逆变器的设计技术及电路拓扑纵览 Trace Engineering Company,Inc.U.S.A 著
董文斌 译
二一年
第一部分电子开关类型Electronic Switch Types
这一部分我们将考查业已用于和正在运用于逆变器设计的各种开关类型
逆变器上使用的这些开关的使用目的就在于把直流电DC分解成脉冲列而这些脉冲随之可能被应用于变压器或滤波器系统而产生高压交流电AC
由于开关的设计技术和性能持续改进提高使得逆变器效率不断提高体积不断减小功率水平不断增大由于生产工艺的改进和采用新材料半导体开关类型已发生了巨大的变化由低质量开关导致的损失已经大大减少了而且每天都有新的进步产生下面让我们首先来考查几种不同类型的开关
一.振动变流器开关 Vibrator Switches
最早的商业上的逆变器比如Tripplite是通过使用机械振动变流器实现逆变器内的开关功能的这种类型的开关本质上是一种振动继电器;这种振动变流器有很强的处理大电流的能力而且阻性损耗很低
总的说来振动变流器解决了一些实际问题即应付了一时之需或者说在半导体尚未发明之前虽然当时效率低下且需要很高工作电压的真空管作为新型电子元件是可用的但真空管的特性决定了它是不可能用于逆变器设计的,振动变流器就是问题的解决方案
振动变流器最大的缺点就是事实上它们是一个机械装置而且可能可靠性很低触点遭受电弧的烧灼当有允许的持续的电流流过时某些情况下会把触点焊接在一起半导体一出现振动变流器类型的开关就被半导体完全取代了
二.可控硅整流开关Silicon Controlled Rectifier (SCR’s)
可控硅整流型开关称为SCR’s已经取代了机械振动变流器开关这种开关完全是固态的且能量的流通是被一个门控制的当门极电流达到一定的阀限则可控硅整流器就会导通,且只有当门极电流降到其关断极限以下时可控硅才会关断这样就可以把可控硅看作一个闭锁型的电子继电器
可控硅突出的一点是其处理大电流的能力某些类型的可控硅可高达1000A和在高电压下良好工作其缺点是有较高的静态压降典型地超过1.0V 和很低的开关速度这使得它不适用于高频应用可控硅的另一个问题是其关
断能力即在什么情况下可控硅不会关断
现在可控硅仍然在那些空载损耗占总的输出能量极小百分比的应用中广泛
运用着比如某种20KW的逆变器
三.达林顿晶体管 Darlington Transistors
达林顿对晶体管是稍后一种用于逆变器的开关元件容易制备的锗晶体管在高效工作情况下很难有足够高的增益锗晶体管的典型增益为10这意味着要驱动流过晶体管的60A的工作电流必须有6A的驱动电流显然效率太低了
达林顿晶体管开关的出现解决了这样一个问题获得了高增益一般地
它的增益大于100这种开关的工作性能良好但有两个缺陷使得它不适合于
某些类型的逆变器它的高阻抗特性必然意味着低效率另外低的开关速度意味着其在高频逆变器应用中是不适合的
四.金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET Metal Oxide
Semiconducting Field Effect Transistor
最新最伟大的开关技术是金属氧化物半导体场效应晶体管的出现
在某些方面场效应晶体管解决了逆变器设计中遇到的所有问题场效应管本质上是一个可变电阻其通态电阻非常低而且场效应管易于驱动在电路中易于连接它的损耗很小通流能力很好60100A场效应晶体管可能的很少缺点当中之一是它们不能在高压下操作而且通流能力仍然达不到SCR的水平然而场效应晶体管非常易于并联工作场效应晶体管由于其坚固耐久性是中等功率应用的理想元件实践证明不论高频还是低频场效应管都是逆变器应用的一种卓越的开关类型
五. 绝缘栅双极型晶体管IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)
IGBT像一个带有场效应控制栅极的双极型晶体管就像场效应晶体管IGBT易于驱动但不象场效应晶体管有很高的静态压降典型地不低于1.5
2V IGBT集合了SCR的某些特性,比如非常好的高工作电压和大电流处理能力以IGBT太慢的开关速度使得把IGBT用于高频电路变成一件非常复杂的任务
在一定高的工作频率下应用这种类型的开关是有许多益处的但必须承担为使其可靠高效工作而进行设计所带来的花费和复杂劳动另外较高的空载损耗使得这种开关更适合运用于大功率高电压领域
第二部分 逆变器电路拓扑和设计实践
Inverter Topologies and Design Practices 许多拓扑结构或者说电路设计已经大大推动了由低压直流电源建立高
压交流电这一逆变技术的进步这一部分将考查过去现在和将来的电力逆变器的设计技术
一.方波和改善方波逆变器
1.基于低频变压器的逆变器
下面的电路拓扑都是基于在低压直流边有低频开关并把直流脉冲加到一
个升压变压器上的结构两种常见的电路拓扑是推挽电路和H桥电路推挽拓扑适合于产生方波和改善方波输出而H桥用于产生方波或正弦波输出通常的基于低频变压器的逆变器流程图表示如下:
2.方波逆变器
方波逆变器的名称来源于其输出波形的形状见图1
图1 方波输出波形
方波逆变器是最初的电子逆变器最早的逆变器如Ttipplite,利用机械振动变流器形式的开关把低压直流电分解成脉冲,这些脉冲被输入到一个变压器经变压器升高电压随着半导体开关的兴起机械振动变流器已完全被固态晶体管开关取代
最常见的电路拓扑是用于产生方波输出的推挽电路见图2
图2 推挽电路--方波输出
推挽电路设计实际的基本工作原理如下
上面的晶体管开关关闭使得电流从电池负极通过变压器初级绕组流向正极这就在变压器副边建立起一个电压,这个电压等于电池电压的若干倍(实际上就是变压器的变比,初次级线圈的匝数比)
注:在同一时刻只有一个开关闭合(见下面图4A所示).
