第九章功率晶体管（5）
南航 电力电子 课程组
逆变电路 ? 引言
逆变的概念
逆变——与整流相对应，直流电变成交流电。 交流侧接电网，为有源逆变
主要研究无源逆变
逆变电路
逆变电路与PWM控制
交流侧接负载，为无源逆变
逆变与变频
变频电路：分为交交变频和交直交变频两种。 交直交变频由交直变换（整流）和直交变换两部分 组成，后一部分就是逆变。
陈新
chen.xin@https://www.doczj.com/doc/2c19324214.html,
课程组网站：
https://www.doczj.com/doc/2c19324214.html,/powerelec
1 2
逆变电路 ? 引言
主要应用
各种直流输入电源，如蓄电池、干电池、太阳能电 池等。 交流电机调速用变频器、不间断电源、感应加热电 源等电力电子装置的核心部分都是逆变电路。
电压型逆变器
逆变电路的基本工作原理
3
4
逆变电路的基本工作原理
以单相桥式逆变电路为例说明最基本的工作 原理
S1~S4是桥式电路的4个臂，由电力电子器件及辅 助电路组成。
uo S1 Ud S2 a)
图5-1 逆变电路及其波形举例
5
逆变电路的基本工作原理
S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压uo为正。 S1、S4断开，S2、S3闭合时，负载电压uo为负。
io 负载 S3 uo S 4
io t1 t2 t
直流电 交流电
b)
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1
第九章功率晶体管（5）
逆变电路的基本工作原理
逆变电路最基本的工 作原理 ——改变两组 开关切换频率，可改 变输出交流电频率。
电阻负载时，负载电流 io 和uo的波形相同，相位也 相同。 阻感负载时，io相位滞后 于uo，波形也不同。
a) uo io t1 t2 b)
图5-1 逆变电路及其波形举例
7
逆变电路
t
8
逆变器输出波形的PWM控制
输出波形的控制方法
1.单脉宽调制：在半周期内仅有一个脉冲，改变脉 冲宽度来调压 参考信号Ar, 幅值为Ac频率为fc的三角载波信号 输出基波频率fo：fc/2 改变调制度M=Ar/Ac调压 优点：开关损耗小 缺点：THD较大
9
10
逆变器输出波形的PWM控制
2。多脉宽调制（均匀多脉冲宽度调制） Ur1:参考（调制）门信号频率fo 高频载波频率为fc 半周期脉冲数为p=fc/(2fo) P越大，低次谐波降低， 失真度减小。
逆变器输出波形的PWM控制
3。正弦脉冲宽度调制 （SPWM）
多脉冲宽度随正弦波幅值改变。 THD大大减小 幅值为Ar的参考正弦波与幅值为Ac 频率为fc的三角波比较 u Fo=fr 最低次谐波为2p-1, O P=5时，最低次谐波为 9次
uo U d
u
c
u
r
ω t
u
o
u
o f
O -U
ω t
d
11
12
共6页
2
第九章功率晶体管（5）
逆变器输出波形的PWM控制
4。改进型正弦脉宽调制
逆变器输出波形的PWM控制
5。谐波消除技术： （1）固定开关角（2）阶梯波（3）多重化连接
仅正弦波过零点附近60度加入载波 优点：增加基波分量，并保持原谐波含量，同时减 小了开关损耗
13
14
（ 1 ） 特 定 谐 波 消 去 法 (Selected Harmo-nic Elimination PWM—SHEPWM) 这是计算法中一种较有代表性的方法， 输出电压半周期内，器件通、断各3次（不包括0和π）， 共6个开关时刻可控 uo Ud
a2 a3 π 2π
一般，在输出电压半周期内器件通、断各k 次，考虑PWM波四分之一周期对称，k个开 关时刻可控，除用一个控制基波幅值，可消 去k－1个频率的特定谐波 k越大，开关时刻的计算越复杂 除计算法和调制法外，还有跟踪控制方法
O a 1 -Ud
ωt
特定谐波消去法的输出PWM波形
15 16
逆变器输出波形的PWM控制
（2）阶梯波和多重化连接 低频开关工作，适用于很大功率输出 缺点：体积重量较大
1.单脉宽调制
优点：开关损耗小 缺点：THD较大
2。多脉宽调制（均匀多脉冲宽度调制） 3。正弦脉冲宽度调制（SPWM）
多脉冲宽度随正弦波幅值改变。THD小 4。改进型正弦脉宽调制 仅正弦波过零点附近60度加入载波
5。谐波消除技术： （1）固定开关角（2）阶梯波（3）多重化连接
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3
第九章功率晶体管（5）
SPWM图示
SPWM调制原理
画出了一正弦波的正半波，并将其划分为k等 分(图中k＝7)。 将每一等分中的正弦曲线与横轴所包围的面 积都用一个与此面积相等的等高矩形波所替 代 从而得到一组等效于正 弦波的一组等幅不等宽 的矩形脉冲的方法称为 逆变器的正弦脉宽调制 (SPWM)。
19 20
SPWM变换器
SPWM型变换器
给逆变器固定的直流电压 通过开关元件有规律的导通和关断，得到由宽 度不同的脉冲组成的电压波形 调制波形削弱和消除某些高次谐波，得到具有 较大基波分量的正弦输出电压。
SPWM变换器
功率晶体管、功率场效应晶体管和绝缘栅双极型晶 体管(BJT、MOSFET、IGBT)是自关断器件。 用它们作开关元件构成的SPWM变换器，可使装置的 体积小、斩波频率高、控制灵活、调节性能好、成本 低。 SPWM变换器，简单地说，是控制逆变器开关器件的 通断顺序和时间分配规律，在变换器输出端获得等 幅、宽度可调的矩形波。这样的波形可以有多种方法 获得。
21
22
两种SPWM调制
调制法得到PWM波有两种方法：单极性 和双极性。两者区别在于三角载波的不 同。
u uc ur O
单极性PWM控制方式：
V1 Ud + V2 VD2 信号波 ur uc 调制 电路 VD1 R uo V3 L V4 VD4 VD3
在ur和uc的交点时刻控制IGBT的通断 ur正半周，V1保持通，V2保持断
ωt
uo uof
uo Ud
载波
ωt
O -Ud
u
ur
uc
双极性 调制
ωt
uo
V1 Ud + V2
VD1 R uo VD2
V3 L
VD3
u
uc
ur
单极性 调制
O
O
V4 VD4
uo Ud uo uof
ωt
uo Ud
uof
信号波
ωt
O -Ud
载波
uc 调制 电路
ur
O -Ud
ωt
23
24
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4
第九章功率晶体管（5）
单极性PWM控制方式：
当ur>uc时使V4通，V3 断，uo=Ud 当ur
单极性PWM控制方式：
ur负半周，V1保持断，V2保持通 当ur
V1 Ud
ωt
+ V2
VD1 R uo VD2
V3 L V4
u
uc
ur
VD3
O
ωt
uo uof
O
VD4
uo Ud
uo Ud
uo uof
信号波 载波
ωt
ur uc
调制 电路
O -Ud
ωt
O -Ud
25
26
单极性PWM控制方式：
双极性PWM控制方式
在ur的半个周期内，三角波载波有正有负，所得PWM波也有正有负 在ur一周期内，输出PWM波只有±Ud两种电平 仍在调制信号ur和载波信号uc的交点控制器件的通断 ur正负半周，对各开关器件的控制规律相同
u
ur
uc
O
ωt
uof uo
uo Ud
O -Ud
ωt
27
28
双极性PWM控制方式
当ur >uc时，给V1和V4导通 信号，给V2和V3关断信号 当ur
3．双极性调制
u
ur
uc
O
ωt
uo Ud
uof
uo
O -Ud
ωt
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30
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5
第九章功率晶体管（5）
桥式互补驱动信号
在双极性SPWM控制方式中，同一相上、下两个臂的 驱动信号都是互补的。 实际上为了防止上、下两个臂直通而造成短路，在给 一个臂施加关断信号后，再延迟时间，才给另一个臂 施加导通信号。 延迟时间的长短主要由功率开关器件的关断时间决 定。 这个延迟时间将会给输出的SPWM波形带来影响，使 其偏离正弦波。
SPWM调制特点
31
32
关于SPWM的开关频率
SPWM调制后的信号中除了含有调制信号和频率很高的载波频 率及载波倍频附近的频率分量之外，几乎不含其它谐波。因 此， SPWM的开关频率愈高，谐波含量愈少。当载波频率越 高时，SPWM的基波就越接近期望的正弦波。 但是，SPWM的载波频率除了受功率器件的允许开关频率制约 外，开关器件工作频率提高，开关损耗和换流损耗会随之增 加。 另外，开关瞬间电压或电流的急剧变化形成很大的扰动，会产 生强的电磁干扰；还会在线路和器件的分布电容和电感上引起 冲击电流和尖峰电压
SPWM波形的生成
根 据 SPWM 变 换 器 的 基 本 原 理 和 控 制 方 法，可以用模拟电路构成三角波载波和正 弦调制波发生电路，用比较器来确定它们 的交点。 在交点时刻对功率开关器件的通断进行控 制，这样就可得到SPWM波形。 但这种模拟电路的缺点是结构复杂，难以 实现精确的控制。目前SPWM的产生和控 制可以用微机来完成
