三相电压型逆变器课程设计
三相电压型逆变器
一．电力电子器件的发展：
1.概述：
1957年可控硅(晶闸管)的问世，为半导体器件应用于强电领域的自动控制迈出了重要的一步，电力电子开始登上现代电气传动技术舞台，这标志着电力电子技术的诞生。20世纪60年代初已开始使用电力电子这个名词，进入70年代晶闸管开始派生各种系列产品，普通晶闸管由于其不能自关断的特点，属于半控型器件，被称作第一代电力电子器件。随着理论研究和工艺水平的不断提高，以门极可关断晶闸管（GTO）、电力双极性晶体管（BJT）和电力场效应晶体管（Power-MOSFET）为代表的全控型器件迅速发展，被称作第二代电力电子器件。80年代后期，以绝缘栅极双极型晶体管（IGBT）为代表的复合型第三代电力电子器件异军突起，而进入90年代电力电子器件开始朝着智能化、功率集成化发展，这代表了电力电子技术发展的一个重要方向
电子技术被认为是现代科技发展的主力军，电力电子就是电力电子学，又称功率电子学，是利用电子技术对电力机械或电力装置进行系统控制的一门技术性学科，主要研究电力的处理和变换，服务于电能的产生、输送、变换和控制。（电力电子的发展动向）电力电子技术包括功率半导体器件与IC 技术、功率变换技术及控制技术等几个方面，其中电力电子器件是电力电子技术的重要基础，也是电力电子技术发展的“龙头”。电力电子器件(Power Electronic Device)又称为功率半导体器件，用于电能变换和电能控创电路中
的大功率(通常指电流为数十至数千安，电压为数百伏以上)电子器件。广义上电力电子器件可分为电真空器件(Electron Device)和半导体器件(Semiconductor Device)两类。
2.发展：
A.整流管：
整流管是电力电子器件中结构最简单、应用最广泛的一种器件。目前主要有普通整流管、快恢复整流管和肖特基整流管三种类型。电力整流管在改善各种电力电子电路的性能、降低电路损耗和提高电源使用效率等方面发挥着非常重要的作用。目前，人们已通过新颖结构的设计和大规模集成电路制作工艺的运用，研制出集PIN整流管和肖特基整流管的优点于一体的具有MPS、SPEED和SSD等结构的新型高压快恢复整流管。它们的通态压降为IV 左右，反向恢复时间为PIN整流管的1/2，反向恢复峰值电流为PIN整流管的1/3。
B.晶闸管：
自1957年美国通用电气公司GE研制出第一个晶闸管开始，其结构的改进和工艺的改革，为新器件开发研制奠定了基础，其后派生出各种系列产品。1964年，GE公司成功开发双向晶闸管，将其应用于调光和马达控制；1965年，小功率光触发晶闸管问世，为其后出现的光耦合器打下了基础；60年代后期，出现了大功率逆变晶闸管，成为当时逆变电路的基本元件；逆导晶闸管和非对称晶闸管于1974年研制完成。
C.门极可关断晶闸管：
GTO可达到晶闸管相同水平的电压、电流等级，工作频率也可扩展到
1kHz。1964年，美国第一次试制成功了0.5kV/10A的GTO。自70年代中期开始，GTO的研制取得突破，相继出世了1300V/600A、25OOV/I000A、4500V/2400A的产品，目前已达到9kV/25kA/0.8kHz及6 kV/6kA/1kHz的水平。GTO包括对称、非对称和逆导三种类型。非对称GTO相对于对称GTO，具有通态压降小、抗浪涌电流能力强、易于提高耐压能力(3000v以上)的特点。逆导型GTO，由于是在同一芯片上将GTO与整流二极管反并联制成的集成器件，因此不能承受反向电压，主要用于中等容量的牵引驱动中。在当前各种自关断器件中，GTO容量最大，工作频率最低，通态压降大、/dvdt 及/didt耐量低，需要庞大的吸收电路。但其在大功率电力牵引驱动中有明显的优势，因此它在中高压领域中必将占有一席之地。
D.大功率晶体管：
GTR是一种电流控制的双极双结电力电子器件，20世纪70年代中期，双极性晶体管(BJT)扩展到高功率领域，产生大功率晶体管(GTR)，它由基极(B)电流bi的正、负控制集电极(C)和发射极(E)的通、断，也属全控型器件。由于能承受上千伏电压，具有大的电流密度和低的通态压降，曾经风靡一时，在20世纪七八十年代成为逆交器、变频器等电力电子装置的主导功率开关器件，开关频率可达5kHz。但是GTR存在许多不足:①对驱动电流波形有一定要求，驱动电路较复杂；②存在局部热点引起的二次击穿现象，安全工作区(SOA)小；③通态损耗和关断时存储时间(st)存在矛盾，要前者小必须工作于深饱和，而如深饱和，st便长，既影响开关频率，又增加关断损耗大;④承受/dvdt及/didt能力低;⑤单管电流放大倍数小，为增加放大倍数，联成达林顿电路又使管压降增加等等，而为改善性能(抑制/dvdt及/didt，改变感性负
载时的动态负载线使在SOA，减小动态损耗)，运用时必须加缓冲电路。目前的器件水平约为：1800V/800A，2kHz；1400V/600A，2kHz；600V/3A，100kHz。
E.功率MOSFET:
功率MOSFET是一种电压控制型单极晶体管，它是通过栅极电压来控制漏极电流的，因而它的一个显著特点是驱动电路简单、驱动功率小；仅由多数载流子导电，无少子存储效应，高频特性好，工作频率高达100kHz以上，为所有电力电子器件中频率之最，因而最适合应用于开关电源、高频感应加热等高频场合；没有二次击穿问题，安全工作区广，耐破坏性强。功率MOSFET的缺点是电流容量小、耐压低、通态压降大，不适宜运用于大功率装置。顺便强调一下，由于MOSFET管阻与电压成比例，它在要求低压(3．3~1V)电源的电脑和通信等领域则可大显身手，目前MOSFET的导通电阻可减小至6~10m?，主要用于高频开关电源的同步电流。
F.绝缘栅双极晶体管（IGBT）
20世纪80年代绝缘栅双极晶体管是一种复合型器件，综合了少子器件(G T O、G T R)和多子器件(MOSFET)各自的优良特性，既有输入阻抗高，开关速度快，驱动电路简单的优点，又有输出电流密度大，通态压降下，电压耐量高的长处。IGBT可视为双极型大功率晶体管与功率场效应晶体管的复合。通过施加正向门极电压形成沟道、提供晶体管基极电流使IGBT导通；反之，若提供反向门极电压则可消除沟道、使IGBT因流过反向门极电流而关断。IGBT集GTR通态压降小、载流密度大、耐压高和功率MOSFET驱动功率小、开关速度快、输入阻抗高、热稳定性好的优点于一身，因此备受人
们青睐。它的研制成功为提高电力电子装置的性能，特别是为逆变器的小型化、高效化、低噪化提供了有利条件。比较而言，IGBT的开关速度低于功率MOSFET，却明显高于GTR；IGBT的通态压降同GTR相近，但比功率MOSFET 低得多；IGBT的电流、电压等级与GTR接近，而比功率MOSFET高。由于IGBT具有上述特点，在中等功率容量(600V以上)的UPS、开关电源及交流电机控制用PWM逆变器中，IGBT已逐步替代GTR成为核心元件。IGBT早已做到1800V/800A，10kHz;1200V/600A，20kHz的商品化，600V/100A的硬开关工作频率可达150kHz。高压IGBT已有3300V/1200A和4500V/900A的器件。由于IGBT的综合优良性能，事实上已取代了GTR，现在成为中、小功率逆变器、变频器等成为了电力电子装置的主流器件。目前，已经研制出的高功率沟槽栅结构IGBT(Trench IGBT)模块是高耐压大电流IGBT通常采用的结构，它避免了大电流IGBT模块部大量的电极引线，提高了可靠性和减少了引线电感.其缺点是芯片面积利用率下降.所以这种平板结构的高压大电流IGBT模块将在高压、大功率变流器中获得广泛应用。
3.软开关与硬开关：
硬开关：
1.开关损耗大。开通时，开关器件的电流上升和电压下降同时进行；关断时，电压上升和电流下降同时进行。电压、电流波形的交叠产生了开关损耗，该损耗随开关频率的提高而急速增加。
2.感性关断电尖峰大。当器件关断时，电路的感性元件感应出尖峰电压，开关频率愈高，关断愈快，该感应电压愈高。此电压加在开关器件两端，易造成器件击穿。
3.容性开通电流尖峰大。当开关器件在很高的电压下开通时，储存在开关器件结电容中的能量将以电流形式全部耗散在该器件。频率愈高，开通电流尖峰愈大，从而引起器件过热损坏。另外，二极管由导通变为截止时存在反向恢复期，开关管在此期间的开通动作，易产生很大的冲击电流。频率愈高，该冲击电流愈大，对器件的安全运行造成危害。
4.电磁干扰严重。随着频率提高，电路中的di/dt和dv/dt增大，从而导致电磁干扰（EMI）增大，影响整流器和周围电子设备的工作。
软开关：