经过大约8ms时间(60Hz交流周期的一半)后,开关被触发上面的开关打开,下面的开关关闭使电流以相反的方向流过(见下面图4B所示)这个周期反复重复,高压交流电就产生了
图4A 图4B 采用推挽电路这种方式的主要问题是变压器中的电流不得不瞬间转换方向这就像一辆以每小时50公里速度行驶的汽车突然转向一样,这导致效率突然降低,同时也使波形发生了畸变另一个缺陷是一个作为推挽电路设计的变压器
必须有两个初级绕组.这种变压器设计的要求是一项复杂的任务,而且增加成本体积又笨重
方波逆变器仍在生产并广泛应用着但它有几个主要的缺陷输出波形中
有很高的总谐波畸变THD,Total Harmonic Distortion这种波形的电力用于驱动马达时由于会产生过热所以马达不会很好工作这是由其波形特性及缺乏
电压调节能力决定的----输出脉冲电压的峰值直接取决于电池电压由于变压器变比是固定的电池电压的任何变化都会影响到输出峰值电压对方波来讲电压有效值等同于峰值电压进而输出功率取决于电池电压
最后大多数方波逆变器都有很普通的效率典型地大约为80%而且空载损耗很高
3.改善方波逆变器
在推挽方波电路中加入一个额外的绕组及其它一些部件就可输出改善方波(市场上常见的通常称为改善正弦波) (见图5)
图5 改善方波
开关的开关周期除了一个额外的步骤外,和方波逆变器部分的描述是一样的在开关周期中,多了一个用以消除变压器中电流突然换相带来的问题的步骤这是通过图6中所示的一个关断时刻短接线圈off-time shorting winding 来完成的当一个开关打开另一个开关闭合前通过短接线圈的开启闭合有效地耗掉了变压器中的电流这就像一辆小轿车先减速然后掉头一样这就比先前提到的情况好多了关断时刻短接为输出波形提供了一个绝好的过零方法这等同于为此使用更多的电子设备另外的好处是提高了效率降低了总的谐波畸变有些制造商通过在交流输出线上直接加接一个固态开关来实现关断时刻短接功能这种方法当然可以采用但这个开关和交流输出线是不隔离的因而易于遭受由电抗性负载如电机引起的瞬态输出变化而损坏把短接线圈设在变压器上更可取因为它和交流输出是隔离的
图6 带有短接线圈的推挽电路
改善方波的主要优点在于它可以通过改变脉冲宽度(或者说改变关断时间)来调节输出电压的有效值RMS,Root-Mean-Square调节脉冲宽度即使之宽
度变化的方法指的是脉冲宽度调制PWM,Pulse Width Modulation技术有效值调节的实质是把波形的内部面积等效为全部时间内的面积由于峰
值电压或说脉冲高度是由电池电压和变压器变比决定的正如前面提到的一样当峰值电压增大时在脉冲宽度不变的情况下脉冲内部面积必然增大
方波逆变器对电压有效值的增加无能为力但是若PWM控制允许脉冲宽度变窄
那么就可以保持波形内部面积为定值见图7B
图7B 利用PWM调节电压有效值
相反地如果电池电压减小那么输出电压有效值也将减小如果脉冲宽
度不变在这种情况下可以通过减小脉冲的宽度实现对电压有效值的调节
增大或减小脉冲宽度是通过控制晶体管开关的开通关断的时间来实现的事实上存在这样一点随着脉冲宽度的增加过零时间点将不再出现实际上这时候呈现出的正是方波超过这一点电压有效值就不再可调了改善方波逆变器比之于方波逆变器是一个巨大的进步它们提供了一种很
好的电压调节方式具有很低的总谐波畸变和较高的总体效率
电动机在改善方波电压的驱动下可以良好运行其它电气设备也可无故
障地运行
4.推挽电路概要
推挽电路结构是电子逆变技术发展过程中的第一步它的一些主要缺点是变压器设计太过复杂对方波设计而言变压器损耗太大
其优点是电路的整体设计简单制造成本低廉
现在仍然有许多制造商把推挽电路结构运用于电力逆变器
二.H桥逆变器
H桥结构与推挽结构一样可以完成大致相同的任务.这种结构的主要优点是其变压器初级绕组只需一个绕组H桥逆变器是随着半导体晶体管技术的发展而出现的由于电流要流经串联的两只晶体管开关(而不是推挽电路中的一只),这
意味者其损耗将是旧式推挽逆变器的两倍这就使得推挽电路成为产生方波和改善方波的基本电路场效应晶体管的出现使得人们可以更容易地运用H桥电路图8所示为即为一个H桥电路开关的布置情况晶体管被分成四个组或四个角,桥的中间通过变压器原边连接起来形成一个H形实际上每一组晶
体管开关都是由多个晶体管并联组成的为的是在开关导通时可以处理很大的电流并且有较低的损耗称作晶体管的通态损耗另外必须注意到在H桥电
路的变压器上没有关断时刻短接线圈电流仍然转换方向但现在是通过同时关闭底部的两组开关完成短接功能的这样在上面的开关打开后可以有效地短接变压器的初级线圈移除残余的电流
图8 H桥拓扑结构
就像推挽电路一样晶体管以一种有序而具体的方式打开闭合以产生
波形的每一部分这种方式如下所述
桥的相对的两角的开关闭合允许电流从电池的负极经变压器原边绕组流
回电池的正极端图9A这个电流在变压器的副边也激发起一个电流其对应的峰值电压等于电池电压的若干倍当然这个倍数就是变压器的变比经过一段时间(随对电压调节的脉冲宽度调制控制而不同),先前闭合的开关打开,底部的两组晶体管开关闭合实现关断时刻短接(图9B)开通时间和关断时间长度(或称为脉冲的宽度)是由PWM控制器决定的