33 34
1. 自然采样法
2. 规则采样法
规则采样法是一种应用较广的工程实用方法，它的效果接近自 然采样法，但计算量却比自然采样法小得多。 实际应用较多的还是采用三角波作为载波的规则采样法： a.在三角波的负峰时刻tD对正弦调制波采样而得到D点 b.过D点作一水平直线和三角波分别交于A点和B点 c.在A点的时刻tA和B点的时刻tB控制功率开关器件的通断 可以看出，用这种规则采样法所得到的脉冲宽度和用自然采样 法所得到的脉冲宽度非常接近。
求取开关时刻的方程 式是超越方程，求解 时需要花费较多的计 算时间，因而难以在 实时控制中在线计 算。
35
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6
第九章功率晶体管（5）
采用三角波载波的规则采样法
3．低次谐波消除法
以消去SPWM波形中某些主要的低次谐波为目的，通过计算确 定各脉冲的开关时刻．这种方法称为低次谐波捎去法。 在这种方法中，已经不再比较载波和正弦调制波，但目的仍是 使输出波形尽可能接近正弦波，因此也算是生成SPWM波形的 一种方法。 应当指出，低次谐波消去法可以很好地消除指定的低次谐波， 但是剩余未消去的较低次谐波的幅值可能会相当大。不过，因 为其次数已比所消去的谐波次数高，因而较容易滤除。
采用三角波载波的规则采样法
37 38
4．跟踪型SPWM
跟踪型SPWM也不是用载波对正弦波进行调制 是把希望输出的电流或电压作给定信号，与实 际电流或电压信号进行比较，由此来决定逆变 器电路功率开关器件的通断，使实际输出跟踪 给定信号。 跟踪型SPWM变换器中，电流跟踪控制应用较 多。主要的有电流滞环控制型和固定开关频率 型。
SPWM产生方法1－微机软件生成SPWM
在用微机软件生成SPWM时，通常有查表法和实时计 算法。 查表法是根据不同的调制度M和正弦调制信号的角频 率，先离线计算出各开关器件的通断时刻，把计算结果 存于EPROM中，运行时查表读出需要的数据进行实时 控制，该方法所需要的内存容量往往较大。 实时计算法是在运行时，根据控制变量进行在线计算求 得所需的数据。这种方法适用于计算量不大的场合。实 际所用的方法往往是上述两种方法的结合。
39
40
SPWM产生方法2－专用集成电路
采用专门产生SPWM波形的大规模集成电路芯片可简化控制电 路和软件设计，降低成本，提高可靠性。 目 前 应 用 得 较 多 的 SPWM 芯 片 有 HEF4752 、 SLE4520、 MA818、8XC196MC。 HEF4752芯片可提供三组互差120°的互补输出SPWM控制 脉冲，以供驱动逆变器六个功率开关器件产生对称的三相输 出，可适用于晶闸管或功率晶体管。该芯片有8段载波比(15、 21、30、42、60、84、120、168)自动切换，调制频率范围 为0~200Hz 总之，SPWM控制是变换器中关键技术之一，而且仍然是在不 断深入研究的重要课题。
三相桥式逆变器
三相桥式逆变器
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7
第九章功率晶体管（5）
三相SPWM调制
在SPWM变换器中，使用最多的是三相桥 式逆变器。 三相桥式逆变器一般都采用双极性控制方 式。 U、V和W三相的SPWM的控制通常公用一 个三角波载波信号，用三个相位互差120° 的正弦波作为调制信号，以获得三相对称输 出。U、V和W各相功率开关器件的控制规 律相同。
43
44
逆变电路
一个完整的逆变器除了主电路之外还要有其它附加电路，其基 本结构如下图所示，除逆变主电路外还包括：
三相SPWM波形
45
46
电压型逆变电路
1）逆变电路的分类 —— 根据直流侧电源性质的不 同
直流侧是电压源
电压型逆变电路
2）电压型逆变电路的特点
(1)直流侧为电压源或 并联大电容，直流侧电压 基本无脉动。 (2)输出电压为矩形 波，输出电流因负载阻抗 不同而不同。 (3)阻感负载时需提供 无功功率。为了给交流侧 向直流侧反馈的无功能量 提供通道，逆变桥各臂并 联反馈二极管。
电压型逆变电路——又称为电压源 型逆变电路 Voltage Source Type Inverter-VSTI 电流型逆变电路——又称为电流源 型逆变电路 Current Source Type Inverter-VSTI
直流侧是电流源
图5-5 电压型全桥逆变电路
47
48
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8
第九章功率晶体管（5）
电压型逆变电路
单相电压型逆变电路
1）半桥逆变电路 工作原理
V1和V2栅极信号在一周期内 各半周正偏、半周反偏，两 者互补 输出电压uo为矩形波，幅值 为Um=Ud/2。 导通顺序：V1->VD2->V2>VD1
u o Um O -Um io t 3 t4 O t t t5 t6 1 2 V1 V2 V1 V2 ON VD1 VD2 VD1 VD2 b) a)
单相电压型逆变电路
t
t
图5－6 单相半桥电压型逆变 电路及其工作波形
49 50
单相电压型逆变电路
1）半桥逆变电路 V1或V2通时，io和uo同方向，
直流侧向负载提供能量； VD1或VD2通时，io和uo反向， 电感中贮能向直流侧反馈。 VD1、VD2称为反馈二极管,它 又起着使负载电流连续的作用， 又称续流二极管。
u o Um O -Um io O t t t5 t6 1 2 V1 V2 V1 V2 VD1 VD2 VD1 VD2 b) t3 t4 a)
单相电压型逆变电路
优点：电路简单，使用器件少。 缺点： 输出交流电压幅值为 Ud/2，且直流侧
需两电容器串联，要控制两者电压均衡。
应用：
t
t
用于几kW以下的小功率逆变电源。 单相全桥、三相桥式都可看成若干个半桥逆 变电路的组合。
ON
图5－6 单相半桥电压型逆变 电路及其工作波形
51 52
单相电压型逆变电路
2) 全桥逆变电路
共四个桥臂，可看成两个半 桥电路组合而成。 两对桥臂交替导通180°。 输出电压和电流波形与半桥 电路形状相同，幅值高出一 倍。 改变输出交流电压的有效值 只能通过改变直流电压Ud来 实现。
单相电压型逆变电路
输出电压定量分析
uo成傅里叶级数
基波幅值 基波有效值
uo = 4U d ? 1 1 ? sin ωt + sin 3ωt + sin 5ωt + π ? 3 5 ? ? ?
U o1m =
U o1 =
4U d
π
= 1.27U d
= 0.9U d
2 2U d
π
uo为正负各180°时，要改变输出电压有效值只能改变Ud来实现
53
54
共6页
9
第九章功率晶体管（5）
单相电压型逆变电路
阻感负载时，还可采用 移相的方式来调节输出 电压－移相调压。
u G1 O u G2 O u G3 O u G4 O uo io O a) t t t t io t 1 t2 b)
55
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
?
uo t3 t
图5-7 单相全桥逆变 电路的移相调压方式
图5-9 三相电压型桥式逆变电路
56
三相电压型逆变电路
基本工作方式—— 180°导电方式
每桥臂导电180°， 同一相上下两臂交替 导电，各相开始导电 的角度差120 °。 任一瞬间有三个桥臂 均有导通回路。 每次换流都是在同一 相上下两臂之间进 行，也称为纵向换 流。
图5-9 三相电压型桥式逆变电路
V1－V6触发控制信号的波形
V1： V4： V3： V6： V5： V2：
57
58
V1 1 2 3 4 5 6
0～60 60～120 120～180 180～240 240～300 300～360
V2
V3
V4
V5 on
V6 on on
1 2 3
on on on on on on on on on on on on
on on on
59
4
5
6
60
共6页
10
第九章功率晶体管（5）
状态
电角度
1
0～60 V5、V6、 V1
2
60～120 V6、V1、V2
3
120～180 V1、V2、V3
4
180～240 V2、V3、 V4
5
240～300 V3、V4、 V5
6
300～360 V4、V5、 V6
三相电压型逆变电路
波形分析
负载各相到电源中点N' 的电压：U相，1通， uUN'=Ud/2，4通，uUN'=Ud/2。 负载线电压
a) u b) u c) u d) u e) u f) u
UN'
O
VN'
U d 2
t
导通 开关 负载 等值 电路
O
WN'
t
O
UV
t U
d
uUN
1 Ud 3
2 Ud 3
1 Ud 3
1 ? Ud 3
2 ? Ud 3
1 ? Ud 3
61
负载相电压 u UN = u UN' ? u NN' ? ? uVN = uVN' ? u NN' ? u WN = u WN' ? u NN ' ? ?
uUV = uUN' ? uVN' ? ? uVW = uVN' ? uWN' ? uWU = uWN' ? uUN' ? ?