上述问题严重阻碍了开关器件工作频率的提高。近年来开展的软开关技术研究为克服上述缺陷提供了一条有效的途径。和硬开关工作不同，理想的软关断过程是电流先降到零，电压在缓慢上升到断态值，所以关断损耗近似为零。由于器件关断前电流已下降到零，解决了感性关断问题。理想的软开通过程是电压先降到零，电流在缓慢上升到通态值，所以开通损耗近似为零，器件结电容的电压亦为零，解决了容性开通问题。同时，开通时，二极管反向恢复过程已经结束，因此二极管方向恢复问题不存在。
4.应用与展望：
电力电子应用领域十分广泛，用电领域中的电力电子技术有电动机的优化运行、高能量密度的电源应用；信息领域中电力电子技术为信息技术提供先进的电源和运动控制系统，日益成为信息产品中不可缺少的一部分；发电领域中的电力电子技术有发电机的直流励磁、水轮发电机的变频励磁、环保型能源发电；储能领域中的电力电子技术有蓄电池与电容器组储能、抽水储能
发电、超导线圈的磁场储能；输电领域中的电力电子技术有动态无功功率补偿（SVC）技术、高压直流输电（HVDCT）技术、消除谐波改善电网供电品质等。近年来，电力电子的环境及产业都有了很大的变化。整体而言，电力电子技术的发展在许多应用领域上获得了认同。然而，任何器件的发展，总是决定于两个因数，一是应用的需要，一是器件本身在理论上和工艺上的突破。电力电子器件的发展也是这样，它大致有如下几个方面：
A.现有器件扩大容量提高性能。例如GTO，采用大直径均匀技术和全压接式结构，通过电子寿命控制，折衷通态电压和关断损耗二者之间矛盾，可望开发出12kV/10kA的器件。例如IGBT，探索部功率引线尽量由超声压焊或改压接式结构，以进一步提高工作可靠性。
B.开发新的器件。一是根据器件本身的特点提出。例如MOS门控晶闸管(MCT)，虽经十几年的研制，由于结构、工艺复杂，合格率低，成本高，没有达到期望的4.5kV/2kA的水平而暂被搁置，但有望具有MOS管优良的开关特性和晶闸管非常低的通态压降，并易于得到高的耐压，仍可能继续研制。
C.是为了满足一些新的应用需要。例如为适用于传递极强的峰值功率(数兆瓦)、极短的持续时间(数百纳秒)的放电闭合开关应用场合，如激光器、高强度照明、放电点火、电磁发射器和雷达调制器需要，提出一种脉冲功率闭合开关晶闸管(PPCST)，它能在数千伏的高压下快速开通，不需要放电电极，具有很长的使用寿命，体积小，价格较低，可望取代目前尚在应用的高压离子闸流管、引燃管，火花间隙开关或真空开关等。
D.走集成化之路。经历标准模块、智能模块，现在又发展到用户专用功
率模块(ASPM)阶段。ASPM是把一台(套)电力电子装置(系统)的所有硬件尽量以芯片形式封装在一个模块。这样，装置(或系统)的体积达到最小，所有引线减至最少，寄生电感、电容降到最低，可靠性大为提高。它将有助于实现电能变换和信息处理的集成化和高频化。
E.寻找新材料。至今，许多实用的电力电子器件均是由硅材料制成的，
它们已发展得相当成熟。为了进一步实现对理想功率器件特性的追求，人们逐渐转向对新型半导体材料制作新型半导体功率器件的探求，近年来还出现了很多性能优良的新型化合物半导体材料，如砷化镓(GaAs)、碳化硅(SiC)、磷化铟(InP)及锗化硅(SiGe)等。由它们作为基础材料制成的电力电子器件正不断涌现。
二．逆变器简述：
1.逆变器概述及其工作原理：
逆变器（inverter）是把直流电能（电池、蓄电瓶）转变成交流电（一般为220v50HZ正弦或方波）。通俗的讲，逆变器是一种将直流电（DC）转化为交流电（AC）的装置。它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成。广泛适用于空调、家庭影院、电动砂轮、电动工具、缝纫机、DVD、VCD、电脑、电视、洗衣机、抽油烟机、冰箱，录像机、按摩器、风扇、照明等。
简单逆变器的工作原理如下所述。通过一个震荡芯片，或者特定的电路，控制着震荡信号输出，比如输出50HZ信号，然后这个信号通过放大，推动MOS管[场效应管或晶体闸管]不断开关，这样直流电输入之后，经过这个MOS管的开关动作，就形成一定的交流特性，经过修正电路修正，就可以
得到类似电网上的那种正弦波交流，然后送入一个变压器，这个变压器就是工频变压器，他是220V to 24V的变压器，即输入220V的话输出就是24V，输入24V输出则为220V，其实就是一般的24V变压器。然后变压器输出，输出后再送到稳压电路，保护电路，送给负载使用。
2.逆变器发展历史：
从20世纪后期19世纪通过的中间，直流到交流电源转换为完成使用旋转转换器或电动发电机组（镁套）。在20世纪初真空管和充气管开始被用于逆变器的开关电路研究。所用的管型最广泛的是闸流管。
从上世纪90年代初到目前为止，风行于国市场的家用逆变电源，经历了多次改变。最初的逆变电源为自激推挽饱和式变换器，两只推挽开关管靠变压器的磁饱和，或开关管的相对饱和进行换向。此类原始的饱和式变换器电路，效率低，损耗大，且因开关管的截止时间延迟，产生两管共态导通几乎是必然的，因而可靠性极差。其后，某些小生产厂又生产采用分立件组装，由多谐振荡器驱动的它激式逆变电源。它激式变换器开关管靠驱动脉冲控制换向，“饱和”形成的损耗有所降低，但共态导通现象仍未得到有效抑制，击穿开关管仍难以避免。上述两类逆变电源均利用DC/AC变换器的基本电路，产生波形接近矩形波的交变电压输出。
目前的逆变器如果直观其电路结构，无一例外地采用开关电源专用双端驱动IC组成它激式逆变电路。此类驱动集成电路都具有几乎相同的功能方框图，只是具体组成有差别。由于设计用于大功率开关电源驱动器，IC部除设有两路时序不同的驱动输出外，还有死区时间设定电路，PWM稳压电路
和开关电流控制电路，由其组成逆变电源，不仅效率、可靠性大为提高，功能也更为完善。
大功率变换器（包括逆变器）的电路结构无一例外采用推挽、半桥或桥式开关电路。用于中、小功率DC/AC逆变DC供电为蓄电池，显然，采用串联供电的半桥式或桥式电路是不适宜的。一般采用饱和压降较小的锗大功率管作推挽开关(例如常见UPS电源中的MJ11033)，在12V~24V供电下求得较高的效率。如果说自激式变换器属第一代产品，那么，第二代产品应属它激驱动‘的双极型开关管变换器（原有UPS大多为这种电路）。第二代产品效率、可靠性远高过第一代产品，但也存在着固有的弱点。为了将12V直流变成220V交变电压，且同时得到一定的输出功率，首先开关管的电流必须足够大。例如Aixcom生产的变换器，输出功率为200W时，要求开关管BVceo 为40V．lcm≥40A。如按第二代产品的方式采用双极型开关管时，由于大功率管HFE极少超过20，要求其基极驱动电流必须在2A以上，以致驱动IC 的输出需经过至少三级放大，才能满足需要（例如UPS600中，由中功率管8050、大功率管TIP41C作驱动放大器，驱动4只MJ4502)，显然使电路复杂化，调试也极困难。
在此基础上出现了第三代交换器，而此类产品正以极快的速度普及于变换器、开关电源中。Aixcom公司开发的汽车逆变器，可认为是此类产品的典型应用。第三代开关变换器基于MOSFET管的电压控制特性进行工作，理论上说这种加强型绝缘栅场效应管无需驱动功率，因此不存在驱动电流的多次放大，驱动IC只要使MOS绝缘栅充电过程中输出一定的脉冲幅度，即可使开关管导通，然而其栅极并不消耗功率。开关管导通后，绝缘栅形成的电
容又在脉冲下降为低电平时通过驱动IC放大形成灌电流。如此一来，不仅变换器的电路极为简单，而且MOSFET管有电流自动分配功能，可以并联运用而无需加入均流电阻。
三．电压型逆变器：
TI~S6采用GTO、GTR、IGBT、MOSFET等自关断器件，D1~D6是与S1~S6反并联的二极管，其作用是为感性负载提供续流回路。图中L和R为负载相电感和相电阻。电路中当控制信号为三相互差120 °的方波信号时，可以控制每个开关导通180 °（180 °导电型）或120 °（120 °导电型）。相邻两个功率元件的导通时间互差60 °
三相电压源型方波逆变器驱动波形
四．交流逆变器：
首先是将交流电变为直流电。然后用电子元件对直流电进行开关。变为交流电。一般功率较大的变频器用可控硅，并设一个可调频率的装置，使频率在一定围可调，用来控制电机的转数，使转数在一定的围可调。变频器广泛用于交流电机的调速中，变频调速技术是现代电力传动技术重要发展的方向，随着电力电子技术的发展，交流变频技术从理论到实际逐渐走向成熟。
变频器不仅调速平滑，围大，效率高，启动电流小，运行平稳，而且节能效果明显。因此，交流变频调速已逐渐取代了过去的传统滑差调速、变极调速、直流调速等调速系统，越来越广泛的应用于冶金、纺织、印染、烟机生产线及楼宇、供水等领域。一般分为整流电路、平波电路、控制电路、逆变电路等几大部分。
1. 整流电路
整流电路的功能是把交流电源转换成直流电源。整流电路一般都是单独
的一块整流模块.