下一步,在A中另一组对角的开关闭合,允许电流以A中相反的方向流过变压器(图9C)这半个周期完成以后,底部的开关关闭实现关断时刻短接,随之这
样的周期重复发生,交流电产生了
A B C
两对角关闭 关断时刻短接 相反两角关闭
图9 H桥状态示意图
H桥设计的效率主要依赖于所使用的晶体管开关的品质和并联晶体管的数目这种设计的损耗绝大多数发生在晶体管开关上,所以随着晶体管技术的进步,使基于H桥的逆变器的性能的提高也会成为可能使用H桥电路的逆变器的例子是Trace工程公司的DR和SW系列逆变器
三.双变压器低频逆变器
用以产生改善方波的双变压器方案等同于两个方波输出且变压器次级线
圈串接在一起的推挽逆变器低频图10通过合理安排两个逆变器开关的
开关时间使得它们彼此不同相地工作结果的波形就是改善方波Heliotrope 逆变器就是应用双变压器设计的
图10 双变压器仅为改善方波
这种变压器中开关的工作方式和前面在推挽逆变器中所描述的是一样的
图11所示的为每个变压器的输出波形以及整个的输出结果通过调节两方波形间的相位关系是可以实现最终输出的脉冲宽度调节的
图11双变压器输出波形
四. 高频逆变器HF Inverter
高频逆变器是另一种由低压直流建立高压交流的途径其名称当中的高频
是指晶体管开关的速度这种逆变器先把蓄电池低压直流变为低压交流之后经过一个高频变压器产生高压交流这个高压交流随之被整流变回直流变成高压直流最后通过一个低频开关一个H桥产生交流电
高频变压器输出可能是改善方波或正弦波
高频设计的缺陷是起动电动机或电抗性负载时的抗浪涌能力比较差而且
实际上其部分晶体管与交流输出并不是隔离的由电抗性负载引起的瞬态现象极
可能导致输出晶体管的损坏另外一般地高频逆变器的负极并不和交流输出隔离
以下所示为一个高频改善方波输出逆变器的流程图
高频逆变器流程图
晶体管开关的结构是一个变压器原边被一个高压源代替的H桥型开关布局且通常是倒转使用的图12高压开关的作用是把输入的低压直流变成高压直流输出高压电源的正负极端通过桥交替地和交流输出线接通这样一来输出脉冲宽度被调制了这提供了一种极好的电压调节功能
图12 基于H桥电路的高频逆变器
在高频逆变器中被通断的电压是直流高压.在一个基于H桥的低频逆变器里,电池的低压直流通过变压器被通断高频设计的关断时刻短接是通过开闭连接交流输出边且在高压直流开关零电压边的两个晶体管实现的.谨记:在开关转换其间开关必须要进行开关时刻短接
下面三幅图是高频逆变器一个周期内开关状态的示意由于H桥开关已经讨论过,故这里仅给出关于输出级开关状态的图解描述和电流的流向
图13 高频逆变器H桥开关状态图
高频开关逆变器的主要优点是重量轻体积小在小功率逆变器功率低
于300W当中高频逆变器的成本是较低的
高频逆变器的缺点是其抗浪涌能力很差这当然是由于其基于桥式电路的
开关能量转换特性决定的这限制了它在电动机性负载中的应用由于晶体管
开关和输出交流负载间没有变压器的隔离且电路中的电流就像飞轮一样突然快速转向这使得驱动感性负载时晶体管非常易于损坏
高频逆变器呈现出很高的空载电流这是由于其高压开关经常地在运行
而且这通常会导致高频信号对电视无线广播信号的干扰
五. 正弦波输出逆变器
就像改善方波和方波逆变器一样有多种途径和电路拓扑已经被用来设计
正弦波输出的逆变器这些逆变器由于在驱动负载方面更像公共电网而变得十分可取其缺陷就是构造这种逆变器随之而来的复杂工作和较高的花费正弦波如图14所示图上有几个关键点
图14 纯正弦波50z频率
六. 旋转变流逆变器
最早的从DC到AC的逆变器是旋转变流逆变器实质上这种设备是一台由直流电动机拖动的交流发电机见图5旋转变流逆变器的优点是可以产生
非常纯的正弦波输出当然这是以其极低的效率典型地为60%和非常高的空载损耗为代价的
图15 旋转变流逆变器系统框图
Redi-Line公司仍然生产旋转变流逆变器它们仍在伺服机车和航空器上广泛应用着尽管已在提高效率方面有了一些技术上的进步但大部分已过时了旋转变流逆变器的可靠性非常高但更多的缺陷诸如太差的抗浪涌能力
起动电机笨重庞大的体积和很大的工作噪音已把这种类型的逆变器推到
了一种即将退出但还没有退出历史舞台的境地
七. 亚铁共振变压器逆变器
亚铁共振正弦波输出逆变器利用的是某种变压器的感应特性感应器就是一个可以储存能量并且试图反抗电路中的电流的变化的线圈绕组一个感应器就像一个磁性飞轮换句话说如果把电压加到感应器上感应器将会抵抗并试图减慢电流的上升相反地如果电流已经在流过感应器且突然移去感应器就会释放自身存储的能量并试图阻止电流归零结果电流的降落时间被延长这种反作用就体现为阻止电流的变化不幸的是这种感应导致了变压器有一种相对较低的效率典型的为50%而且波形极易受负载波动而变形
把一个具有很高感应系数的亚铁共振变压器作为一个滤波器设置在低频方波或改善正弦波逆变器的输出端,便可产生粗糙的近似正弦波.
下图所示为一个基本的亚铁共振变压器的流程图.