O
U d 6
t
NN' UN
O O
2 U 3
d
t
U d 3
t
iU g) i h) O
d
t
O
图5-10电压型三相桥式逆 变电路的工作波形
t
62
负载已知时，可由uUN波形求出iU波形。 一相上下两桥臂间的换流过程和半桥电路相似。 综上所述，三相桥式逆变电路中各开关元件每隔 60°导通一个，导通180°后关断，各元件导通 顺序为V1→V2→V3→V4→V5→V6。
一个周期中逆变器输出线电压为矩形波，相电压 为六阶梯波的交流电。 改变元件导通与关断的频率，就能改变输出交流 电频率 变直流侧电压，就能调节交流输出电压幅值。
63
64
在上述180°导电方式逆变器中，为了防止同 一相上下两桥臂的开关器件同时导通而引起直 流侧电源的短路，要采取“先断后通”的方法。 即先给应关断的器件关断信号，待其关断后留 一定的时间裕量，然后再给应导通的器件发出 开通信号，即在两者之间留一个短暂的死区时 间。
死区时间的长短要视器件的开关速度而定，器 件的开关速度越快，所留的死区时间就可以越 短。 这一“先断后通”的方法对于工作在上下桥臂通 断互补方式下的其他电路也是适用的。显然， 前述的单相半桥和全桥逆变电路也应该采取这 一方法。
65
66
共6页
11
第九章功率晶体管（5）
电流型逆变电路
电流型逆变电路
直流电源为电流源的 逆变电路称为电流型 逆变电路。
电流型逆变电路
电流型逆变电路主要特点
(1) 直流侧串大电感，电流基 本无脉动，相当于电流源。 因负载不同而不同。 (3)直流侧电感起缓冲无功能量的作用 图5-11 电流型三相桥式逆变电路 (2) 交流输出电流为矩形波，与负载阻抗角无关。输出电压波形和相位
71
72
电流型逆变电路和电压型逆变电路的不同
前面所列举的各种电压型逆变电路都采用全控 型器件，换流方式为器件换流。 采用半控型器件的电压型逆变电路已很少应 用。 而电流型逆变电路采用半控型器件的电路仍应 用较多； 电流型逆变电路就其换流方式而言，有的采用 负载换流，有的采用强迫换流。
单相电流型逆变电路
1) 电路原理
由四个桥臂构成，每个桥 臂的晶闸管各串联一个电 抗器，用来限制晶闸管开 通时的di/dt。 工作方式为负载换相。 电容C和L 、R构成并联谐 振电路。 输出电流波形接近矩形 波，含基波和各奇次谐 波，且谐波幅值远小于基 波。
图5－12 单相桥式电流型 （并联谐振式）逆变电路
73
74
单相电流型逆变电路
2) 工作分析
一个周期内有两个 导通阶段和两个换 流阶段。
t1~t2：VT1和VT4稳定导通阶段，iｏ=Id， t2时刻前在C上建立了左正右负的电压。
u G1,4 O u G2,3 O iT O io O t1 Id t 2 t3 t i VT
1,4
单相电流型逆变电路
2) 工作分析
u G1,4 O u G2,3 O iT O io O t1 Id t 2 t3 t i VT
1,4
i VT
2,3
t
i VT
2,3
t
Id tγ t4 tφ t 5 tδ uo O tβ t6 t7 t t
Id tγ t4 tφ t 5 tδ uo O tβ t6 t7 t t
LT 使 VT1 、 VT4 不 能 立 刻 关 断 ， 逐 渐 减
t
u VT
小；VT2、VT3电流有一个增大过程。 4个晶闸管全部导通，负载电容电压经两
t
2,3
u VT
2,3
O u VT
t
O u VT
t
1,4
1,4
t2~t4：t2时触发VT2和VT3开通，进入 换流阶段。
O u AB O
t
个并联的放电回路同时放电。 LT1 、 VT1 、 VT3 、 LT3 到 C ； 另 一 个 经 LT2、VT2、VT4、LT4到C。
O u AB O
t
t
t
图5－13并联谐振式逆变 电路工作波形
75
图5－13并联谐振式逆变 电路工作波形
76
共6页
12
第九章功率晶体管（5）
单相电流型逆变电路
u G1,4 O u G2,3 O iT O io O t1 Id t 2 t3 t i VT
1,4
单相电流型逆变电路
u G1,4 O u G2,3 O iT O io O t1 Id t 2 t3 t i VT
1,4
i VT
2,3
t
i VT
2,3
t
Id tγ t4 tφ t 5 tδ uo tβ uo t6 t7 t t
Id tγ t4 tφ t 5 tδ tβ t6 t7 t t
io在t3时刻，即iVT1=iVT2时刻过零， t3时刻大体位于t2和t4的中点。 t=t4 时，VT1 、VT4 电流减至零而关 断，换流阶段结束。 t4－t2= tg 称为换流时间。
u VT
O
t
2,3
O u VT
t
1,4
保证晶闸管的可靠关断 晶闸管需一段时间才能恢复正向 阻断能力，换流结束后还要使 VT1、VT4承受一段反压时间tβ tβ= t5- t4应大于晶闸管的关断时间 tq。 。
O
t
u VT
2,3
O u VT
t
1,4
O u AB O
t
O u AB O
t
t
t
图5－13并联谐振式逆变 电路工作波形
77
图5－13并联谐振式逆变 电路工作波形
78
有关电流型逆变电路的无功功率
在uAB为正的部分，直流侧电流同uAB方向相 同，直流电源向负载送出能量； 在uAB为负的部分，直流侧电流同uAB方向相 反，直流电源从负载吸收能量，即补偿电容C 的能量向直流电源反馈 由于电容上储存的是无功能量，因而电容C回 馈给电源的也是无功能量。
有关电流型逆变电路的无功功率
直流侧的Ld起到缓冲这种无功能量的作用 当uAB为负时，其极性同直流电源串联，势必 增大Id，导致电感储能增大，这样电容C中的 无功能量转移到Ld中 对电感来说，为了阻碍Id变化，两端产生感应 电动势形成假想的反向电流从而向电源回馈能 量）。
79
80
逆变电路 ? 小结
讲述基本的逆变电路的结构及其工作原理
四大类基本变流电路中，AC/DC和DC/AC两类 电路原理是基础、应用广泛
逆变电路 ? 小结
逆变电路分类方法
可按输出相数、直流电源的性质或用途等分类。 本章主要采用按直流侧电源性质分类的方法，分为 电压型和电流型两类。 负载为大电感的整流电路可看为电流型整流电路。 电容滤波的整流电路可看成为电压型整流电路。
换流方式
分为外部换流和自换流两大类，外部换流包括电 网换流和负载换流两种，自换流包括器件换流和 强迫换流两种。 晶闸管时代十分重要，全控型器件时代其重要性 有所下降。
106
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共6页
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第九章功率晶体管（5）
逆变电路 ? 小结
这里对逆变电路的讲述是很基本的，还远不完整。
PWM控制技术在逆变电路中应用最多，绝大部分 逆变电路都是PWM控制的 逆变电路的直流电源往往由整流电路而来，二都结 合构成间接交流变流电路。 此外，间接直流变流电路大量用于开关电源，其中 的核心电路仍是逆变电路。
逆变器设计实例
2007.6.19
108
1
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设计要求
输入额定电压：220V ± 10%DC 输入电压范围：198V― 242VDC 输出电压：115VAC 输出频率：400±1%Hz 输出功率：1KVA 谐波失真度THD：THD<2％
逆变器设计实例
功率电路 控制与驱动电路
2
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主功率电路选择
主功率电路分析
三态滞环控制
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第九章功率晶体管（5）
主功率电路选择
逆变器设计实例
功率电路的设计
滤波电容的设计 滤波电感的设计 开关管的选取
开关管
滤波电感
滤波电容
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滤波电容的设计
Cf = Po sin ? 2 U ormsωo 1000 × 0.5 ＝15μF 1152 × 2π × 400
逆变器设计实例
功率电路的设计
滤波电容的设计 滤波电感的设计 开关管的选取
通常 sin ? < 0.5 所以C f =
所以取C f 为40μF
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滤波电感的设计
a、满足一定的电感量： μ N 2S L= o δ b、最大电流时铁心不会饱和： B NI max < s δ μo c、线圈绕得下：
ku = SN < 0.5 Q
计算电感值 AP算法选取铁芯 计算气隙 计算匝数 确定导线线径和股数 校核窗口系数
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滤波电感电流
滤波电容电流有效值： I crms = ωC f U orms = 2π × 400 × 40 μ × 115 = 11.56 A 负载电流有效值：
I orms =
Po = 8. 7 A U orms
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共6页
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第九章功率晶体管（5）
滤波电感电流
阻性负载时电感电流最大，因而电感电流有效 值为： 2 2 I Lrms = I crms + I orms = 14.47 A 考虑电感电流脉动，滤波电感电流峰值为：
I L max = (1 + 20%) 2 I Lrms = 24.55 A
滤波电感的设计
滤波电感是电流滞环控制的决定因素。 若较大，影响电流跟踪速度，系统动态响应速 度较慢，输出电压和稳态精度降低。一旦电感 电流跟踪不上给定电流的变化，输出电压失真 度增大。 减小滤波电感可以改善电路动、静态特性，减 小体积。 但若较小，电感电流脉动较大，同样会引起输 出电压性能变差
流过所有元件的最大电流