2. 平波电路
平波电路在整流器、整流后的直流电压中含有电源6倍频率脉动电压，此外逆变器产生的脉动电流也使直流电压变动，为了抑制电压波动采用电感和电容吸收脉动电压(电流)，一般通用变频器电源的直流部分对主电路而言有余量，故省去电感而采用简单电容滤波平波电路。
3. 控制电路
现在变频调速器基本系用16位、32位单片机或DSP为控制核心，从而实现全数字化控制。
变频器是输出电压和频率可调的调速装置。提供控制信号的回路称为主控制电路，控制电路由以下电路构成:频率、电压的“运算电路”，主电路的“电压、电流检测电路”，电动机的“速度检测电路”。运算电路的控制信号送至“驱动电路”以及逆变器和电动机的“保护电路变频器采取的控制方式，即速度控制、转拒控制、PID或其它方式
4 逆变电路
逆变电路同整流电路相反，逆变电路是将直流电压变换为所要频率的交流电压，以所确定的时间使上桥、下桥的功率开关器件导通和关断。从而可以在输出端U、V、W三相上得到相位互差120°电角度的三相交流电压。
五．逆变电路：
1.无源逆变电路工作原理：
无源逆变：逆变器的交流侧不与电网联接，而是直接接到负载，即将直
流电逆变成某一频率或可变频率的交流电供给负载。它在交流电机变频调速、感应加热、不停电电源等方面应用十分广泛，是构成电力电子技术的重要容。
上图中单相桥式逆变电路工作原理：
开关T1、T4闭合，T2、T3断开：u0=Ud；
开关T1、T4断开，T2、T3闭合：u0=－Ud;
当以频率fS交替切换开关T1、T4和T2、T3时，则在电阻R上获得如图4.2.4(b)所示的交变电压波形，其周期Ts=1/fS，这样，就将直流电压E变成了交流电压uo。uo含有各次谐波，如果想得到正弦波电压，则可通过滤波器滤波获得。
图4.2.1(a)中主电路开关T1~T4，它实际是各种半导体开关器件的一种理想模型。逆变电路中常用的开关器件有快速晶闸管、可关断晶闸管（GTO）、功率晶体管（GTR）、功率场效应晶体管（MOSFET）、绝缘栅晶体管（IGBT）。
2.电压型半桥逆变电路：
电压型逆变电路半桥逆变电路结构及波形：
它由两个导电臂构成，每个导电臂由一个全控器件和一个反并联二极管组成。在直流侧接有两个相互串联的足够大的电容C1和C2，且满足C1=C2。
设感性负载连接在A、0两点间。
T1和T2之间存在死区时间，以避免上、下直通，在死区时间两晶闸管均无驱动信号。
电压型半桥逆变电路
在一个周期，电力晶体管T1和T2的基极信号各有半周正偏，半周反偏，且互补。若负载为阻感负载，设t2时刻以前，T1有驱动信号导通，T2截止，则u0=Ud/2。t2时刻关断的T1，同时给T2发出导通信号。由于感性负载中的电流i。不能立即改变方向，于是D2导通续流，u0=－Ud /2。t3时刻i。降至零，D2截止，T2导通，i。开始反向增大，此时仍然有u0=－Ud /2。在t4时刻关断T2，同时给T1发出导通信号，由于感性负载中的电流i。不能立即改变方向，D1先导通续流，此时仍然有u0=Ud /2 ；t5时刻i。降至零，T1导通，u0=Ud/2
电压型半桥逆变电路波形
3. 电压型单相全桥逆变电路：
·电路工作过程：全控型开关器件T1和T4构成一对桥臂，T2和T3构成一对桥臂,T1和T4同时通、断；T2和T3同时通、断。T1(T)4与T2(T3)的驱动信号互补，即T1和T4有驱动信号时，T2和T3无驱动信号，反之亦然，两对桥臂各交替导通180°。
·纯电阻负载时：
输出方波电压瞬时值：
输出方波电压有效值：
基波分量有效值：
同单相半桥逆变电路相比，在相同负载的情况下，其输出电压和输出电流的幅值为单相半桥逆变电路的两倍。
电压型单相全桥逆变电路图
电压型单相全桥逆变电路电压、电流波形图
六．电压型三相逆变电路：
1.工作过程：
电压型三相桥式逆变电路的基本工作方式为180°导电型，即每个桥臂的导电角为180°，同一相上下桥臂交替导电的纵向换流方式，各相开始导电的时间依次相差120°。
在一个周期，6个开关管触发导通的次序为T1→T2→T3→T4→T5→T6 ，依次相隔60°，任一时刻均有三个管子同时导通，导通的组合顺序为T1T2T3，T2T3T4，T3T4T5，T4T5T6，T5T6T1，T6T1T2，每种组合工作60°。
电压型三相桥式逆变电路
2.驱动电路：
由于三相桥式电压型逆变电路中采用的IJBT管，它在使用的时候需要驱动电路，才能使IGBT管子正常地开通和关断。
IGBT的驱动电路必须具备2个功能：一是实现控制电路与被驱动IGBT 栅极的电隔离；二是提供合适的栅极驱动脉冲。实现电隔离可采用脉冲变压器、微分变压器及光电耦合器。
根据设计要求，采用芯片M57962L及其附件组成的驱动电路，其电路图如图所示：
三相桥式电压型逆变驱动电路
3.保护电路：
·过电流保护电路
电力电子电路运行不正常或者发生故障时，可能会发生过电流。过电流分为过载和短路两种情况。通常采用的保护措施有：快速熔断器、直流快速断路器和过电流继电器。一般电力电子装置均同时采用集中过流保护措施，以提高保护的可靠性和合理性。
综合本次设计电路的特点，采用快速熔断器，即给晶闸管串联一个保险丝实施电流保护。如图电流保护电路所示。对于所选的保险丝，遵从t2I 值小于晶闸管的允许t2I值。
逆变器的基础知识
逆变器的基础知识 一、逆变器种类的划分 主要分两类，一类是正弦波逆变器，另一类是方波逆变器。正弦波逆变器输出的是同我们日常使用的电网一样甚至更好的正弦波交流电，因为它不存在电网中的电磁污染。方波逆变器输出的则是质量较差的方波交流电，其正向最大值到负向最大值几乎在同时产生，这样，对负载和逆变器本身造成剧烈的不稳定影响。 同时，其负载能力差，仅为额定负载的40－60％，不能带感性负载（详细解释见下条）。如所带的负载过大，方波电流中包含的三次谐波成分将使流入负载中的容性电流增大，严重时会损坏负载的电源滤波电容。 针对上述缺点，近年来出现了准正弦波（或称改良正弦波、修正正弦波、模拟正弦波等等）逆变器，其输出波形从正向最大值到负向最大值之间有一个时间间隔，使用效果有所改善，但准正弦波的波形仍然是由折线组成，属于方波范畴，连续性不好。 总括来说，正弦波逆变器提供高质量的交流电，能够带动任何种类的负载，但技术要求和成本均高。准正弦波逆变器可以满足我们大部分的用电需求，效率高，噪音小，售价适中，因而成为市场中的主流产品。方波逆变器的制作采用简易的多谐振荡器，其技术属于50年代的水平，将逐渐退出市场。 二、何为感性负载 通俗地说，即应用电磁感应原理制作的大功率电器产品，如电动机、压缩机、继电器、日光灯等等。这类产品在启动时需要一个比维持正常运转所需电流大得多（大约在3-7倍）的启动电流。 例如，一台在正常运转时耗电150瓦左右的电冰箱，其启动功率可高达1000瓦以上。此外，由于感性负载在接通电源或者断开电源的一瞬间，会产生反电动势电压，这种电压的峰值远远大于逆变器所能承受的电压值，很容易引起逆变器的瞬时超载，影响逆变器的使用寿命。因此，这类电器对供电波形的要求较高。 三、准正弦波逆变器可以用于哪些电器 准正弦波也分为若干种，从与方波相差无几的方形波到比较接近正弦波的圆角梯形波。 我们这里仅讨论方形波，这也是目前大部分市售高频逆变器能够提供的波形。这类准正弦波逆变器可应用于笔记本电脑、电视机、组合式音响、摄像机、数码相机、打印机、各种充电器、掌电上脑、游戏机、影碟机、移动DVD、家用治疗仪等等，输出功率较大的逆变器还可以应用于小型电热器具如电吹风机、电热杯、厨房电器等等。 但对感性负载类电器如电冰箱、电钻等则不宜长时间使用准正弦波逆变器供电。否则，将可能对逆变器和相关电器产品造成损坏或缩短预期使用寿命。如果一定要使用感性负载，建议选用储备功率较大的准正弦波逆变器。
电源逆变器工作原理
电源逆变器工作原理直流至直流切换式转换器典型直流至直流转换器系统的构造如图1所示，其输入通常为由线电压整流而得到非调节直流电压，然后再利用切换式直流至直流转换器将此变动的直流电压转换成一调节的直流电压。图1 直流至直流切换式转换器典型直流至直流转换器系统的构造1．降压式(step-downbuck)转换器。2．升压式(step-upboost)转换器。3．升降压式(step-down/step-u 电源逆变器工作原理 直流至直流切换式转换器典型直流至直流转换器系统的构造如图1所示，其输入通常为由线电压整流而得到非调节直流电压，然后再利用切换式直流至直流转换器将此变动的直流电压转换成一调节的直流电压。 图1 直流至直流切换式转换器典型直流至直流转换器系统的构造 1．降压式(step-downbuck)转换器。 2．升压式(step-upboost)转换器。 3．升降压式(step-down/step-upbuck-boost)转换器。 4．全桥式转换器。 上述四种转换器中，只有降压式及升压式是最基本的转换器电路结构，升降压式转换器是此二基本转换器的结合，而全桥式转换器则是由降压式转换器衍生而来。