图16所示为一个亚铁共振变压器的工作情况当波形开始上升时,亚铁共振变压器延缓了波形的上升时间(图16A)当波形停止上升并开始变平延伸时,
变压器把这视为一种电流减小的变化趋势,并释放其能量,由此导致波形出现向上的毛刺(图16B)接着当变压器开关打开时波形开始下落而感应器试图阻止电流的下落因此延缓了波形的下落时间图16C当电流在变压器中换
向后这个过程又在负脉冲中重现
图16 一台基于亚铁共振变压器的改善方波逆变器的实测波形 驱动75W白炽灯负载
亚铁共振变压器仍在逆变器中使用着亦或作为抑制输出尖峰的滤波器
Topaz和Line Tamer 这两家公司仍把它用作亚铁共振滤波器
八. 高频正弦波输出逆变器
高频正弦波输出逆变器和高频改善方波逆变器的工作方式几乎是相同的
下面所示为其系统流程图
高频正弦波输出逆变器和高频改善方波逆变器之间的最大的不同之处在于最终阶段的开关和交流负载之前的滤波器H桥对已经整流而得的高压直流(DC)进行转换并工作在高频状态下低频H桥改善方波方案中每半个周期产生一个脉冲,高频H桥正弦波逆变器用许多宽度不同(PWM)的正高压直流脉冲及负高压直流脉冲在这一点上二者是不同的在交流负载之前滤波器把这些脉冲拉平为正弦波
高频正弦波逆变器中晶体管开关的工作过程没有太大的不同仅有一点小
的不同当对角的两个开关关闭这两个关闭的开关中的一个在设定的高频脉冲宽度调制时钟点关闭或打开由此产生的高频脉冲列如图16所示在经过一定数量的脉冲后开关就象高频改善方波逆变器中一样进行关断时刻短接之后H桥又转换到相对的另两个开关从头开始一个晶体管导通对的PWM周期开始重复
图17
输出滤波器通常是感性的滤波器它把由高频H桥产生的脉冲拉平以产生正弦波输出Excel Tech.公司在其高频逆变器设计中就是应用的这种方案正弦波输出的高频逆变器方式工作状态很好但仍不能解决我们在高频改
善方波逆变器中提到的问题这些问题包括晶体管与交流输出缺乏隔离太低的抗浪涌能力和太高的空载损耗而且正如前面提到的一样高频开关的干扰也是一个问题
九. 低频正弦波逆变器
位于华盛顿州的Trace工程公司通过一种有效的途径即由低频逆变器开发出产生正弦波输出的逆变器并获得了专利Trace公司的SW系列逆变器使用一个三个变压器的结合体其中每一个变压器又都有它自己的低频开关它们串联耦合在一起并且被内部相互独立又相互联系的微控制器控制着通过把来自不同变压器的输出加以综合一个阶梯状的正弦波就产生了图18所示为一个
Trace公司的SW系列逆变器的输出波形注意其阶梯的台阶组成的波形就是一个正弦波的形状Trace公司的正弦波逆变器输出波形的总的谐波含量典型的为3-5
图18 Trace公司SW系列逆变器输出波形
多个台阶的输出是通过以一定顺序综合三个变压器以调节电压而形成的
波形中无论何处总是每一个交流周期呈现34-52个台阶负载越重或直流输入电压越低,波形中的台阶就越多
这种逆变途径的主要缺点是实现起来比较复杂复杂的设计要求必然直接
导致成本的提高因而这种逆变器尽管通常比较好但也常常是很昂贵的然而这种逆变器解决了许多在由高频和亚铁共振途径产生正弦波设计中出现的问题正如已论述过的低频逆变器有着很好的抗浪涌能力高效率典型地为
85-90%,良好的电压和频率调节功能很低的总的谐波含量
十混合高/低频正弦波逆变器
把高频逆变器和低频逆变器整合起来就可得到混合频率或说高/低频正弦波输出逆变器其名字来自于这种逆变器吸收运用了高低频两种逆变器的设计方法
混合频率逆变器的电路拓扑与H桥改善正弦波逆变器相近不同之处在于开关是工作在高频状态下的这和前面提到过的高频正弦波逆变器设计非常相
似这种方案的典型产品是Dynamote Brutus 和Kenetech逆变器这种结构的另外一个有利条件是它是双向的即它允许逆变器同时作为电
池充电器使用混合频率逆变器的输出波形幅值非常容易控制这使得这种逆变器可以并网运行或用以驱动电机
以下为一个混合逆变器的原理流程图
混合逆变器提供了一种无论是高频还是低频逆变器设计所遇到的问题的解决方案它们允许有较高的抗浪涌能力交直流隔离通过变压器很高的
效率典型地为85-95%很低的谐波含量典型地为1-5%非常好的正弦波输出这种设计非常坚固耐用且可靠性较高
结论
人们已经尝试过多种逆变器设计方法如上所述它们又各有千秋所谓
最好的逆变器正在发明当中如果得以实现将意味着它可提供无穷大的能量且效率为100%纯正弦波输出然而正如生活中没有免费的午餐一样
我们必须随着半导体技术的进步不断地设法应付当前的技术的挑战
逆变器的设计技术及电路拓扑纵览 Trace Engineering Company,Inc.U.S.A 著 董文斌 译
Dong WenBin 第 18 页 01-8-8 表1 逆变器类型比较 Topology Switch Type Switch Frequency Waveform Type
Total Harmonic Distortion
Typical Efficiency Idle Power Consumption Surge Ability Interference DC—AC Isolation Reliability Vibrator Mechanical Low Square High (50%)
60-80% High Poor Medium Yes Poor Push-Pull SCR Low Square High (50%)
80% High Good Low Yes Good Push-Pull MOSFET Low Modified Square Medium (15-35%)
80-90% Low Very Good Low Yes Good H-Bridge Low Freq. MOSFET Low Modified Square Medium (15-35%)
85-95% Low Very Good Low Yes Good H-Bridge High Freq. MOSFET High Modified Square Medium (15-35%)
85-90% Medium Poor to Good High No Poor Dual Xfrmr MOSFET Low Modified Square Medium (15-35%)
80-90% Medium Good Low Yes Good Rotary Mechanical Low Sine Wave Low 50-70% High Poor Low Yes Poor
Ferro Resonant MOSFET Low Semi-Sine Wave Medium (15-35%)
50-70% High Poor Low Yes Good High Frequency MOSFET High Sine Wave Very Good (1-5%) 70-90% High Poor High Yes Poor Low Frequency
Multi-Step
MOSFET Medium-low Sine Wave Very Good (3-5%) 85-95% Low Very Good Low Yes Very Good Hybrid
High/Low MOSFET High Sine Wave Very Good (1-5%)
85-95% Medium Good Low Yes Very Good