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滤波电感的设计
选用PM62×49－R2KBD铁氧体磁芯
饱和磁感应强度Bs＝5100Gs， 有效截面积S＝490.28mm2， 窗口面积Q＝389.11mm2。
逆变器设计实例
功率电路的设计
滤波电容的设计 滤波电感的设计 开关管的选取
选用导线φ1.35两股，绕66匝 气隙δ＝2.68mm。 电感值为0.35mH
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开关管的选取
开关管V1～V4承受的最高电压是 Vin
取大于最高输入电压的2倍 VQ=242*2=484V 取不小于484V
开关管的选取
为此选用IXYS公司的HiperFET高性能N沟道 增强型功率MOSFET模块IXFN48N50。 器件电气参数为： （Tc＝25℃）
UDSS=500V ID＝48A Rds(on)=0.1Ω trr＝250ns
流过开关管的最大电流为电感电流
I L max = (1 + 20%) 2 I Lrms = 24.45 A
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第九章功率晶体管（5）
逆变器设计实例
功率电路 控制与驱动电路
基准正弦波发生电路 电压电流双闭环控制 功率开关驱动
控制与驱动电路
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基准正弦波发生电路
基准正弦波发生电路由振荡分频、阶梯波合成和 有源滤波三部分组成。
基准正弦波发生电路
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振荡分频电路
振荡分频电路用来产生高频 稳定的时钟信号 由晶振CT、偏置电阻R6、电 容C1和C2和4060组成
振荡分频电路
对应不同的 分频系数2i
22 130
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第九章功率晶体管（5）
振荡分频电路
4060不同的输出管脚Qi对应不同的分频系数2i
阶梯波合成电路
当2N=18，f=3.6864MHz f0=50Hz，对应4060的管脚是12 f0=400Hz,对应4060的管脚是9
f0基准波频率 f晶振的振荡频率
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阶梯波合成电路
由2个预置计数器 4018、9个权值电阻 R0~R4和一个反向器构 成，C4为滤波平滑电 容，C5为隔直电容。 阶梯波合成电路将振荡 分频电路输出的时钟信 号经循环移位和权电阻 合成后输出2N块阶梯 波
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基准正弦波发生电路
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第九章功率晶体管（5）
基准正弦波发生电路
有源滤波电路可得到高质量的基 准正弦电压输出 二阶低通滤波器（多路反馈） 比例放大电路，用来调节基准正 弦电压值 有源滤波器的传递函数：
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基准正弦波发生电路
电路简单，成本低 稳定度高 输出波形THD小
逆变器设计实例
功率电路 控制与驱动电路
基准正弦 电压电流双闭环控制 功率开关驱动
参数设计
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电压电流双闭环控制
电流双闭环三态DPM控制电路
组成： 电压外环（PI调节器） 电流内环放大电路（比例电路） 窗口比较器 死区设置电路（确保逆变桥同一桥臂的功率开 关先关断、后开通）
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共6页
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第九章功率晶体管（5）
电流双闭环三态DPM控制电路
电压电流双闭环三态DPM控制电 路
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电流双闭环三态DPM控制电路
电压电流双闭环三态DPM控制电路
Uin>UH
D1=1 Q1=1 Q2=0 D2=0 Q3=0 Q4=1
Uin
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电压电流双闭环三态DPM控制电路
UL
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单相全桥逆变电路原理 Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998
单相全桥型逆变电路原理 电压型全桥逆变电路可看成由两个半桥电路组合而成，共4个桥臂，桥臂1和4为一对，桥臂2和3为另一对，成对桥臂同时导通，两对交替各导通180° 电压型全桥逆变电路输出电压uo 的波形和半桥 电路的波形uo 形状相同，也是矩型波，但幅值 高出一倍，Um=Ud 输出电流io 波形和半桥电路的io 形状相同，幅值增加一倍 VD1 、V1、VD2、V2相继导通的区间，分别对应VD1和VD4、V1和V4、VD2和VD3、V2和V3相继导通的区间 + - VD 3 VD 4
单相半桥电压型逆变电路工作波形 全桥逆变电路是单相逆变电路中应用最多的， 对电压波形进行定量分析将幅值为Uo 的矩形波 uo 展开成傅里叶级数，得 其中基波幅值Uo1m 和基波有效值Uo1分别为 上述公式对半桥逆变电路也适用，将式中的ud 换成Ud /2 uo 为正负电压各为180°的脉冲时，要改变输出电压有效值只能通过改变输出直流电压Ud 来实现 O ON u o U - U m i o VD 1 VD 2 VD 1 VD 2 采用移相方式调节逆变电路的输出电压
t 1时刻前V 1和V 4导通，输出电压u o 为u d t 1时刻V 3和V 4栅极信号反向，V 4截止，因i o 不能突变，V 3不能立即导通，VD 3导通续流，因V 1和VD 3同时导通，所以输出电压为零 各IGBT 栅极信号uG1~uG4及输出电压uo 、输出电流io 的波形 u u u u u i o o 实际就是调节输出电压脉冲的宽度 ? 各IGBT 栅极信号为180°正偏， 180°反偏，且V 1和V 2栅极信号互补，V 3和V 4栅极信号互补 ? V 3的基极信号不是比V 1落后 180°，而是只落后 ( 0< <180°) ? V 3、V 4的栅极信号分别比V 2、V 1 的前移180°- ? VD 3 VD 4
第4卷 中国舰船研究第4卷第5期2009年10月中国舰船研究Chinese Journal of Ship Research Vol .4No.5 Oct.2009收稿日期:2008-09-03 作者简介:朱承邦(1963-,男,高级工程师。研究方向:雷达应用 1引言 现代科技发展日新月异,各类电气设备对电源的品质要求也越来越高。逆变供电作为一种有效的电力供应形式,已广泛应用于生产生活的各个领域。 为了不断改善逆变器输出性能,人们发展出了多种逆变器控制方法,常见的有:电压瞬时值控 制、电流滞环控制、电流预测控制、鲁棒控制[1]、重复控制[2,3]、滑模控制[4]及SPWM 电流控制等。就各种逆变器控制策略的特点来看,基于SPWM 的电压电 流双环逆变器控制是一种较好的控制方法[5,6]。 本文针对电压电流双环逆变器控制模型,设计了电流内环和电压外环的控制参数,对设计的双环控制逆变器模型进行了仿真分析,分析结果 基于SPWM 控制的电压、电流双环 逆变器建模及其仿真 朱承邦1 李 乐2 王晓鹏2
1大连船舶重工集团有限公司军事代表室,辽宁大连1160052中国舰船研究设计中心,湖北武汉430064 摘 要:基于SPWM 的电压电流双环逆变器控制相对其他逆变器控制策略具有一定优越性,但其控制器参数设 计却是一个重点和难点。针对逆变器的SPWM 电压电流双环控制策略,建立了系统的控制模型,设计了电流内环和电压外环的控制器参数,并根据经典控制理论的判据,分别对控制器电流内环和电压外环参数进行了理论验证。最后根据设计的控制器参数,对SPWM 电压电流双环控制系统模型进行了仿真分析,结果表明,系统设计合理,效果满意。 关键词:SPWM ;逆变器;电压电流双环;仿真中图分类号:TM743 文献标志码:A 文章编号:1673-3185(200905-54-05 Modeling and Si mulation of Voltage and Current Double Loop Control Based on SPWM Inverters Zhu Cheng-bang 1Li Le 2Wang Xiao -p eng 2 1The Naval Representative Office ,Dalian Shipbuilding Heavy Industry Co.,Dalian 116005,China 2China Ship Development and Design Cent er ,Wuhan 430064,China Abstract :Comparing with other inverters control strategy ,voltage and current double loop control based on SPWM inverters are superior in capabilities though the controller parameters design is significant and difficult.In this paper ,the system control