直流至直流转换器的控制直流至直流转换器的作用即是在输入电压与输出负载变动的情况下能够调节输出电压为所设定的位准。电压位准转换之原理可以图2(a)所示之简单电路来说明，由开关导通与截止可得图2(b)之波形，其中输出电压Vo平均值大小Vo与开关之导通及截止时间(ton及toff)有关。平均输出电压大小调整之最典型的方式是采用脉波宽度调变法(Pulse-WidthModulation，PWM)，其切换周期Ts(=ton+toff)为固定，由调整导通时间之大小来改变平均输出电压之大小Vo。 A B 图2 脉波宽度调变切换控制的方块图如图3(a)所示，开关之切换控制信号由控制讯号Vcontrol与周期为Ts之锯齿波Vst比较而得，控制信号则由Vo之实际值与设定值之误差放大而得。Vcontrol与Vst比较所得之切换控制信号的波形如图3(b)所示。当控制讯号Vst 较大时，则为高准位信号，即使开关导通，反之为低准位信号即使开关截止，故开关之切换周期亦为Ts，由以上的原理可知，开关切换之责任周期(DutyRatio)为
逆变器的基本知识
浅谈光伏发电系统用逆变器的基本知识 逆变器的概念 通常，把将交流电能变换成直流电能的过程称为整流，把完成整流功能的电路称为整流电路，把实现整流过程的装置称为整流设备或整流器。与之相对应，把将直流电能变换成交流电能的过程称为逆变，把完成逆变功能的电路称为逆变电路，把实现逆变过程的装置称为逆变设备或逆变器。 现代逆变技术是研究逆变电路理论和应用的一门科学技术。它是建立在工业电子技术、半导体器件技术、现代控制技术、现代电力电子技术、半导体变流技术、脉宽调制（ＰＷＭ）技术等学科基础之上的一门实用技术。它主要包括半导体功率集成器件及其应用、逆变电路和逆变控制技术３大部分。 逆变器的分类 逆变器的种类很多，可按照不同的方法进行分类。 １．按逆变器输出交流电能的频率分，可分为工频逆变器、中频逆器和高频逆变器。工频逆变器的频率为５０～６０Ｈｚ的逆变器；中频逆变器的频率一般为４００Ｈｚ到十几ｋＨｚ；高频逆变器的频率一般为十几ｋＨｚ到ＭＨｚ。 ２．按逆变器输出的相数分，可分为单相逆变器、三相逆变器和多相逆变器。３．按照逆变器输出电能的去向分，可分为有源逆变器和无源逆变器。凡将逆变器输出的电能向工业电网输送的逆变器，称为有源逆变器；凡将逆变器输出的电能输向某种用电负载的逆变器称为无源逆变器。 ４．按逆变器主电路的形式分，可分为单端式逆变器，推挽式逆变器、半桥式逆变器和全桥式逆变器。 ５．按逆变器主开关器件的类型分，可分为晶闸管逆变器、晶体管逆变器、场效应逆变器和绝缘栅双极晶体管（ＩＧＢＴ）逆变器等。又可将其归纳为“半控型”逆
变器和“全控制”逆变器两大类。前者，不具备自关断能力，元器件在导通后即失去控制作用，故称之为“半控型”普通晶闸管即属于这一类；后者，则具有自关断能力，即无器件的导通和关断均可由控制极加以控制，故称之为“全控型”，电力场效应晶体管和绝缘栅双权晶体管（ＩＧＢＴ）等均属于这一类。 ６．按直流电源分，可分为电压源型逆变器（ＶＳＩ）和电流源型逆变器（ＣＳＩ）。前者，直流电压近于恒定，输出电压为交变方波；后者，直流电流近于恒定，输也电流为交变方波。 ７．按逆变器输出电压或电流的波形分，可分为正弦波输出逆变器和非正弦波输出逆变器。 ８．按逆变器控制方式分，可分为调频式（ＰＦＭ）逆变器和调脉宽式（ＰＷＭ）逆变器。 ９．按逆变器开关电路工作方式分，可分为谐振式逆变器，定频硬开关式逆变器和定频软开关式逆变器。 １０．按逆变器换流方式分，可分为负载换流式逆变器和自换流式逆变器。 逆变器的基本结构 逆变器的直接功能是将直流电能变换成为交流电能 逆变装置的核心，是逆变开关电路，简称为逆变电路。 该电路通过电力电子开关的导通与关断，来完成逆变的功能。电力电子开关器件的通断，需要一定的驱动脉冲，这些脉冲可能通过改变一个电压信号来调节。产生和调节脉冲的电路。通常称为控制电路或控制回路。逆变装置的基本结构，除上述的逆变电路和控制电路外，还有保护电路、输出电路、输入电路、输出电路等，如图２所示。 逆变器的工作原理。
逆变器常见故障及处理方法
逆变器常见故障及处理方法在采用DC600V供电系统的旅客列车上每节车厢都设置一台三相逆变器将机车供给的DC600V的直流电逆变为380V/50HZ三相交流电给客车空调以及其它一些三相用电设备供电。 逆变器设两台互为独立的热备逆变器单元（硬卧车、行李车为一台无热备），逆变器容量：2*35KV A逆变器+隔离变压器（高寒车及餐车为15KV A、非高寒车为5KV A），当某一台逆变器发生故障造成停止输出时，另一台逆变器可通过转换向两路负载供电，以确保客车用电设备的正常工作。 一、逆变器的操作要求： 为了确保逆变器的可靠工作，必须按照逆变器的操作规程进行操作。上电的时候，先给110V控制电然后再给600V 的大电；断电的时候先断600V的大电，再断110V控制电，即遵行先弱电、后强电，先轻载，再重载的操作原则。为了确保检修人员和设备的安全，逆变器的检修必须在断电五分钟后进行。 一、逆变器常见故障的处理 1.正常工作时，逆变器报代码为“OO”，输入欠压时报 “O2”，除此之外，出现其它代码均为故障状态。 2.如果逆变器报“O5”，断开负载，看能否正常工作，如 正常，检查负载是否有问题，如仍有“O5”故障，则
更换驱动板或控制板，如仍有问题，更换输出电流传感器LT208。如减载后两路都报“O5”故障，是负载有问题，检查负载。 3.如果逆变器报“O7”，空载情况下，如果复位后能重启， 检查负载是否有问题（短路、断路、绝缘不良）。如果不能进行重启，车上四合一电气柜显示屏直接报“O7”，打开相关逆变单元的散热器，检查IGBT是否完好，如IGBT完好，则驱动板故障，更换驱动板。 4.如果逆变器报“OC”，用万用表测量熔断器，如果坏， 更换熔断器，然后，打开对应单元的散热器，测量IGBT 是否有损坏，有损坏则进行更换，同时检查驱动板是否正常，有问题更换。 5.如果逆变器报“OE”，检查相应单元的接触器触头和触 点是否异常，检查散热器箱内左侧的电源板插头是否有松动，如果接触器触头有粘连现象，要检查散热器上的IGBT是否有问题，同时检查驱动板。如都正常，测量相应单元的固态继电器，有问题则更换相应单元箱的固态继电器。 6.如果逆变器报“FE”，打开相应散热器，检查控制板是 否工作，不工作，更换控制板。 7.另外，还有三种故障现象，表现为逆变器上传的代码为 “OO”，但仍为故障的状态：第一种为逆Ⅰ或逆Ⅱ无输
单相电压源型逆变器控制系统设计
单相电压源型逆变器控制系统设计 摘要：大量UPS系统在为许多不允许供电中断的重要用电设备提供不间断供电，研发UPS的关键便是电压源型逆变器，控制输出高质量电压波形，且带非线性负载和负载突变的情况下，仍能保持电压的稳定和高质量。本文的主要内容是研究单相电压源型逆变器，采用电压电流双环瞬时值反馈控制技术，并详细讨论了基于极点配置的双环PI控制参数的整定。同时提出单环超前滞后电压瞬时值反馈控制，并做了大量仿真研究，显示这两种控制方式都具有优越的控制性能。 关键词：双环控制；极点配置；超前滞后；电压源型逆变器 The control system design of single-phase voltage source inverter Abstract:Uninterruptible Power Supply (UPS) systems are widely used for supplying critical equipment which can’t afford utility power failure. The core of a UPS system is a inverter which Control the output voltage waveform with high quality. Even connected with nonlinear load and mutational load, it still can maintain the stability of voltage and the quality. this paper is to study the single-phase voltage source inverter, adopting the instantaneous values of voltage and current double-loop feedback control technology. The dual-loop PI control parameters setting