四桥臂三相逆变器的控制策略 阮新波严仰光 摘要提出了一种新型的三相四线逆变器，它有四个桥臂，第四个桥臂用来构成中点，从而省去了三相三桥臂逆变器中的中点形成变压器，减小了逆变器的体积和重量。针对这种逆变器，本文提出了一种电流调节器，它根据三相滤波电感电流和给定电流的误差值最大的那相选择逆变器的开关模态。为了消除输出相电压的静态误差，本文讨论 了一种基于PI调节器改进的电压调节方案。仿真结果表明，本文的思路是可行的。本 文为构造大功率、高效率的三相四线逆变器提供了可靠的理论基础。 关键词：三相逆变器控制策略 The Control Strategy for Three-Phase Inverter with Four Bridge Legs Ruan Xinbo Yan Yangguang （Nanjing University of Aeronaut ics & Astronautics 210016 China） Abstract A novel three phase inverter with four bridge legs i s presented in this paper.The inverter eliminates the neutral forming transforme r by adding a bridge leg to form neutral point to provide balanced voltages to a ny kinds of three phase loads.The principle of the inverter is analyzed,and a ne w current regulator,which chooses switching modes a ccording to the maximum cur rent error of filter inductance current and the reference current is proposed.Th e modified voltage regulator on the basis of PI regulator is proposed to elimina te output voltage static error under any load conditions. Keywords:Three-phase Inverters Control strategies 1 引言 三相逆变器一般是采用三个桥臂组成的拓扑结构，为了给不对称负载供电，必须在 输出端加入一个中点形成变压器(Neutral Formed Transformer，NFT)，如图1所示。中点形成变压器是变比为1的自耦变压器，工作频率为输出交流电的频率，体积和重 量很大，而且体积和重量随着负载不对称的程度变化而变化，不对称度越大，NFT的体积重量也就越大。
逆变器电路DIY(图文详解) 电子发烧友网：本文的主要介绍了逆变器电路DIY制作过程，并介绍了逆变器工作原理、逆变器电路图及逆变器的性能测试。本文制作的的逆变器(见图1)主要由MOS 场效应管，普通电源变压器构成。其输出功率取决于MOS 场效应管和电源变压器的功率，免除了烦琐的变压器绕制，适合电子爱好者业余制作中采用。下面介绍该逆变器的工作原理及制作过程。 1.逆变器电路图 2.逆变器工作原理 这里我们将详细介绍这个逆变器的工作原理。 2.1.方波信号发生器(见图2)
图2 方波信号发生器 这里采用六反相器CD4069构成方波信号发生器。电路中R1是补偿电阻，用于改善由于电源电压的变化而引起的振荡频率不稳。电路的振荡是通过电容C1充放电完成的。其振荡频率为f=1/2.2RC.图示电路的最大频率为：fmax=1/2.2×3.3×103×2.2×10-6=62.6Hz;最小频率 fmin=1/2.2×4.3×103×2.2×10-6=48.0Hz.由于元件的误差，实际值会略有差异。其它多余的反相器，输入端接地避免影响其它电路。 #p#场效应管驱动电路#e# 2.2场效应管驱动电路 图3 场效应管驱动电路 由于方波信号发生器输出的振荡信号电压最大振幅为0~5V，为充分驱动电源开关电路，这里用TR1、TR2将振荡信号电压放大至0~12V.如图3所示。 4. 逆变器的性能测试 测试电路见图4.这里测试用的输入电源采用内阻低、放电电流大(一般大于100A)的12V汽车电瓶，可为电路提供充足的输入功率。测试用负载为普通的电灯泡。测试的方法是通过改变负载大小，并测量此时的输入电流、电压以及输出电压。输出电压随负荷的增大而下降，灯泡的消耗功率随电压变化而改变。我们也可以通过计算找出输出电压和功率的关系。但实际上由于电灯泡的电阻会随受加在两端电压变化而改变，并且输出电压、电流也不是正弦波，所以这种的计算只能看作是估算。
SPWM逆变器控制电路设计 一、课程设计的目的 通过电力电子计术的课程设计达到以下目的：一个单相 50HZ/220V逆变电源，外部采用：交流到直流再到交流的逆变驱动格式。在220V/50HZ外电源停电时，蓄电池就逆变供电。在设计电路时，主要分为正负12V稳压电源到SPWM波发生器（其中载波频率5KHZ）至H逆变电路再到逆变升压变压器再由220V/50HZ输出. 二、课程设计的要求 1注意事项 控制框图 设计装置（或电路）的主要技术数据 主要技术数据 输入直流流电源： 正负12V，f=50Hz 交直变换采用二极管整流桥电容滤波电路，无源逆变桥采用桥式电压型逆变主电路，控制方法为SPWM控制原理输出交流：
电流为正弦交流波形，输出频率可调，输出负载为三相异步电动机，P=5kW等效为星形RL电路，R=10Ω，L=15mH 2.在整个设计中要注意培养灵活运用所学的电力电子技术 知识和创造性的思维方式以及创造能力 3.在整个设计中要注意培养独立分析和独立解决问题的能 力 4.课题设计的主要内容是主电路的确定，主电路的分析说 明，主电路元器件的计算和选型，以及控制电路设计。 报告最后给出所设计的主电路和控制电路标准电路图。 5.课程设计用纸和格式统一 三设计内容： 整流电路的设计和参数选择 滤波电容参数选择 逆变主电路的设计和参数选择 IGBT电流、电压额定的选择 SPWM驱动电路的设计 画出完整的主电路原理图和控制电路原理图 根据要求，整流电路采用二极管整流桥电容滤波电路，其电路图如图2.1所示：
SPWM逆变电路的工作原理 PWM控制方式就是对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不等的脉冲。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，既可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变逆变输出频率。 1．PWM控制的基本原理 PWM控制——脉冲宽度调制技术，通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）理论基础:冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。冲量指窄脉冲的面积。这里所说的效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同