逆变电源广泛运用于各类：电力、通讯、工业设备、卫星通信设备、军用车载、医疗救护车、警车、船舶、太阳能及风能发电领域。 在电路中将直流电转换为交流电的过程称之为逆变，这种转换通常通过逆变电源来实现。这就涉及到在逆变过程中的控制算法问题。 只有掌握了逆变电源的控制算法，才能真正意义上的掌握逆变电源的原理和运行方式，从而方便设计。在本篇文章当中，将对逆变电源的控制算法进行总结，帮助大家进一步掌握逆变电源的相关知识。 逆变电源的算法主要有以下几种。 数字PID控制 PID控制是一种具有几十年应用经验的控制算法，控制算法简单，参数易于整定，设计过程中不过分依赖系统参数，鲁棒性好，可靠性高，是目前应用最广泛、最成熟的一种控制技术。它在模拟控制正弦波逆变电源系统中已经得到了广泛的应用。将其数字化以后，它克服了模拟PID控制器的许多不足和缺点，可以方便调整PID参数，具有很大的灵活性和适应性。与其它控制方法相比，数字PID具有以下优点： PID算法蕴涵了动态控制过程中过去、现在和将来的主要信息，控制过程快速、准确、平稳，具有良好的控制效果。 PID控制在设计过程中不过分依赖系统参数，系统参数的变化对控制效果影响很小，控制的适应性好，具有较强的鲁棒性。 PID算法简单明了，便于单片机或DSP实现。 采用数字PID控制算法的局限性有两个方面。一方面是系统的采样量化误差降低了算法的控制精度；另一方面，采样和计算延时使得被控系统成为一个具有纯时间滞后的系统，造成PID控制器稳定域减少，增加了设计难度。 状态反馈控制 状态反馈控制可以任意配置闭环控制系统的极点，实现了逆变电源控制系统极点的优化配置，有利于改善系统输出的动态品质，具有良好的瞬态响应和较低的谐波畸变率。但在建立逆变器的状态模型时将负载的动态特性考虑在内，因此状态反馈控制只能针对空载和已知的负载进行建模。由于状态反馈控制对系统模型参数的依赖性很强，使得系统的参数在发生变化时易导致稳态误差的出现和以及动态特性的改变。例如对于非线性的整流负载，其控制效果就不是很理想。 重复控制
2015年6月15日 22:28 太阳能光伏并网控制逆变器工作原理及控制方 摘要：太阳能光伏发电是21世纪最为热门的能源技术领域之一，是解决人类能源危机的重要手段之一，引起人们的广泛关注。本文介绍了太阳能光伏并网控制逆变器的工作过程，分析了太阳能控制器最大功率跟踪原理，太阳能光伏逆变器的并网原理及主要控制方式。 1引言： 随着工业文明的不断发展，我们对于能源的需求越来越多。传统的化石能源已经不可能满足要求，为了避免面对能源枯竭的困境，寻找优质的替代能源成为人们关注的热点问题。可再生能源如水能、风能、太阳能、潮汐能以及生物质能等能源形式不断映入人们的眼帘。水利发电作为最早应用的可再生能源发电形式得到了广泛使用，但也有人就其的环境问题、安全问题提出过质疑，况且目前的水能开发程度较高，继续开发存在一定的困难。风能的利用近些年来也是热点问题，但风力发电存在稳定性不高、噪音大等缺点，大规模并网对电网会形成一定冲击，如何有效控制风能的开发和利用仍是学术界关注的热点。在剩下的可再生能源形式当中，太阳能发电技术是最有利用价值的能源形式之一。太阳能储量丰富，每秒钟太阳要向地球输送相当于210亿桶石油的能量，相当于全球一天消耗的能量。我国的太阳能资源也十分丰富，除了贵州高原部分地区外，中国大部分地域都是太阳能资源丰富地区，目前的太阳能利用率还不到1/1000。因此在我国大力开发太阳能潜力巨大。 太阳能的利用分为"光热"和"光伏"两种，其中光热式热水器在我国应用广泛。光伏是将光能转化为电能的发电形式，起源于100多年前的"光生伏打现象"。太阳能的利用目前更多的是指光伏发电技术。光伏发电技术根据负载的不同分为离网型和并网型两种，早期的光伏发电技术受制于太阳能电池组件成本因素，主要以小功率离网型为主，满足边远地区无电网居民用电问题。随着光伏组件成本的下降，光伏发电的成本不断下降，预计到2013年安装成本可降至1.5美元/Wp，电价成本为6美分/(kWh)，光伏并网已经成为可能。并网型光伏系统逐步成为主流。 本文主要介绍并网型光伏发电系统的系统组成和主要部件的工作原理。 2并网型光伏系统结构 图1所示为并网型光伏系统的结构。并网型光伏系统包括两大主要部分： 其一，太阳能电池组件。将太阳传送到地球上的光能转化成直流电能；其二，太阳能控制逆变器及并网成套设备，负责将电池板输出直流电能转为电网可接受的交流能量。根据功率的不同太阳能逆变器的输出形式可为单相或者三相；可带隔离变压器，也可不配隔离变压器。
单相全桥型逆变电路原理 电压型全桥逆变电路可瞧成由两个半桥电路组合而成,共4个桥臂,桥臂1与4为一对,桥臂2与3为另一对,成对桥臂同时导通,两对交替各导通180° 电压型全桥逆变电路输出电压uo 的波形与半桥 电路的波形uo 形状相同,也就是矩型波,但幅值 高出一倍,Um=Ud 输出电流io 波形与半桥电路的io 形状相同,幅值增加一倍 VD1 、V1、VD2、V2相继导通的区间,分别对应VD1与VD4、V1与V4、VD2与VD3、V2与V3相继导通的区间 + - VD 3 VD 4
单相半桥电压型逆变电路工作波形 全桥逆变电路就是单相逆变电路中应用最多的, 对电压波形进行定量分析将幅值为Uo 的矩形波 uo 展开成傅里叶级数,得 其中基波幅值Uo1m 与基波有效值Uo1分别为 上述公式对半桥逆变电路也适用,将式中的ud 换成Ud /2 uo 为正负电压各为180°的脉冲时,要改变输出电压有效值只能通过改变输出直流电压Ud 来实现 d d o1m 27.14U U U == π d d 1o 9.022U U U == π O ON u o U - U m i o VD 1 VD 2 VD 1 VD 2 ?? ? ??+++= t t t U u ωωωπ5sin 513sin 31sin 4d o
t 1时刻前V 1与V 4导通,输出电压u o 为u d t 1时刻V 3与V 4栅极信号反向,V 4截止,因i o 不能突变,V 3不能立即导通,VD 3导通续流,因V 1与VD 3同时导通,所以输出电压为零 各 IGBT 栅极信号uG1~uG4及输出电压uo 、输出电流io 的波形 u u u u u i o o ? 各IGBT 栅极信号为180°正 偏,180°反偏,且V 1与V 2栅极信号互补,V 3与V 4栅极信号互补 ? V 3的基极信号不就是比V 1落后 180°,而就是只落后θ ( 0< θ <180°) ? V 3、V 4的栅极信号分别比V 2、V 1 采用移相方式调节逆变电路的输出电压
https://www.doczj.com/doc/2c19324214.html,/ 逆变电源广泛运用于各类：电力、通讯、工业设备、卫星通信设备、军用车载、医疗救护车、警车、船舶、太阳能及风能发电领域。 在电路中将直流电转换为交流电的过程称之为逆变，这种转换通常通过逆变电源来实现。这就涉及到在逆变过程中的控制算法问题。 只有掌握了逆变电源的控制算法，才能真正意义上的掌握逆变电源的原理和运行方式，从而方便设计。在本篇文章当中，将对逆变电源的控制算法进行总结，帮助大家进一步掌握逆变电源的相关知识。 逆变电源的算法主要有以下几种。 数字PID控制 PID控制是一种具有几十年应用经验的控制算法，控制算法简单，参数易于整定，设计过程中不过分依赖系统参数，可靠性高，是目前应用最广泛、最成熟的一种控制技术。它在模拟控制正弦波逆变电源系统中已经得到了广泛的应用。将其数字化以后，它克服了模拟PID控制器的许多不足和缺点，可以方便调整PID参数，具有很大的灵活性和适应性。与其它控制方法相比，数字PID具有以下优点：
https://www.doczj.com/doc/2c19324214.html,/ PID算法蕴涵了动态控制过程中过去、现在和将来的主要信息，控制过程快速、准确、平稳，具有良好的控制效果。 PID控制在设计过程中不过分依赖系统参数，系统参数的变化对控制效果影响很小，控制的适应性好，具有较强的鲁棒性。 PID算法简单明了，便于单片机或DSP实现。 采用数字PID控制算法的局限性有两个方面。一方面是系统的采样量化误差降低了算法的控制精度；另一方面，采样和计算延时使得被控系统成为一个具有纯时间滞后的系统，造成PID控制器稳定域减少，增加了设计难度。 状态反馈控制 状态反馈控制可以任意配置闭环控制系统的极点，实现了逆变电源控制系统极点的优化配置，有利于改善系统输出的动态品质，具有良好的瞬态响应和较低的谐波畸变率。但在建立逆变器的状态模型时将负载的动态特性考虑在内，因此状态反馈控制只能针对空载和已知的负载进行建模。由于状态反馈控制对系统模型参数的依赖性很强，使得系统的参数在发生变化时易导致稳态误差的出现和以及动态特性的改变。例如对于非线性的整流负载，其控制效果就不是很理想。
SPWM波控制单相逆变器双闭环PID调节器的Simulink 建模与仿真 随着电力行业的快速发展，逆变器的应用越来越广泛，逆变器的好坏 会直接影响整个系统的逆变性能和带载能力。逆变器的控制目标是提高逆变器 输出电压的稳态和动态性能，稳态性能主要是指输出电压的稳态精度和提高带 不平衡负载的能力;动态性能主要是指输出电压的THD(Total Hannonic Distortion)和负载突变时的动态响应水平。在这些指标中对输出电压的THD 要 求比较高，对于三相逆变器，一般要求阻性负载满载时THD 小于2%,非线性满载(整流性负载)的THD 小于5%.这些指标与逆变器的控制策略息息相关。文中主要介绍如何建立电压双环SPWM 逆变器的数学模型，并采用电压有效值外 环和电压瞬时值内环进行控制。针对UPS 单模块10 kVA 单相电压型SPWM 逆变器进行建模仿真。通过仿真，验证了控制思路的正确性以及存该控制策略 下的逆变器所具有的鲁棒性强，动态响应快，THD 低等优点。并以仿真为先导，将其思想移植到具体开发中，达到预期效果。 1 三电平逆变器单相控制模型的建立 带LC 滤波器的单相逆变器的主电路结构如图1 所示。图1 中L 为输出 滤波电感，C 为滤波电容，T1,T2,T3,T4 分别是用来驱动IGBT 的三电平的SPWM 波，U0 为输出负载两端的电压。在建立控制系统的仿真模型时，需要 采集负载两端的电压与实际要求的电乐值做比较，然后通过调节器可以得到所 需要调节的值。在此仿真模型中，驱动波形采用的是三电平的SPWM 波形， 具体的产生原理在这不做详细描述。在Matlah 的Simlink 库中SPWM 波的产 生如图2 所示，这里调制比设为0.8.