based on pole assignment is discussed in detail. At the same time single-loop instantaneous voltage value with the lead-lag control strategy. And lots of simulation have been achieved. A inverter is the core of a UPS system. To achieve nearly sinusoidal output voltage even with nonlinear loads, many waveform correction techniques have been proposed. This dissertation focuses on the research of the instantaneous feedback technology of PWM inverters. Both control methods show excellent performance. Keywords: dual-loop control；PWM inverter；CVCF；lead-lag control strategy 1 引言 能源的紧张，让人们越来越重视能源利用的高效性。电能成为生产生活使用最直接最重要的能源，在电能的生产、传输和利用过程中，高效利用电能离不开电能变换；同时高精密设备对电能稳定性和高质量的要求，也迫切需要电力电子电能变化的迅速发展。 对于逆变电源的控制策略,可以采用重复控制、无差拍控制、滑模变结构控制或者PID控制。但是现实实际应用中，现今普遍采用的电压电流双环控制，分为电感电流内环电压外环和电容电流内环电压外环两类，由于电感电流闭环没有把负载电流包括在内，导致系统对扰动敏感，所以本文重点研究了单相逆变器电容电流内环电压外环双环控制系统特性。 2 单相全桥PWM逆变器数学模型 单相全桥PWM逆变器主电路原理图如图1所示，交流输出侧由滤波电感L与滤波电容C构成低通滤波器，r 为考虑滤波电感L 的等效串联电阻、死区效应、开关管导通压降、线路电阻等逆变器中各种阻尼因素的综合等效电阻，直流母线电压Udc，逆变器输出电压ur，流过滤波电感的电流il, 负载电压电流为u0、i0. L 图1 单相全桥PWM逆变器主电路原理图 2.1 单相逆变器连续域数学模型 将输出电压uo和电感电流il作为状态变量，ur 和i0分别为输入量和扰动量，输出电压uo为输出量，可以得到逆变器输出滤波器线性双输入、单输出状态空间模型，其在连续域下的状态方程可以表示为： 00 1 1 1 1r l l u u C u i C i r i L L L ?? ?? ?? ?? ???- ?? ??? ?? =++ ?? ??????? ?? ??? ?? ?? ?--???? ?? ?? （1）根据单相全桥PWM逆变器数学模型做出系统框
电压型逆变器与电流型逆变电路的定义及特点
比较电压型逆变器和电流型逆变器的特点 先两者都属于交-直-交变频器，由整流器和逆变器两部分组成。 由于负载一般都是感性的，它和电源之间必有无功功率传送，因此在中间的直流环节中，需要有缓冲无功功率的元件。 如果采用大电容器来缓冲无功功率，则构成电压源型变频器；如采用大电抗器来缓冲无功功率，则构成电流源型变频器。 电压型变频器和电流型变频器的区别仅在于中间直流环节滤波器的形式不同，但是这样一来，却造成两类变频器在性能上相当大的差异，主要表现列表比较如下： 电压型变频器与电流型变频器的性能比较 1、储能元件：电压型变频器——电容器；电流型——电抗器。 2、输出波形的特点：电压形电压波形为矩形波电流波形近似正弦波；电流型变频器则为电流波形为矩形波电压波形为近似正弦波 3、回路构成上的特点，电压型有反馈二极管直流电源并联大容量电容（低阻抗电压源）；电流型无反馈二极管直流电源串联大电感（高阻抗电流源）电动机四象限运转容易。
4、特性上的特点，电压型为负载短路时产生过电流，开环电动机也可能稳定运转；电流型为负载短路时能抑制过电流，电动机运转不稳定需要反馈控制 电流型逆变器采用自然换流的晶闸管作为功率开关，其直流侧电感比较昂贵，而且应用于双馈调速中，在过同步速时需要换流电路，在低转差频率的条件下性能也比较差； 高压变频器的结构特征 1.1电流型变频器变频器的直流环节采用了电感元件而得名，其优点是具有四象限运行能力，能很方便地实现电机的制动功能。缺点是需要对逆变桥进行强迫换流，装置结构复杂，调整较为困难。另外，由于电网侧采用可控硅移相整流，故输入电流谐波较大，容量大时对电网会有一定的影响。 1.2电压型变频器由于在变频器的直流环节采用了电容元件而得名，其特点是不能进行四象限运行，当负载电动机需要制动时，需要另行安装制动电路。功率较大时，输出还需要增设正弦波滤波器。 1.3高低高变频器;采用升降压的办法，将低压或通用变频器应用在中、高压环境中而得名。原理是通过降压变压器，将电网
正弦波逆变器的课程设计
目录 目录 (1) 第一章绪论 (2) 1.1 正余弦波逆变器的概念 (2) 1.2 正余弦波逆变器的发展历史 (2) 1.2.1 概述 (2) 1.2.2 正余弦波逆变器器件概述 (3) 第二章正弦波逆变器中的开关器件及其基本工作原理 (4) 2.1 可关断晶体管（GTO） (4) 2.2 电力晶体管（GTR） (5) 2.3 功率场效应晶体管（Power MOSFET） (6) 2.4 绝缘栅双极晶体管（IGBT） (7) 2.5 小结 (8) 第三章正弦波逆变器设计总体思路.... (9) 3.1 总体框架图 (9) 3.2 局部电路 (9) 3.21 电压型逆变器 (9) 3.22 电流型逆变器 (10) 3.3 正弦脉宽调制逆变器 (11) 3.31 PWM逆变电路及其工作原理 (11) 3.32 总控制电路 (13) 3.33控制局部电路 (15) 第四章SPWM逆变器的应用 (16) 4.1 SPWM逆变器的概况 (16) 4.2 SPWM逆变器的应用场合 (16) 总结 (17) 参考文献 (17)
第一章绪论 1.1正弦波逆变器的概念 所谓逆变器，是指整流器的逆向变换装置。其作用是通过半导体功率开关器件（例如GTO,GTR,功率MOSFET 和IGBT等）的开通和关断作用，把直流电能换成交流电能，它是一种电能变换装置逆变器。 特别是弦波逆变器，其主要用途是用于交流传动，静止变频和UPS电源。逆变器的负载多半是感性负载。为了提高逆变效率，存储在负载电感中的无功能量应能反馈回电源。因此要求逆变器最好是一个功率可以双向流动的变换器，即它既可以把直流电能传输到交流负载侧，也可以把交流负载中的无功电能反馈回直流电源。 1.2弦波逆变器的发展历史 1.21 概述 逆变器的原理早在1931年就在文献中提到过。1948年，美国西屋电气公司用汞弧整流器制成了3000HZ 的感应加热用逆变器。 1947年，第一只晶体管诞生，固态电力电子学随之诞生。1956年，第一只晶体管问世，这标志着电力电子学的诞生，并开始进入传统发展时代。在这个时代，逆变器继整流器之后开始发展。首先出现的是SCR电压型逆变器。1961年，B.D.Bedford提出了改进型SCR强迫换向逆变器，为SCR逆变器的发展奠定了基础。1960年以后，人们注意到改善逆变器波形的重要性，并开始进行研究。1962年，A.Kernick提出了“谐波中和消除法”，即后来常用的“多重叠加法”，这标志着正弦波逆变器的诞生。1963年，F.G.Turnbull提出了“消除特定谐波法”，为后来的优化PWM法奠定了基础，以实现特定的优化目标，如谐波最小，效率最优，转矩脉动最小等。 20世纪70年代后期，可关断晶闸管GTO、电力晶体管GTR及其模块相继实用化。80年代以来，电力电子技术与微电子技术相结合，产生了各种高频化的全控器件，并得到了迅速发展，如功率场效应管Power MOSFET、绝缘门极晶体管IGT或IGBT、静电感应晶体管SIT、静电感应晶闸管SITH、场控晶闸管
逆变器技术要求
逆变器技术要求 1、可靠性指标 逆变器设计正常持续使用寿命应≥12年； 2、外观 逆变器的前后面板、外壳及其他外露部分应具备防护涂层，具备绝缘及三防特性，涂镀层应表面平整光滑、色泽一致和牢固； 3、端口及标志 输入端口正、负极、通信端口、输出端、保护性接地端和告警指示等应有明显的标志；4、产品型号和编码 逆变器产品型号命名和编制方法应遵循YD/T 638.3的规定执行； 5、结构及规格 逆变器应采用立式机柜安装方式，应采用先进工艺制成，体积小、重量轻。 逆变器规格尺寸应不大于：长x宽x高=700(mm)*700(mm)*1200（mm）。 逆变器应能够设置可靠的安装固定装置及减振紧固装置，满足车载要求。 6、环境条件 a）环境温度：-10℃～50℃；相对湿度：≤90%（40℃±2℃）； b）贮存温度：-40℃～70℃；贮存相对湿度：≤90%（40℃±2℃）； c）大气压力：70～106kPa d）工作环境应无导电爆炸尘埃，应无腐蚀金属和破坏绝缘的气体与蒸汽，应通风良好并远离热源； 7、输入电压额定值 逆变器输入直流电压额定值：51.2V；允许变化范围：43.2V～57.6V；