逆变器电路图 这是一种性能优良的家用逆变电源电路图，材料易取，输出功率150W。本电路设计频率为300Hz左右，目的是缩小逆变变压器的体积、重量。输出波形方波。这款逆变电源可以用在停电时家庭照明，电子镇流器的日光灯，开关电源的家用电器等其他方面。 电容器 C1、C2用涤纶电容，三极管 BG1-BG5可以用9013：40V 0.1A 0.5W，BG6-BG7可以用场效应管IRF150：100V 40A 150W 0.055 欧姆。变压器B的绕制请参考逆变器的设计计算方法，业余条件下的调试；先不接功率管，测 A点、B点对地的电压，调整R1或R2使A、B两个点的电压要相同，这样才能输出的方波对称，静态电流也最少。安装时要注意下列事项：BG6、BG7的焊接，必须用接地良好的电烙铁或切断电源后再焊接。大电流要用直径2.5MM以上的粗导线连接，并且连线尽量短，电瓶电压12V、容量12AH以上。功率管要加适当的散热片，例如用100*100*3MM铝板散热。如果你要增加功率，增加同型号的功率管并联使用，相应地增加变压器的功率。 晶体管的选择：考虑到安全因素，要具有一定的安全系素。经验资料如下： 直流电源电压：晶体管集射极耐压BV CEO 6～8V≥20～30V 12～14V≥60～80V 24～28V≥80～100V 计算晶体管集电极电流：I CM（A）=输出功率P（W）÷ 输入电压V（V）× 效率。
式中输入电压即电源电压。效率与选择的电路有关，一般在百分之60～80之间。 铁芯截面积：S（平方厘米）=k×变压器额定功率的平方根，k的选择见下表 P(VA) 5-10 10-50 50-100 100-500 500-1000 k 2-1.75 1.75-1.5 1.5-1.35 1.35-1.25 1.25-1 变压器铁芯的选择：业余制作对变压器铁心要求并不严格。不过硅钢片最好选用薄而质地脆的，或者采用铁氧体磁心。漆包线用高强度的，绕线需用绕线机紧密平绕。 安插硅钢片时要严格平整。初级绕组两端电压与铁心截面积和工作频率等参数的 关系可以用公式表示如下：V=4.44×10-8SKFBN 式中 S --- 铁心截面积（平方厘米）； K --- 硅钢片间隙系数（0.9～0.95）； F --- 逆变器工作频率（赫兹）； B --- 饱和磁通密度（T）； N --- 线圈的匝数（圈）； V --- 初级绕组的电压（伏特）。 K的数值与硅钢片的厚度及片与片之间的间隙有关，铁心层迭越紧，K值越高 一般K取0.9即可。逆变器的工作频率，主要由所选择的铁心决定。采用硅钢片铁心，逆变器工作频率低于2KH Z。采用不同的铁氧体磁心，工作频率在2KH Z～40KH Z之 间。如果工作频率超出了磁心的固有频率，则高频损耗十分严重。饱和磁通密度
逆变器控制策略: 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 和负载突变时的动态响应水平。在这些指标中输出电压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%。 1、离网逆变器的控制性能要求主要是使其输出电压具有良好的控制抗扰性。 离网逆变器采用输出电容电流内环和输出电压外环的双闭环控制。 电流调节器可以实现快速加减速和电流限幅作用，同时使系统的抗电源扰动和负载扰动 的能力增强。 电压调节器主要是控制输出电压的稳定。 2、基于LC 滤波器的离网型逆变器 图2 基于LC 滤波的电压型离网逆变器主电路 图3 基于LC 的VSI 输出电压单闭环控制结构 图5 基于电容电流反馈的单位调节器内环控制结构 1VD 3VD 5VD 2VD 6VD 4VD 1 V 3V 5V 4V 6V 2V U V W dc C C R L dc u + -L i o i C i L u C u i u 调节 器 PWM K 1sL R +-i u o i C *u C u L i -1sC -C i ? ? ?C u L u *Cq u cq u PI P PWM K 1sL sC 1iq u C *i C i ????oq i +----
图14 基于同步坐标系的LC-VSI 双环控制结构 PI PI P P Inv.Park Trans Inv.Clarke Trans SPWM Generator Clarke Trans Park Trans Clarke Trans Park Trans *q s U *sd U sd U q s U *sd I *q s I q s I d s I a s I βs I A U βs U a s U B U A I B I 1 1ov T s +11 e T s +1 1oi T s +PI 1Ls 1Cs P 11 oi T s +11 ov T s +*Cq u C *i iq u oq i cq u C i +-+- + -+ -电流内环
无源三相PWM逆变器控制电路设计 一、课程设计的目的 通过电力电子计术的课程设计达到以下几个目的： 1、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。 2、培养学生综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。 3、培养学生运用知识的能力和工程设计的能力。 4、培养学生运用仿真工具的能力和方法。 5、提高学生课程设计报告撰写水平。 二、课程设计的要求 1注意事项 控制框图 设计装置（或电路）的主要技术数据 主要技术数据
输入交流电源： 三相380V，f=50Hz 交直变换采用二极管整流桥电容滤波电路，无源逆变桥采用三相桥式电压型逆变主电路，控制方法为SPWM控制原理输出交流： 电流为正弦交流波形，输出频率可调，输出负载为三相异步电动机，P=5kW等效为星形RL电路，R=10Ω，L=15mH 2.在整个设计中要注意培养灵活运用所学的电力电子技术 知识和创造性的思维方式以及创造能力 3.在整个设计中要注意培养独立分析和独立解决问题的能 力 4.课题设计的主要内容是主电路的确定，主电路的分析说 明，主电路元器件的计算和选型，以及控制电路设计。 报告最后给出所设计的主电路和控制电路标准电路图。 5.课程设计用纸和格式统一 三设计内容： 整流电路的设计和参数选择 滤波电容参数选择 三相逆变主电路的设计和参数选择 IGBT电流、电压额定的选择 三相SPWM驱动电路的设计 画出完整的主电路原理图和控制电路原理图
根据要求，整流电路采用二极管整流桥电容滤波电路， 其 电路图如图2.1所示： 图2.1 考虑电感时电容滤波的三相桥式整流电路及其波形 a ）电路原理图 b ）轻载时的交流侧电流波形 c ）重载时的交流侧电流波形 1. 其工作原理如下所示： 该电路中，当某一对二级管导通时，输入直流电压等于交流 侧线电压中最大的一个，该线电压既向电容供电，也向负载供电。 当没有二级管导通时，由电容向负载放电，u d 按指数规律下降。 设二极管在局限电路电压过零点δ角处开始导通，并以二极 管VD 6和VD 1开始同时导通的时刻为时间零点，则线电压为 a)c)R 462 i i
目录 第一章：课程设计的目的及要求 (2) 第二章整流电路 (5) 第三章逆变电路 (9) 第四章PWM逆变电路的工作原理 (11) 第五章三相正弦交流电源发生器 (14) 第六章三角波发生器 (15) 第七章比较电路 (16) 第八章死区生成电路 (18) 第九章驱动电路 (20) 附录 参考文献 课程设计的心得体会
第一章：课程设计的目的及要求 一、课程设计的目的 通过电力电子计术的课程设计达到以下几个目的： 1、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。 2、培养学生综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。 3、培养学生运用知识的能力和工程设计的能力。 4、培养学生运用仿真工具的能力和方法。 5、提高学生课程设计报告撰写水平。 二、课程设计的要求 1. 自立题目 题目：无源三相PWM逆变器控制电路设计 注意事项： ①学生也可以选择规定题目方向外的其它电力电子装置设计，如开关电源、镇流器、UPS电源等，