2008级应用电子技术 毕业设计报告 设计题目单相电压型全桥逆变电路设计姓名及 学号 学院 专业应用电子技术 班级2008级3班 指导教师老师 2011年05月1日
题目：单相电压型全桥逆变电路设计
目录 第一章绪论 1.1整流技术的发展概况 (4) 第二章设计方案及其原理 2.1电压型逆变器的原理图 (5) 2.2电压型单相全桥逆变电路 (6) 第三章仿真概念及其原理简述 3.1 系统仿真概述 (6) 3.2 整流电路的概述 (8) 3.3 有源逆变的概述 (8) 3.4逆变失败原因及消除方法 (9) 第四章参数计算 4.1实验电路原理及结果图 (10) 第五章心得与总结 (14) 参考文献 (15)
第一章绪论 1.1整流技术的发展概况 正电路广泛应用于工业中。整流与逆变一直都是电力电子技术的热点之一。桥式整流是利用二极管的单向导通性进行整流的最常用的电路。常用来将交流电转化为直流电。从整流状态变到有源逆变状态，对于特定的实验电路需要恰到好处的时机和条件。基本原理和方法已成熟十几年了，随着我国交直流变换器市场迅猛发展，与之相应的核型技术应用于发展比较将成为业内企业关注的焦点。 目前，整流设备的发展具有下列特点：传统的相控整流设备已经被先进的高频开关整流设备所取代。系统的设计已经由固定式演化成模块化，以适应各种等级、各种模块通信设备的要求。加上阀控式密封铅酸蓄电池的广泛应用，为分散供电创造了条件。从而大大提高了通信网运行可靠和通信质量。高频开关整流器采用模块化设计、N1配置和热插拨技术，方便了系统的扩展，有利于设备的维护。由于整流设备和配电设备等配备了微机监控器，使系统设备具有了智能化管理功能和故障保护及自保护功能。新旗舰、新技术、新材料的应用，使高频开关整流器跃上了一个新台阶。
计算机仿真实验报告 专业：电气工程及其自动化班级：11电牵4班 姓名：江流 在班编号：26 指导老师：叶满园 实验日期：2014年5月15日
一、实验名称： 单相单极性SPWM逆变电路MATLAB仿真 二、目的及要求 了解并掌握单相单极性SPWM逆变电路的工作原理； 2.进一步熟悉MA TLAB中对Simulink 的使用及构建模块； 3.进一步熟悉掌握用MA TLAB绘图的技巧。 三、实验原理 1.单相单极性SPWM逆变的电路原理图 2、单相单极性SPWM逆变电路工作方式 单极性PWM控制方式（单相桥逆变）：在Ur和U c的交点时刻控制IGBT的通断，Ur正半周，V1保持通，V2保持断，当Ur>cu时使V4通，V3断，U0=Ud，当UrUc时使V3断，V4通，U0=0。
输出电压波形 四、实验步骤及电路图 1、建立MATLAB仿真模型。以下分别是主电路和控制电路（触发电路）模型：
2、参数设置 本实验设置三角载波的周期为t，通过改变t的值改变输出SPWM矩形波的稠密，从而调节负载获取电压的质量。设置正弦波周期为0.02s，幅值为1。直流电源幅值为97V，三角载波幅值为1.2V，三角载波必须正弦波正半周期输出正三角载波，而在正弦波负半周期输出负三角载波，这可以通过让三角载波与周期与正弦波相同、幅值为1和-1的矩形波相乘实现。 五、实验结果与分析 1、设置三角脉冲波形的周期t=0.02/9s时的仿真结果：
太阳能光伏并网控制逆变器工作原理及控制方法摘要：太阳能光伏发电是21世纪最为热门的能源技术领域之一，是解决人类能源危机的重要手段之一，引起人们的广泛关注。本文介绍了太阳能光伏并网控制逆变器的工作过程，分析了太阳能控制器最大功率跟踪原理，太阳能光伏逆变器的并网原理及主要控制方式。 1 引言： 随着工业文明的不断发展，我们对于能源的需求越来越多。传统的化石能源已经不可能满足要求，为了避免面对能源枯竭的困境，寻找优质的替代能源成为人们关注的热点问题。可再生能源如水能、风能、太阳能、潮汐能以及生物质能等能源形式不断映入人们的眼帘。水利发电作为最早应用的可再生能源发电形式得到了广泛使用，但也有人就其的环境问题、安全问题提出过质疑，况且目前的水能开发程度较高，继续开发存在一定的困难。风能的利用近些年来也是热点问题，但风力发电存在稳定性不高、噪音大等缺点，大规模并网对电网会形成一定冲击，如何有效控制风能的开发和利用仍是学术界关注的热点。在剩下的可再生能源形式当中，太阳能发电技术是最有利用价值的能源形式之一。太阳能储量丰富，每秒钟太阳要向地球输送相当于210亿桶石油的能量，相当于全球一天消耗的能量。我国的太阳能资源也十分丰富，除了贵州高原部分地区外，中国大部分地域都是太阳能资源丰富地区，目前的太阳能利用率还不到1/1000。因此在我国大力开发太阳能潜力巨大。 太阳能的利用分为“光热”和“光伏”两种，其中光热式热水器在我
国应用广泛。光伏是将光能转化为电能的发电形式，起源于100多年前的“光生伏打现象”。太阳能的利用目前更多的是指光伏发电技术。光伏发电技术根据负载的不同分为离网型和并网型两种，早期的光伏发电技术受制于太阳能电池组件成本因素，主要以小功率离网型为主，满足边远地区无电网居民用电问题。随着光伏组件成本的下降，光伏发电的成本不断下降，预计到2013年安装成本可降至1.5美元/Wp，电价成本为6美分/(kWh)，光伏并网已经成为可能。并网型光伏系统逐步成为主流。本文主要介绍并网型光伏发电系统的系统组成和主要部件的工作原理。 2 并网型光伏系统结构 图1所示为并网型光伏系统的结构。并网型光伏系统包括两大主要部分：其一，太阳能电池组件。将太阳传送到地球上的光能转化成直流电能；其二，太阳能控制逆变器及并网成套设备，负责将电池板输出直流电能转为电网可接受的交流能量。根据功率的不同太阳能逆变器的输出形式可为单相或者三相；可带隔离变压器，也可不配隔离变压器。
100kW光伏并网逆变器 设计方案 目录 1. 百千瓦级光伏并网特点 (2) 2 光伏并网逆变器原理 (3) 3 光伏并网逆变器硬件设计 (3) 3.1主电路 (6) 3.2 主电路参数 (7) 3.2.1 变压器设计............................................................................. 错误!未定义书签。 3.2.3 电抗器设计 (7) 3.3 硬件框图 (10) 3.3.1 DSP控制单元 (11) 3.3.2 光纤驱动单元 (11) 3.3.2键盘及液晶显示单元 (13) 3 光伏并网逆变器软件 (13)
1. 百千瓦级光伏并网特点 2010年全球太阳能光伏发电系统装机容量将达到10000MWp（我国将达到400MWp），2010年以后还将呈进一步加速发展趋势。百千瓦级大型光伏发电并网用逆变控制功率调节设备，成本低，效率高，容量大，被国内外光伏界公认为是适合大功率光伏发电并网用的最具技术含量、最有发展前景的新一代主流产品，直接影响到未来光伏发电的走向。 百千瓦级大功率光伏并网逆变电源其应用对象主要为大型光伏并网电站，从原理上讲，其并网控制技术与中小功率光伏并网系统的控制技术基本相同，但由于装置容量较大，在技术指标的实现达标和功能设计方面却有较大区别。 在技术指标上，主要会影响： 1.并网电流畸变率 在系统的额定容量达到一定数量级时，一些存在的技术问题将会逐步暴露并影响到系统的性能指标，其最重要的一点就是并网电流波形畸变率的控制和电流滤波方式。该系统中的主变压器一般选择为三相Δ/Y型式，且容量较大，此时变压器的非线性和励磁电流对并网电流波形的影响不容忽视，否则会引起并网电流波形的明显畸变和三相电流不平衡。 2.电磁噪声 由于是三相桥式逆变结构，受IGBT功率模块的开关频率限制及考虑系统的效率指标，系统的电流脉动要远高于中小功率系统，对电流的滤波和噪声控制需要特别注意，此时对系统的滤波电路设计和并网电流PWM控制方式的研究至关重要。由于系统的dv/dt、di/dt和电流幅值较大，其EMI和EMC的指标实现可能存在技术难度，由于系统的噪声可能影响其电流、功率的检测和计算精度，在最大功率跟踪和孤岛效应识别等方面的影响还难以预计。 在技术指标上，主要考虑： 1)主电路工艺结构设计 2)散热工艺结构设计 3)驱动方式设计
电流源型单相全桥逆变电路的设计 摘要 本次设计说明书首先介绍了电流源型单相全桥逆变电路的特点和原理，用单相桥式电流型逆变电路的原理图说明了该电路是采用负载换相方式工作的，要求负载电流略超前于负载电压，又详细分析该电路的工作过程，并用图给出该逆变电路的工作波形。最后根据以上分析运用仿真软件PSIM对电路进行仿真设计，得到波形图。 关键词：电流源型单相电路，逆变电路，PSIM仿真 ' 目录