8、输出电压额定值及稳定精度 交流输出电压额定值：～380VAC；稳定精度<±1%； 9、输入电流额定值 逆变器输入直流电流额定值：195.3A/10KVA；允许变化范围：173.6A～231.5A/10KVA； 10、输出频率 逆变器的输出频率变化范围应不超过额定值50Hz的±1%； 11、输出功率额定值 单机输出功率额定值为10KVA； 12、额定输出效率 当输入额定电压，负载率40%～90%时，单机转换效率应≥90%； 13、产品输出要求 同规格单机逆变器应具备高效滤波同步电路，能够并联冗余输出和管理，负载不均衡度<5%； 14、功率模块要求 宜选用IGBT功率模块的PWM逆变器，正弦波输出； 15、负载等级 在允许工作电流下，逆变器连续可靠工作时间应≥12h，在125%额定电流下，逆变器连续可靠工作时间应大于或等于5min；在150%额定电流下，逆变器连续可靠工作时间应大于或等于60s； 16、空载损耗 在输入电压为额定值，负载为零时，逆变器空载损耗应不超过额定容量的3%,并具备休眠功能； 17、保护功能
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第0章引言 本文提出了一种将重复控制与引入积分控制的极点配置相结合的混合型控制方案。其中重复控制改善系统的稳态性能，极点配置改善系统的动态特性。两种控制方式互为补充，可以同时实现高品质的动态响应和高质量的输出电压波形在电力电子装置中，以CVCF逆变器为核心的UPS得到了广泛的应用，对其输出波形主要的技术要求包括低的稳态总谐波畸变率（THD）和快速的动态响应，由于非线性负载、PWM调制过程中的死区和逆变器系统本身的弱阻尼性等因素的影响，采用一般的闭环PWM控制效果不理想。本文以PID控制模块、RSM 模块,采用重复控制反馈改善系统的稳态性能，采用引入积分控制的极点配置改善系统的动态特性，实验结果表明，本方案可以同时实现高品质的稳态和动态特性。 第1章单相逆变器的概论 1.1单项逆变器的基本原理 逆变器通俗的讲，逆变器是一种将直流电（DC）转化为交流电（AC）的装置。它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成． 单相恒压恒频率正弦波逆变器电源一般用在对电源质量要求很高的场合。总的原理是直流经振荡电路产生脉动直流（开关管间断导通关闭）或交流电再通过变压器在次极感应出所需电压的交流电。 逆变器的工作原理： 1.直流电可以通过震荡电路变为交流电 2.得到的交流电再通过线圈升压（这时得到的是方形波的交流电） 3.对得到的交流电进行整流得到正弦波 逆变分有源逆变和无源逆变，本设计中为有源逆变。 1.2 单相逆变器主电路拓扑结构 单相逆变器主电路主要有半桥式、全桥式、推挽式3种，拓扑结构如图1—1
所示。 （1）半桥电路输出端的输出的电压波形幅值仅为直流母线电压值的一半，因此，电压利用率低；但在半桥电路中，可以利用两个大电容C1、C2会补偿不对称的波形，这是半桥电路的优点所在。 （2）全桥电路和推挽电路的电压利用率是一样的，均比半桥电路的利用率大1倍。但全桥、推挽式电路都存在变压器直流不平衡的问题，需要采取措施解决。 （3）推挽电路主要优点是电压损失小，直流母线电压只有一个开关管的管压降损失；此外，两个开关管的驱动电路电源可以共用，驱动电路简单。推挽式比较适合低压输入的场合。低压输入的推挽式变压器原边绕组砸数较少，一般采用并绕方式，以增加两绕组的对称性，工艺上难度较大。 它的优点是： 结构简单，开关变压器磁芯利用率高，推挽电路工作时，两只对称的功率开关管每次只有一个导通，所以导通损耗小。 缺点是：变压器带有中心抽头，而且开关管的承受电压较高；由于变压器原边漏感的存在，功率开关管关断的瞬间，漏源极会产生较大的电压尖峰，另外输入电流的纹波较大，因而输入滤波器的体积较大。 中、大容量逆变器多采用全桥结构，它的控制方法比较灵活，主要有双极性和单极倍频两种。 对于开关器件的选择，小容量逆变器多用MOSFET，大容量正弦波输出地逆变器多用IGBT，特大容量逆变器选择GTO。
电压型逆变器
电压型逆变电路[浏览次数：约247次] ?电压型逆变电路是指由电压型直流电源供电的逆变电路。它的直流侧为电压源,或并联有大电容,相当于电压源，直流侧电压基本无脉动,直流回路呈现低阻抗。电压型 逆变电路主要应用于各种直流电源。 目录 ?电压型逆变电路种类 ?电压型逆变电路原理 ?电压型逆变电路特点 电压型逆变电路种类 ?1、单相电压型逆变电路 （1）单相半桥电压型逆变电路 优点：简单，使用器件少 缺点：交流电压幅值Ud/2，直流侧需两电容器串联，要控制两者电压均衡 （2）单相全桥电压型逆变电路，由两个半桥电路的组合，是单相逆变电路中应用最多的。 （3）带中心抽头变压器的逆变电路 2、三相电压型逆变电路 三个单相逆变电路可组合成一个三相逆变电路，应用最广的是三相桥式逆变电路。 电压型逆变电路原理 ?以三相电压型逆变电路为例：图1是一个三相电压型逆变电路的主电路。直流电源采用相控整流电路，由普通晶闸管组成。逆变电路由6个导电臂组成,每个导电臂均由具有自关断能力的全控型器件及反并联二极管组成，所以实际上也是一种全控型逆变电路。负载为感性，星形接法，在整流电路和逆变电路之间并联大电容Cd。由于Cd的作用，逆变入端电压平滑连续，直流电源具有电压源性质。
逆变电路中各全控器件控制极电压信号的时序如图2b所示。信号脉宽为180°，每隔60°有一次脉冲电平的变化，任何时刻有3个脉冲处于高电平。相应地在主电路中也有3个导电臂处于导通状态。 依此类推，可得uAO波形如图2c所示。其他两相uBO和uCO波形分别滞后于uAO120°和240°。根据uAB＝uAO－uBO，可得uAB波形如图2e所示。由图可见，逆变电路输出电压uAB、uBC和uCA是分别互差120°的交变四阶梯波。该波形不随负载而
(完整版)三相逆变器matlab仿真
三相无源逆变器的构建及其MATLAB仿真1逆变器 1.1逆变器的概念 逆变器也称逆变电源，是一种可将直流电变换为一定频率下交流电的装置。相对于整流器将交流电转换为固定电压下的直流电而言，逆变器可把直流电变换成频率、电压固定或可调的交流电，称为DC-AC变换。这是与整流相反的变换，因而称为逆变。 1.3逆变器的分类 现代逆变技术的种类很多，可以按照不同的形式进行分类。其主要的分类方式如下： 1)按逆变器输出的相数，可分为单相逆变、三相逆变和多相逆变。 2)按逆变器输出能量的去向，可分为有源逆变和无源逆变。 3)按逆变主电路的形式，可分为单端式、推挽式、半桥式和全桥式逆变。 4)……………. 2 三相逆变电路 三相逆变电路，是将直流电转换为频率相同、振幅相等、相位依次互差为120°交流电的一种逆变网络。 图 1 三相逆变电路
日常生活中使用的电源大都为单相交流电，而在工业生产中，由于诸多电力能量特殊要求的电气设备均需要使用三相交流电，例如三相电动机。随着科技的日新月异，很多设备业已小型化，许多原来工厂中使用的大型三相电气设备都被改进为体积小、耗能低且便于携带的小型设备。尽管这些设备外形发生了很大的变化，其使用的电源类型——三相交流电却始终无法被取代。在一些条件苛刻的环境下，电力的储能形式可能只有直流电，如若在这样的环境下使用三相交流电设备，就要求将直流电转变为特定要求的三相交流电以供使用。这就催生了三相逆变器的产生。 4MATLAB仿真 Matlab软件作为教学、科研和工程设计的重要方针工具，已成为首屈一指的计算机仿真平台。该软件的应用可以解决电机电器自动化领域的诸多问题。利用其中的Simulink模块可以完成对三相无源电压型SPWM逆变器的仿真，并通过仿真获取逆变器的一些特性图等数据。 图 2 系统Simulink 仿真 所示为一套利用三相逆变器进行供电的系统的Matlab仿真。系统由一个380v的直流电源供电，经过三相整流桥整流为三相交流电,并进行SPWM正弦脉宽调制。输出经过一个三相变压器隔离后通入一个三相的RLC负载模块（Three phase parallel RLC）。加入了两个电压测量单元voltage measurement和voltage measurement1，并将结果输出到示波器模块Scope1.