②通过图书馆和Internet广泛检索和阅读自己要设计的题目方向的文献资料，确定适应自己的课程设计方案。首先要明确自己课程设计的设计容。 控制框图 设计装置（或电路）的主要技术数据 主要技术数据 输入交流电源： 三相380V，f=50Hz 交直变换采用二极管整流桥电容滤波电路，无源逆变桥采用三相桥式电压型逆变主电路，控制方法为SPWM控制原理输出交流： 电流为正弦交流波形，输出频率可调，输出负载为三相异步电动机，P=5kW等效为星形RL电路，R=10Ω，L=15mH
设计容： 整流电路的设计和参数选择 滤波电容参数选择 三相逆变主电路的设计和参数选择 IGBT电流、电压额定的选择 三相SPWM驱动电路的设计 画出完整的主电路原理图和控制电路原理图 2.在整个设计中要注意培养灵活运用所学的电力电子技术 知识和创造性的思维方式以及创造能力 要求具体电路方案的选择必须有论证说明，要说明其有哪些特点。主电路具体电路元器件的选择应有计算和说明。课程设计从确定方案到整个系统的设计，必须在检索、阅读及分析研究大量的相关文献的基础上，经过剖析、提炼，设计出所要求的电路（或装置）。课程设计中要不断提出问题，并给出这些问题的解决方法和自己的研究体会。设计报告最后给出设计中所查阅的参考文献最少不能少于5篇，且文中有引用说明，否则也不能得优）。
题目：光伏并网逆变器控制策略的研究
光伏并网逆变器控制策略的研究 摘要 世界环境的日益恶化和传统能源的日渐枯竭，促使了对新能源的开发和发展。具有可持续发展的太阳能资源受到了各国的重视，各国相继出台的新能源法对太阳能发展起到推波助澜的作用。其中，光伏并网发电具有深远的理论价值和现实意义，仅在过去五年，光伏并网电站安装总量已达到数千兆瓦。而连接光伏阵列和电网的光伏并网逆变器便是整个光伏并网发电系统的关键。 本文通过按主电路分类、按功率变换级数分类和按变压器分类的三大类划分逆变器的方法分别介绍了每个逆变器电路的拓扑结构。之后本文首先介绍了国内外并网逆变器的研究状况以及相关并网技术标准，比较了当前主流的控制技术。然后,详细的阐述了光伏并网发电逆变器系统的整体设计和各单元模块的设计,其中包括太阳能电池组、升压斩波电路、逆变电路和傅里叶变换。 在简要介绍了系统的结构拓扑和控制要求之后，论文重点研究了基于电流闭环的矢量控制策略，阐述了其拓扑结构、工作原理及运行模式。为了深入研究控制策略，分别建立了基于电网电压定向的矢量控制和基于虚拟磁链定向的矢量控制。最后，本文针对几种产生谐波的原因，对L、LC、LCL 三种滤波器进行了比较分析。 最后，本文对光伏并网的总系统进行了MATLAB仿真，由于时间的限制，只做出了通过间接控制电流从而达到控制有功无功公功率的仿真。 关键词：光伏并网，逆变器电路拓扑，电流矢量控制，谐波
PHOTOVOLTAIC (PV) GRID INVERTER CONTROL STRATEGY RESEARCH Abstract World deteriorating environment and the increasing depletion of traditional energy sources prompted the development of new energy and development. Solar energy resources for sustainable development has been national attention, solar countries have contributed to the severity of the introduction of the new energy law developments. Among them, the photovoltaic power generation has profound theoretical and practical significance, only in the past five years，the total installed photovoltaic power plant has reached thousands of megawatts. Connected PV array and grid PV grid-connected inverter is the whole key photovoltaic power generation system. Based classification by main circuit and the power level classification and Division of three categories classified by transformer inverter of methods each inverters circuit topologies are introduced.This article introduces the domestic and foreign research on grid-connected inverters and related technical standards for grid-connected, compared the current mainstream technology.Then detail a grid-connected photovoltaic inverter system design and the modular design, including solar arrays, chop-wave circuit, inverter circuits and Fourier transform. Briefly introduces the system topology and control requirements, this paper focuses on the current loop-based vector control strategies, describes the topological structure, working principle and its operating mode.In order to study the control strategies were established based on power system voltage oriented vector control based on virtual flux-oriented vector control.Finally, for several reasons for harmonic, l, LC, LCL compares and analyses the three types of filters. Keywords:Photovoltaic, inverters circuit topologies, current vector control, harmonic
正弦波逆变器逆变主电路介绍 主电路及其仿真波形 图1主电路的仿真原理图 图1.1是输出电压的波形和输出电感电流的波形。上部分为输出电压波形，下面为电感电流波形。 图1.1输出电压和输出电感电流的波形 图1.2为通过三角载波与正弦基波比较输出的驱动信号，从上到下分别为S1、S3、S2、S4的驱动信号，从图中可以看出和理论分析的HPWM调制方式的开关管的工作波形向一致。