. 1.电流源型单相全桥逆变电路研究-----------------------------------------3 逆变电路介绍----------------------------------------------------3 电流型逆变电路的主要特点----------------------------------------3 电流源型单相全桥逆变电路----------------------------------------3 电流源型单相全桥逆变电路工作过程--------------------------------4 2.电流源型单相全桥逆变电路设计------------------------------------------7 电路设计原理----------------------------------------------------7 电路仿真图------------------------------------------------------7 3.参数设定及仿真结果----------------------------------------------------8 直流侧仿真------------------------------------------------------8 ) 参数设定-------------------------------------------------8 仿真结果-------------------------------------------------8交流侧仿真------------------------------------------------------8 参数设定-------------------------------------------------8 仿真结果-------------------------------------------------9 4.小结------------------------------------------------------------------9 5.参考文献--------------------------------------------------------------10 :
双环反馈控制的 SPWM 逆变电源中电流环的设计 陈元娣,朱忠尼,林 洁 (空军雷达学院电子对抗系, 武汉 430019 摘要:针对目前电流环的设计方法不明确的问题, 通过建立 DC/AC系统的动态模型并对该模型进行理 论上的推导和分析得出了电流环的设计方法. 该方法在系统参数不完全明确的情况下, 电流内环尽量采取 PI 调节器, 将使系统的稳定性更好, 参数调整比较方便, 能满足一定的带宽和动态特性. 通过仿真实验验证了理论推导的正确性. 关键词:逆变器 ; 双环反馈 ; 电流环中图分类号:TM464 文献标识码:A 近年来, SPWM 正弦波逆变器的反馈控制技术发生 2个较大变化, ①单环控制变为多环控制, ②有效值恒定反馈变为“瞬时” 值反馈, 目的是为了提高系统的动态响应速度和改善并控制在任意负载, 特别是非线性负载下的输出波形 . 对于双环 系统, 一般采取电压外环, 电流内环的设计. 电压环的作用是跟踪和稳定输出电压,它的设计大多采取 PI 调节器模式. 电流环的作用是使逆变器的动态响应加快, 负载适应能力加强, 并具有输出电流限制能力, 可提高系统的可靠性, 因此, 电流环的设计是双环反馈控制的关键技术之一.对于电流环的设计, 常见有 P 和 PI 2种设计方法 , 在实际应用中到底选哪种方法合适,目前还没有成熟的结论. 本文通过建立 DC/AC系统的动态模型, 对该模型进行理论上的简化和特性分析.理论分析表
明:在系统参数不完全明确的情况下, 电流内环尽量采取 PI 调节器; 当系统参数基本明确或系统的惯性较小 (如大功率逆变器情况下, 可以考虑采取 P 调节器, 可以降低系统的调节难度, 提高系统的响应速度.通过对实际系统的仿真验证了本文结论的正确性. 1系统动态模型的简化设计原则 图 1是 SPWM 正弦波逆变器的功率电路原理 框图. 图 2是其等效模型, 图中 T 1=L /r 为滤波器电感的时间常数, r 为滤波电感直流电阻, T 为电压检测电路 的延迟时间常数, LT 为电流环, SPWM 控制器加逆 变器的等效模型为 G 1= K PWM U ab s Ls +r s s
题目如下： 使用IGBT完成逆变电路仿真，直流电压300V。阻感负载，电阻值1Ω，电感值3mH。调制深度m=0.5。输出基波频率50Hz，载波频率为基频15倍，即750Hz。分别按下列要求仿真输入输出波形，进行谐波傅里叶分析。绘制主要器件的工作波形。 1，单极性SPWM方式下的单相全桥逆变电路仿真，及双极性SPWM方式下的单相全桥逆变电路仿真。对比两种调制方式的不同。 题目中需要做单极性与双极型SPWM的单相全桥逆变电路仿真，那么首先了解一下SPWM的原理。 SPWM控制的基本原理 PWM（Pulse Width Modulation）控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术。即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要的波形。PWM控制技术在逆变电路中的应用最为广泛，对逆变电路的影响也最为深刻，PWM控制技术在逆变电路中的应用也最具代表性。面积等效原理是PWM控制技术的重要理论基础，即在采样控制中，冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的同一环节上时，其效果基本相同。其中，冲量指的是窄脉冲的面积；效果基本相同是指环节的输出响应波形基本相同。如图1.1所示，三个窄脉冲形状不同，但是它们的面积都等于1， 图1.1 SPWM控制如下：
如图1-2是单相PWM逆变电路VT1~VT4是四个IGBT管，VD1~ VD4是四个二极管，调制电路作为控制电路控制IGBT导通与关断来得到所需要的波形。 图1-2 计算法和调制法： SPWM逆变电路主要有两种控制方法：计算法和调制法。计算法是将PWM脉冲宽度的波形计算出来，显然这种方法是很繁琐的，不采用。调制法是用一个三角波作为载波，将一正弦波作为调制信号进行调制。我们采用调制法。因为等腰三角波上下宽度与高度呈线性关系且左右对称，当它与一个平缓变化的正弦调制信号波相交时，在交点时刻就可以得到宽度正比于正弦信号波幅度的脉冲 单极性与双极型的控制方法如下： 1单极性PWM控制方式： 如图1-3所示，在u r和u c的交点时刻控制IGBT的通断 u r正半周，VT1保持通，VT2保持断 . 当u r>u c时使VT4通，VT3断，u o=u d当u r单相桥式逆变电路设计
《电力电子技术》课程设计说明书单相桥式逆变电路的设计 院、部：电气与信息工程学院 学生姓名： 指导教师：桂友超职称副教授 专业：电气工程及其自动化 班级： 完成时间： 2014年6月
电力电子技术》课程设计任务书 一、课程设计的目的 通过课程设计达到以下目的 1、加强和巩固所学的知识，加深对理论知识的理解； 2、培养学生文献检索的能力，特别是如何利用Internet检索需要的文献资料； 3、培养学生综合分析问题、发现问题和解决问题的能力； 4、培养学生综合运用知识的能力和工程设计能力； 5、培养学生运用仿真软件的能力和方法； 6、培养学生科技写作水平。 二、课程设计的主要内容 1、关于本课程学习情况简述 2、主电路的设计、原理分析和器件的选择； 3、控制电路的设计； 4、保护电路的设计； 5、利用MATLAB软件对自己的设计进行仿真。 三、课程设计的要求 1、通过查阅资料，确定自己的设计方案； 2、按学号尾数定课题，即课题一的学号尾数为1，以此类推。自拟参数不能雷同； 3、要求最后图纸是标准的CAD图； 4、课程设计在第18周五前交上来。 四、课题 1、课题一：单相桥式可控整流电路的设计 已知单相交流输入交流电压220V，负载自拟，要求整流电压在0~100V连续可调，其它性能指标自定。 2、课题二：三相半波可控整流电路的设计 已知三相交流输入线电压380V，要求整流电压在0~100V连续可调，负载自拟，其它性能指标自定。 3、课题三：三相桥式可控整流电路的设计
已知三相交流输入线电压380V，要求整流电压在0~100V连续可调，负载自拟，其它性能指标自定。 4、课题四：直流降压斩波电路的设计 已知直流输入电压200V，负载自拟，要求输出电压在50~100V可调，其它性能指标自定。 5、课题五：直流升压斩波电路的设计 已知直流输入电压200V，负载自拟，要求输出电压在300~400V可调，其它性能指标自定。 6、课题六：直流升降压斩波电路的设计 已知直流输入电压200V，负载自拟，要求输出电压在100~300V连续可调，其它性能指标自定。 7、课题七：单相桥式逆变电路的设计 已知直流输入电压100V，负载自拟，要求交流输出电压频率范围在30~60HZ，电压在30~50V范围可调，其它性能指标自定。 8、课题八：单相交流调压电路设计 已知单相交流输入交流电压220V，负载自拟，要求输出交流电压在0~220V 可调，其它性能指标自定。 9、课题九：三相交流调压电路的设计 已知三相交流输入交流线电压380V，负载自拟，要求输出交流电压在0~200V可调，其它性能指标自定。 10、课题十：三相桥式逆变电路的设计 已知直流输入电压100V，负载自拟，要求交流输出电压频率范围在30~60HZ，电压在30~50V范围可调，其它性能指标自定。 注意：若已经按上课时我讲解的内容和安排的课题进行了设计，则不必再更改。 五、格式要求 1、格式严格按照教务处规定的毕业设计格式； 2、文档内容： 1）绪言：主要介绍对本课程学习情况；本设计内容的掌握情况；拟出设计任务书。 2）主电路设计： （1）电路原理图：用CAD绘制电路； （2）原理分析：用自己的语言；