(整理)三相逆变器Matlab仿真.
三相无源电压型SPWM逆变器的构建及其MATLAB仿真 09 电气工程及其自动化邱迪 摘要：本文简要介绍了三相无源电压型SPWM输出的逆变器的构建和工作方式及其MATLAB 仿真。 关键词：三相逆变器正弦脉宽调制(SPWM)技术MATLAB仿真 Abstract: This paper introduces briefly the construction of 3-phase inverter which output SPWM wave and the MATLAB-based simulation. Key word:Three-phase inverter Sinusoidal Pulse Width Modulation Power electronic technology 1逆变器 1.1逆变器的概念 逆变器也称逆变电源，是一种可将直流电变换为一定频率下交流电的装置。相对于整流器将交流电转换为固定电压下的直流电而言，逆变器可把直流电变换成频率、电压固定或可调的交流电，称为DC-AC变换。这是与整流相反的变换，因而称为逆变。[1] 1.2逆变器涉及的技术 逆变器的构建应用了电力电子学科中的很多关键技术。电路中电流的可控流通断开的过程中应用了多种可控硅类型的电力电子器件；开关的控制过程应用了基于微处理器的现代控制技术；对于正弦波形的仿制过程应用了正弦波脉宽调制（SPWM）技术等等。 1.3逆变器的分类 现代逆变技术的种类很多，可以按照不同的形式进行分类。其主要的分类方式如下： 1)按逆变器输出的相数，可分为单相逆变、三相逆变和多相逆变。
2)按逆变器输出能量的去向，可分为有源逆变和无源逆变。 3)按逆变主电路的形式，可分为单端式、推挽式、半桥式和全桥式逆变。 4)按逆变主开关器件的类型，可分为晶闸管逆变、晶体管逆变、场效应管逆变等等。 5)按输出稳定的参量，可分为电压型逆变和电流型逆变。 6)按输出电压或电流的波形，可分为正弦波输出逆变和非正弦波输出逆变。 7)按控制方式，可分为调频式(PFM)逆变和调脉宽式(PWM)逆变。[2] 2 三相逆变电路 三相逆变电路，是将直流电转换为频率相同、振幅相等、相位依次互差为120°交流电的一种逆变网络。 图 1 三相逆变电路 日常生活中使用的电源大都为单相交流电，而在工业生产中，由于诸多电力能量特殊要求的电气设备均需要使用三相交流电，例如三相电动机。随着科技的日新月异，很多设备业已小型化，许多原来工厂中使用的大型三相电气设备都被改进为体积小、耗能低且便于携带的小型设备。尽管这些设备外形发生了很大的变化，其使用的电源类型——三相交流电却始终无法被取代。在一些条件苛刻的环境下，电力的储能形式可能只有直流电，如若在这样的环境下使用三相交流电设备，就要求将直流电转变为特定要求的三相交流电以供使用。这就催生了三相逆变器的产生。
3KVA三相逆变器的设计
3KVA三相逆变器设计 1概述 随着各行各业自动化水平及控制技术的发展和其对操作性能要求的提高，许多行业的用电设备（如通信电源、电弧焊电源、电动机变频调速器等）都不是直接使用交流电网作为电源，而是通过形式对其进行变换而得到各自所需的电能形式，它们所使用的电能大都是通过整流和逆变组合电路对原始电能进行变换后得到的。 当今世界逆变器应用非常广泛。逆变器是将直流变为定频定压或调频调压交流电的变换器，传统方法是利用晶闸管组成的方波逆变电路实现，但由于其含有较大成分低次谐波等缺点，近十余年来，由于电力电子技术的迅速发展，全控型快速半导体器件BJT，IGBT，GTO 等的发展和PWM 的控制技术的日趋完善，使SPWM 逆变器得以迅速发展并广泛使用。PWM 控制技术是利用半导体开关器件的导通与关断把直流电压变成电压脉冲列，并通过控制电压脉冲宽度和周期以达到变压目的或者控制电压脉冲宽度和脉冲列的周期以达到变压变频目的的一种控制技术，SPWM 控制技术又有许多种，并且还在不断发展中，但从控制思想上可分为四类，即等脉宽PWM 法，正弦波PWM 法（SPWM 法），磁链追踪型PWM 法和电流跟踪型PWM 法，其中利用SPWM 控制技术做成的SPWM 逆变器具有以下主要特点：（1）逆变器同时实现调频调压，系统的动态响应不受中间直流环节滤波器参数的影响。 （2）可获得比常规六拍阶梯波更接近正弦波的输出电压波形，低次谐波减少，在电气传动中，可使传动系统转矩脉冲的大大减少，扩大调速范围，提高系统性能。 （3）组成变频器时，主电路只有一组可控的功率环节，简化了结构，由于采用不可控整流器，使电网功率因数接近于1，且与输出电压大小无关。 本次课程设计要完成的是设计容量为3KVA的三相逆变器。初始条件为：输入直流电压220V。要求输出220V三相交流电，完成总电路的设计，并计算电路中各元件的参数。
逆变器问题解答
逆变器问题解答
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目 录 一、有关逆变器的基本知识问答 １． 什么是逆变器,它起什么作用? 2. 按输出波形划分，逆变器分几类？ 3. 何谓感性负载？ 4. 准正弦波逆变器可以用于哪些电器? 5. 何谓逆变器的效率? 6. 什么是持续输出功率？什么是峰值输出功率? 7． 应该怎样连接逆变器与电源和负载? 8. 汽车点烟器插口能够输出多大功率的电能？ 9. 在关闭汽车发动机的情况下可以使用车载逆变器吗? 10. 如果想较长时间地使用逆变器而不启动发动机,怎么办？ １1. 使用逆变器有何危险性？ 1２. 如何知道蓄电池的容量? 13. 一般的家用轿车使用什么规格的蓄电池？ 14． 如何为蓄电池配备合适的逆变器？ 15． 使用车载逆变器须要注意些什么? 1６. 为何使用普通万用表测量准正弦波逆变器的交流输出时,显示的电压比２2０伏低? 17. 如何挑选逆变器产品？ 二、关于家庭备用电源的介绍 1. 什么是家庭备用电源? 2. 如何选购家庭备用电源系统中的逆变器? 3. 如何选购家庭备用电源系统中的蓄电池? 4. 如何选购家庭备用电源系统中的蓄电池充电器? 5. 怎样知道电视机的实际耗电量？ 6. 为何使用备用电源系统时电视机的画面质量不如使用电网电? 7. 为何准正弦波逆变器时输出的交流电不能用来推动电扇和日光灯? 8. 使用家庭备用电源系统应注意什么? 9. 能否利用电动自行车的蓄电池作为家庭备用电源? 有关逆变器的基本知识问答 1. 问：什么是逆变器，它起什么作用？ 答：简单地说,逆变器就是一种将低压(１２-4８伏）直流电转变为2２0伏交 流电的电子设备。因为 我们通常是将22０伏交流电整流变成直流电来使用,而逆变器的作用与此相
逆变器的分类和主要技术性能评价
