅、调相功能。关键词：开关功率放大器；可编程；三相四桥臂逆变器 A Flexible and Programmable Three Phase Switching Power AmplifierSONG Dong- liang, LU Zheng- yu, WANG You- sheng Abstract:The principle of three-phase

3、 four-leg switching power amplifier and its application in relay protection test are introduced. This topology realizes the decoupling of each phase by the fourth leg to handle the neutral current. Experiment results show the structure of the circuit is simple,the amplitude, frequency and phase of e

4、ach output can be regulated easily. Keywords:Switching power amplifier; Programmable; Three-phase four-leg inverter 1  引言    电力电子技术的发展，尤其是逆变技术和高速全控型的功率开关器件（IGBT、MOSFET）的发展，使得采用电力电子技术构成的开关功率放大器在仪器仪表校验、电量变送器校验、继电保护测试中的应用成为可能。开关功率放大器具有高效、可靠、功率大、易数字控制、任意波形发生等功能。三相四桥臂开关功率放大器

5、由于引入了第四桥臂，从而形成三个独立的全桥电路，因而能够实现三相输出的独立调整。本文提出的第四桥臂采用固定开关频率、固定占空比的控制方法，简化了控制电路，同时也提高了系统的可靠性。    微机型继电保护测试装置由于体积小、重量轻、测试方便可靠、便携等优势逐渐取代了模拟式的继电保护装置。其主体由数字波形发生器、功率放大器、反馈检测电路、通讯端口等组成。精密三相测试电源则是继电保护装置的主体，功率放大电路传统上采用线性功率放大电路，但其效率低、体积大而笨重。继电保护测试装置中主要有三相电流源和三相电压源，它们均要求能够独立地调整输出电压和电流的幅值、相位、频率，对电流

6、源还要求三相能够合并输出大电流。采用三相四桥臂的开关功率放大器能够方便地实现三相电源的各种功能，如谐波叠加、移相、各类故障模拟等。2  开关功率放大器的原理    三相电压、电流源由三相四桥臂的逆变器构成，其主电路结构如图1所示。通常对三相不对称负载中线流过的电流采用电容器串联构成中点，这样做只能解决比较轻的不对称负载，对于严重不对称的负载（如三相同相），则由于电容器的容量需要选得非常大而不切实际。三相四桥臂逆变器通过引入第四桥臂来实现对中线电流的调节，使得电路变成了三个完全独立 的 单 相 逆 变 器 。 因 此 ， 第 四 桥 臂 的 控 制 成 为

7、 关 键 ， 通 常 对 第 四 桥 臂 的 控 制 方 法 都 比 较 复 杂13， 本 文 对 第 四 桥 臂 的 控 制 采 用 固 定 占 空 比 的 控 制 方 法 。 以 其 中 一 相 为 例 来 说 明 开 关 功 率 放 大 器 的 工 作 原 理 。图1  三 相 四 桥 臂 逆 变 器 主 电 路 拓 扑    当逆变电路一桥臂以SPWM（正弦波脉宽调制）方式工作，而另一桥臂以固定的50占空比工作时，与一般的单相双极型和单极型逆变器相比，这种方式工作下的逆变器在一个开关周期内有三个电平输出状态，而不是两个（参见图2）。假设开关频率远

8、大于调制波的频率，则可认为在一个开关周期内输出电压的幅值基本不变。这样在一个开关周期内，电路经历了四个工作状态。电路工作状态分析如下：(a)  双 极 型SPWM输 出 波 形(b)  单 极 型SPWM输 出 波 形(c)  三 相 四 桥 臂 一 相 输 出 波 形图2  几 种 逆 变 电 路 输 出 电 压 比 较    状态1t0t1    S3、S2开通，电感上的电流增加，此时由电源向负载提供能量。此时电路满足EdcVo=LdiL/dt。    状态2t1t2    S2关断，D1导通，此时负载电流通过S3、D1进行续流。此时满足Vo=LdiL/dt    状态3t2t3    S3关断，S4开通，由于负载电流方向没有变，所以S4的反并二极管D4导通，负载向电源侧回馈能量。此时有VoEdc=LdiL/dt。    状态4t3t0    S1关断，S2导通负载继续处于续流状态，等待下一个开关周期。此时电路满足Vo=LdiL/dt。