单相单极性SPWM逆变电路matlab仿真
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计算机仿真实验报告 专业：电气工程及其自动化班级：11电牵4班 姓名：江流 在班编号：26 指导老师：叶满园 实验日期：2014年5月15日
一、实验名称： 单相单极性SPWM逆变电路MATLAB仿真 二、目的及要求 了解并掌握单相单极性SPWM逆变电路的工作原理； 2.进一步熟悉MA TLAB中对Simulink 的使用及构建模块； 3.进一步熟悉掌握用MA TLAB绘图的技巧。 三、实验原理 1.单相单极性SPWM逆变的电路原理图 2、单相单极性SPWM逆变电路工作方式 单极性PWM控制方式（单相桥逆变）：在Ur和U c的交点时刻控制IGBT的通断，Ur正半周，V1保持通，V2保持断，当Ur>cu时使V4通，V3断，U0=Ud，当UrUc时使V3断，V4通，U0=0。 输出电压波形
四、实验步骤及电路图 1、建立MATLAB仿真模型。以下分别是主电路和控制电路（触发电路）模型：
2、参数设置 本实验设置三角载波的周期为t，通过改变t的值改变输出SPWM矩形波的稠密，从而调节负载获取电压的质量。设置正弦波周期为0.02s，幅值为1。直流电源幅值为97V，三角载波幅值为1.2V，三角载波必须正弦波正半周期输出正三角载波，而在正弦波负半周期输出负三角载波，这可以通过让三角载波与周期与正弦波相同、幅值为1和-1的矩形波相乘实现。 五、实验结果与分析 1、设置三角脉冲波形的周期t=0.02/9s时的仿真结果：
太阳能逆变器开发思路和方案 内容摘要：摘要：针对光伏并网发电系统中关键部件逆变器的结构设计与控制方法研究进行了详细分析和阐述。从电网.光伏阵列以及用户对逆变器的要求出发，分析了各种不同的逆变器拓扑结构与控制方法，比较其运行效率和控制效果。对于目前国内外光伏发电系统中并网逆变器的研究现状.亟待解决的问题进行了阐述，指出光伏发电系统中并网逆变器高效可靠运行的发展方向。 摘要：针对光伏并网发电系统中关键部件逆变器的结构设计与控制方法研究进行了详细分析和阐述。从电网.光伏阵列以及用户对逆变器的要求出发，分析了各种不同的逆变器拓扑结构与控制方法，比较其运行效率和控制效果。对于目前国内外光伏发电系统中并网逆变器的研究现状.亟待解决的问题进行了阐述，指出光伏发电系统中并网逆变器高效可靠运行的发展方向。 关键词：光伏并网发电系统；逆变器；拓扑结构；最大功率点跟踪；孤岛效应 O 引言由于传统能源的枯竭和人们对环境的重视，电力系统正面临着巨大变革，分布式发电将成为未来电力系统的发展方向。其中，光伏发电以其独特的优点，被公认为技术含量高.最有发展前途的技术之一。但是光伏发电系统存在着初期投资大.成本较高等缺点，因而探索高性能.低造价的新型光电转换材料与器件是其主要研究方向之一。另一方面，进一步减
少光伏发电系统自身损耗.提高运行效率，也是降低其发电成本的一个重要途径。逆变器效率的高低不仅影响其自身损耗，还影响到光电转换器件以及系统其他设备的容量选择与合理配置。 因此，逆变器已成为影响光伏并网发电系统经济可靠运行的关键因素，研究其结构与控制方法对于提高系统发电效率.降低成本具有极其重要的意义 [5] 。 本文从电网.光伏阵列以及用户对于并网逆变器的要求出发，分析了不同的逆变器拓扑结构与控制方法，比较了其运行效率和控制效果。对于目前国内外光伏发电系统中并网逆变器的研究现状.亟待解决的技术问题进行了综合，进一步指出了光伏发电系统中并网逆变器高效可靠运行的发展方向。 1 光伏发电系统对逆变器的要求光伏并网发电系统一般由光伏阵列.逆变器和控制器3 部分组成。逆变器是连接光伏阵列和电网的关键部件，它完成控制光伏阵列最大功率点运行和向电网注入正弦电流两大主要任务。 1 .1 电网对逆变器的要求逆变器要与电网相连，必须满足电网电能质量. 防止孤岛效应和安全隔离接地3 个要求。 为了避免光伏并网发电系统对公共电网的污染，逆变器应输出失真度小的正弦波。影响波形失真度的主要因素之一是逆变器的开关频率。在数控逆变系统中采用高速 DSP 等新型处理器，可明显提高并网逆变器的开关频率性能，它已成为实际系统广泛采用的技术之一；同时，逆变器主功率元件的选择也至关重要。小
H桥逆变器 S P W M M A T L A B仿真文档编制序号：[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08]
MATLAB仿真技术大作业 题目：H桥逆变器SPWM仿真 单相逆变器（H桥）。直流电压500V，使用直流电压源模块；逆变器用Universal Bridge模块，器件选IGBT。负载用阻感串联负载，电阻1，电感15mH。 使用三角波作为载波，载波频率750Hz，调制度，基波频率50Hz。仿真时间秒，使用ode23tb求解器。 本次仿真关注稳态时的情况。分析谐波成分时，取秒之后的2个工频周期的波形进行分析，基波频率50Hz，最大频率3500Hz。 1、双极性SPWM仿真 采用双极性SPWM，完成以下内容：
(1)在同一副图中，画出载波与调制波的波形 ； (2)记录逆变器的输出电压（即负载两端的电压）波形，采用Powergui模块中FFT Analysis子模块进行谐波分析， （3） (a)分析基波电压是否与理论公式相符； 基本相符，理论值为500*=400，实际值，相对误差% (b) 分析电压谐波成分，并给出结论； 谐波集中在载波频率（750hz）及其整数倍附近
(3)记录负载电流的波形，并进行谐波分析。 谐波分析 负载电流谐波成分与电压基本一致。 2、单极性SPWM仿真 采用单极性SPWM，重复上述仿真，即，完成以下内容： (1)在同一副图中，画出载波与调制波的波形； (2) 记录逆变器的输出电压（即负载两端的电压）波形，采用Powergui模块中FFT Analysis子模块进行谐波分析， 谐波分析 (a) 分析基波电压是否与理论公式相符； 基本相符 (b) 分析电压谐波成分，并给出结论； 谐波分别很散，与理论不符 (3)记录负载电流的波形，并进行谐波分析。 (4)对比分析单极性SPWM，双极性SPWM输出电压谐波成分的特点，在相同LC 滤波器参数时，其负载电流THD的情况。 单极性谐波应该少，实际仿真结果反而多 3、级联H桥逆变器仿真 两个H桥级联，每个桥的逆变器参数都与前面的相同。负载为阻感串联负载，电阻1，电感15mH。
指导教师评定成绩： 审定成绩： 重庆邮电大学 自动化学院 综合设计报告 设计题目：单相桥式PWM逆变电路设计 单位（二级学院）：自动化学院 学生姓名：梁勇 专业：电气工程与自动化 班级：0830702 学号：07350225 指导教师：罗萍 设计时间：２０１０年１０月 重庆邮电大学自动化学院制
目录 一、课程设计任务 (2) 二、SPWM逆变器的工作原理 (2) 1.工作原理 (3) 2.控制方式 (4) 3.单片机电源与程序下载模块 (7) 4.正弦脉宽调制的调制算法 (8) 5.基于STC系列单片机的SPWM波形实现 (11) 三、总结 (14) 四、心得体会 (15) 五、附录： (17) 1.程序 (17) 2.模拟电路图 (19) 3.电路图 (22)
摘要： 单片机控制逆变电路，以逆变器为主要元件，稳压、稳频输出的电源保护设备。采用面积等效的SPWM波，又单片机为主导，输出三角波和正弦波再由这两个波相叠加输出spwm波来控制逆变电路的触发，使其把直流编程频率可变的交流电 关键字：单片机逆变电源正弦波脉冲触发 单相桥式PWM逆变电路设计 一、课程设计任务 对单相桥式pwm逆变电路的主电路及控制电路进行设计，参数要求如下：直流电压为12 V，L=1mH，要求频率可调，输出为5V的正弦交流电。 设计要求：1.理论设计：了解掌握单相桥式PWM逆变电路的工作原理，设计单相桥式PWM逆变电路的主电路和控制电路。包括： IGBT电流，电压额定的选择 驱动电路的设计 画出完整的主电路原理图和控制原理图 列出主电路所用元器件的明细表 二、SPWM逆变器的工作原理 由于期望的逆变器输出是一个正弦电压波形，可以把一个正弦半波分作N 等分。然后把每一等分的正弦曲线与横轴所包围的面积都用个与此面积相等的等高矩形脉冲来代替，矩形脉冲的中点与正弦波每一等分的中点重合。这样，由N 个等幅不等宽的矩形脉冲所组成的波形为正弦的半周等效。同样，正弦波的负半周也可用相同的方法来等效。 这一系列脉冲波形就是所期望的逆变器输出SPWM波形。由于各脉冲的幅值相等，所以逆变器可由恒定的直流电源供电，逆变器输出脉冲的幅值就是整流器的输出电压。当逆变器各开关器件都是在理想状态下工作时，驱动相应开关器件的信号也应为与形状相似的一系列脉冲波形，这是很容易推断出来的。 从理论上讲，这一系列脉冲波形的宽度可以严格地用计算方法求得，作为控制逆变器中各开关器件通断的依据。但较为实用的办法是引用通信技术中的“调制”这一概念，以所期望的波形(在这里是正弦波)作为调制波(ModulationWave )，而受它调制的信号称为载波(Carrier Wave )。在SPWM中