逆变器的分类和主要技术性能评价 逆变器的种类很多，可按照不同的方法进行分类。 1、按逆变器输出交流电能的频率分，可分为工频逆变器、中频逆器和高频逆变器。工频逆变器的频率为 50～60Hz的逆变器；中频逆变器的频率一般为 400Hz到十几KHz；高频逆变器的频率一般为十几KHz到MHz。 2、按逆变器输出的相数分，可分为单相逆变器、三相逆变器和多相逆变器。 3、按照逆变器输出电能的去向分，可分为有源逆变器和无源逆变器。凡将逆变器输出的电能向工业电网输送的逆变器，称为有源逆变器；凡将逆变器输出的电能输向某种用电负载的逆变器称为无源逆变器。 4、按逆变器主电路的形式分，可分为单端式逆变器，推挽式逆变器、半桥式逆变器和全桥式逆变器。 5、按逆变器主开关器件的类型分，可分为晶闸管逆变器、晶体管逆变器、场效应逆变器和绝缘栅双极晶体管（IGBT）逆变器等。又可将其归纳为"半控型"逆变器和"全控制"逆变器两大类。前者，不具备自关断能力，元器件在导通后即失去控制作用，故称之为"半控型"普通晶闸管即属于这一类；后者，则具有自关断能力，即无器件的导通和关断均可由控制极加以控制，故称之为"全控型"，电力场效应晶体管和绝缘栅双权晶体管（IGBT）等均属于这一类。 6、按直流电源分，可分为电压源型逆变器（VSI）和电流源型逆变器（CSI）。前者，直流电压近于恒定，输出电压为交变方波；后者，直流电流近于恒定，输也电流为交变方波。 7、按逆变器输出电压或电流的波形分，可分为正弦波输出逆变器和非正弦波输出逆变器。 8、按逆变器控制方式分，可分为调频式（PFM）逆变器和调脉宽式（PWM）逆变器。 9、按逆变器开关电路工作方式分，可分为谐振式逆变器，定频硬开关式逆变器和定频软开关式逆变器。 10、按逆变器换流方式分，可分为负载换流式逆变器和自换流式逆变器。 逆变器的主要技术性能及评价选用 一、技术性能 1、额定输出电压 在规定的输入直流电压允许的波动范围内，它表示逆变器应能输出的额定电压值。对输出额定电压值的稳定准确度一般有如下规定： （1）在稳态运行时，电压波动范围应有一个限定，例如其偏差不超过额定值的±３％或±５％。 （2）在负载突变（额定负载 0％→50％→100％）或有其他干扰因素影响的动态情况下，其输出电压偏差不应超过额定值的± 8％或±10％。 2、输出电压的不平衡度 在正常工作条件下，逆变器输出的三相电压不平衡度（逆序分量对正序分量之比）应不超过一个规定值，一般以％表示，如 5％或 8％。 3、输出电压的波形失真度 当逆变器输出电压为正弦度时，应规定允许的最大波形失真度（或谐波含量）。通常以输出电压的总波形失真度表示，其值不应超过 5％（单相输出允许 10％）。 4、额定输出频率 逆变器输出交流电压的频率应是一个相对稳定的值，通常为工频 50Hz。正常工作条件下其偏差应在±1％以内。
电压源变流器的高压直流输电教学内容
电压源变流器的高压直流输电（VSC-HVDC ） 1.引言 晶闸管的应用领域主要是在整流（交流-直流）、逆变 (直流-交流)、变频 (交流-交流)、斩波（直流-直流）。传统的高压直流输电采用晶闸管变流器，而新型的直流输电技术（VSC-HVDC ）采用IGBT 、IGCT 等全控器件组成电压源变流器(VSC)完成交流-直流-交流的变换。两个VSC 分别作整流器和逆变器，一个工作在定直流电压模式，另一个工作在定有功功率模式。两个变流器的无功功率都可以单独调节。其核心是利用由全控型电力电子器件构成并基于脉宽调制 ( P WM)技术控制的VS C 代替了常规 HVDC 中的可控硅换流器。该输电技术可向无源网络供电．不会出现换相失败、换流站间无需通信以及易于构成多端直流系统等。 如图 1 所示，常用的两端 VSC —HVDC 的主要部件包括：电压源换流器( v s c )、绝缘栅双极晶体管( I G B T )、脉宽调制( P WM)、控制系统。 VSC —HVDC 的基本控制原理： δsin T S C X U U P = Q=)cos (S C T C U U X U —δ 其中：Uc 为换流器输出电压的基波分量，Us 为交流母线电压基波分量，δ为Uc 和 Us 之间的相角差，T X 为换流电抗器的电抗。
2. VSC-HVDC的基本控制方式及特点 定直流电压控制方式，用以控制直流母线电压和输送到交流侧的无功功率，定直流电流( 功率) 控制方式，用以控制直流电流(功率)和输送到交流侧的无功功率，定交流电压 控制方式，仅控制交流侧母线电压，适用于向无源网络供电，通常对于一个两端VSCHVDC系统，必须有一端采用定直流电压控制方式。 3. VSC-HVDC的仿真 将两个230KV，2000MVA的交流系统通过VSC-HVDC相连，进行功率传输。 图为仿真电路图：
三相电压型逆变器课程设计
三相电压型逆变器 一．电力电子器件的发展： 1.概述： 1957年可控硅(晶闸管)的问世，为半导体器件应用于强电领域的自动控制迈出了重要的一步，电力电子开始登上现代电气传动技术舞台，这标志着电力电子技术的诞生。20世纪60年代初已开始使用电力电子这个名词，进入70年代晶闸管开始派生各种系列产品，普通晶闸管由于其不能自关断的特点，属于半控型器件，被称作第一代电力电子器件。随着理论研究和工艺水平的不断提高，以门极可关断晶闸管（GTO）、电力双极性晶体管（BJT）和电力场效应晶体管（Power-MOSFET）为代表的全控型器件迅速发展，被称作第二代电力电子器件。80年代后期，以绝缘栅极双极型晶体管（IGBT）为代表的复合型第三代电力电子器件异军突起，而进入90年代电力电子器件开始朝着智能化、功率集成化发展，这代表了电力电子技术发展的一个重要方向 电子技术被认为是现代科技发展的主力军，电力电子就是电力电子学，又称功率电子学，是利用电子技术对电力机械或电力装置进行系统控制的一门技术性学科，主要研究电力的处理和变换，服务于电能的产生、输送、变换和控制。（电力电子的发展动向）电力电子技术包括功率半导体器件与IC 技术、功率变换技术及控制技术等几个方面，其中电力电子器件是电力电子技术的重要基础，也是电力电子技术发展的“龙头”。电力电子器件(Power Electronic Device)又称为功率半导体器件，用于电能变换和电能控创电路
中的大功率(通常指电流为数十至数千安，电压为数百伏以上)电子器件。广义上电力电子器件可分为电真空器件(Electron Device)和半导体器件(Semiconductor Device)两类。 2.发展： A.整流管： 整流管是电力电子器件中结构最简单、应用最广泛的一种器件。目前主要有普通整流管、快恢复整流管和肖特基整流管三种类型。电力整流管在改善各种电力电子电路的性能、降低电路损耗和提高电源使用效率等方面发挥着非常重要的作用。目前，人们已通过新颖结构的设计和大规模集成电路制作工艺的运用，研制出集PIN整流管和肖特基整流管的优点于一体的具有MPS、SPEED和SSD等结构的新型高压快恢复整流管。它们的通态压降为IV左右，反向恢复时间为PIN整流管的1/2，反向恢复峰值电流为PIN整流管的1/3。 B.晶闸管： 自1957年美国通用电气公司GE研制出第一个晶闸管开始，其结构的改进和工艺的改革，为新器件开发研制奠定了基础，其后派生出各种系列产品。1964年，GE公司成功开发双向晶闸管，将其应用于调光和马达控制；1965年，小功率光触发晶闸管问世，为其后出现的光耦合器打下了基础；60年代后期，出现了大功率逆变晶闸管，成为当时逆变电路的基本元件；逆导晶闸管和非对称晶闸管于1974年研制完成。 C.门极可关断晶闸管： GTO可达到晶闸管相同水平的电压、电流等级，工作频率也可扩展