图1.2 开关管波形 从图1.3的放大的图形可以看出，四个开关管工作在正半周期，S1和S3工作在互补的调制状态，S4工作在常导通状态，S2截止；在负半周期，S2和S4工作在互补的调制状态，S3工作在常导通状态，S1截止。 图1.3放大的开关管波形 图1.4为主电路工作模态的仿真波形，图中从上到下分别为C3的电压波形、C1的电压波形、S3开关管的驱动波形，S1的驱动波形。从图中可以看出在S1关断的瞬间，辅助电容的电压开始上升，完成充电过程，同时S3上的辅助电容完成放电过程，S3开通。 图1.4工作模态仿真波形 图1.5为开关管的驱动电压波形和电感电流波形图，图中从上到下分别为电
感电流波形、S3驱动波形、S1驱动波形。从图中可以看出当S1关断瞬间到S3开通的瞬间，电感电流为一恒值，S3开通后，电感电流不断下降到S3关断时的最小值，然后到S1开通之前仍然为一恒值，直到S1开通，重复以上过程。根据以上结论可以看出仿真分析状态和前面的理论分析完全符合。 图1.5开关管的驱动电压波形和电感电流波形 2 滤波环节参数设计与仿真分析 2.1 输出滤波电感和电容的选取 对逆变电源而言，由于逆变电路输出电压波形谐波含量较高，为获得良好的正弦波形，必须设计良好的LC 滤波器来消除开关频率附近的高次谐波。 滤波电容C f 是滤除高次谐波，保证输出电压的THD 满足要求。C f 越大，则THD 小，但是C f 不断的增大，意味着无功电流也随之增加，从而增加了逆变电源的 电容容量，同时会导致逆变电源系统体积重量增加，同时电容太大，充放电时间也延长，对输出波形也会产生一定的影响。 逆变桥输出调制波形中的高次谐波主要降在滤波电感的两端，所以L 的大小关系到输出波形的质量。要保证输出的谐波含量较低，滤波电感的感值不能太小。增加滤波器电感量可以更好地抑制低次谐波，但是电感量的增加带来体积重量的加大。不仅如此，滤波电感的大小还影响逆变器的动态特性。滤波电感越大，电感电流变化越慢，动态时间越长，波形畸变越严重。而减小滤波电感，可以改善电路的动态性能，则使得输出电流的开关纹波加大，必然增大磁滞损耗，波形也会变差。综合以上的分析，在LC 滤波器的参数设计时应综合考虑。 本文设计的LC 滤波器如图 3.12中所示，电感的电抗2L X L fL ωπ==,L X 随频率的升高而增大。电容的电抗为 112C X C fC ωπ==，C X 随频率的升高而减小。1L C ωω=所对应
安阳师范学院本科学生毕业设计报告逆变器保护电路设计 作者秦文 系（院）物理与电气工程学院 专业电气工程及其自动化 年级 2008级专升本 学号 081852080 指导教师潘三博 日期 2010.06.02 成绩
学生承诺书 本人郑重承诺：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得安阳师范学院或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均以在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：日期: 论文使用授权说明 本人完全了解安阳师范学院有关保留、使用学位论文的规定，即:学校有权保留送交论文的复印件,允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 签名: 导师签名: 日期:
逆变器保护电路设计 秦文 （安阳师范学院物理与电气工程学院，河南安阳 455002） 摘要:本文针对SPWM逆变器工作中的安全性问题，阐述了如何利用电路实现保护复位和死区调节。在PWM三相逆变器中，由于开关管存在一定的开通和关断时间，为防止同一桥臂上两个开关器件的直通现象，控制信号中必须设定几个微秒的死区时间。尽管死区时间非常短暂，引起的输出电压误差较小，但由于开关频率较高，死区引起误差的叠加值将会引起电机负载电流的波形畸变，使电磁力矩产生较大的脉动现象，从而使动静态性能下降，降低了开关器件的实际应用效果，但是却对逆变器的安全运行意义重大。 关键词:保护电路；复位电路；死区调节 1 引言 在现在的系统中电力器件的应用也越来越广而与此同时对器件的保护也被认识了其重要性。电子器件很易被损坏，保护电路的要求也很苛刻。在工程应用中，为了使SPWM 逆变器安全地工作，需要有可靠的保护系统。一个功能完善的保护系统既要保证逆变器本身的安全运行，同时又要对负载提供可靠的保护。 随着电力电子技术的发展，功率器件如IGBT、MOSFET等广泛应用于PWM变流电路中。对于任何固态的功率开关器件来讲，都具有一定的固有开通和关断时间，对于确定的开关器件，固有开通和关断时间内输入的信号是不可控的，称为开关死区时间，它引起开关死区效应，简称为死区效应。在电压型PWM逆变电路中，为避免同一桥臂上的开关器件直通，必须插入死区时间，这势必导致输出电压的误差。该误差是谐波的重要来源，它不但增加了系统的损耗，甚至还可能造成系统失稳。 随着电力电子技术的发展,逆变器主电路、控制电路发生了较大变化,其性能不断改善,当然,保护电路也应随之作相应完善。逆变器保护电路主要包括过压保护、过载(过流) 保护、过热保护等几个方面。 本文仅就保护复位电路与死区控制电路与的实现进行了分析和研究。 2 保护电路设计 较之电工产品，电力电子器件承受过电压、过电流的能力要弱得多，极短时间的过电压和过电流就会导致器件永久性的损坏。因此电力电子电路中过电压和过电流的保护装置是必不可少的，有时还要采取多重的保护措施。 2.1 死区控制电路的结构设计 死区控制电路的电路拓扑结构如图所示，其主要功能是确保主电路中的开关管S 1、S 2 不能同时导通。死区电路的波形图如图1所示，从图中可以明显地看出开关管S 1和S 2 的驱 动信号没有使S 1与 S 2 同时导通的重叠部分，这就是两个主开关管之间存在所谓的“死区”。 而通过改变HEF4528芯片的输出信号脉宽，就可以调节驱动信号的脉宽。（具体的方式是 通过改变HEF4528芯片的外接RC电路的参数值实现的，如图2所示）如图3所示R t 、C t 的值与输出脉宽的关系在本文中，选择电位器P2的阻值为10kΩ,电容C237的容值为103pF，因此由图3可知，输出信号的脉宽大约为10μs 。
https://www.doczj.com/doc/a18539614.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/a18539614.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。
计算方法 A 已知条件： 输出功率：2P =25W ； 次级电流：2I =0.115A ；（220V ？） 初级电流：1I =1.0A ； 电源频率：f =50Hz ； 效率：η>0.9; 功率因数：cos ?>0.9； 温升：m τ?<55℃。 B 电压计算输入功率：212527.80.9P P η= ==W 初级电压：11127.827.81P U I = ==V 次级电压：22225217.390.115 P U I ===V 次级负载电阻：()222222518900.115P R I = ==?C 选择铁芯 按2P 选择铁芯。当使用R 型铁芯R-30，材料使用DQ151-35时。铁芯 相关性能为： 当0B =1.70T 时，S P ≤2.2W/kg ，磁化伏安≤8V A/kg ，~H ≤3.5A/cm 2 223.1410 3.142C d S cm π??==×=????；()()2 5.45 2.021.95 2.022.8C L =×+++=cm ；
C G =0.425（kg ）;c F =64cm 2 D 匝数计算 44 1010108.43864.44 4.4450 1.7 3.14 c TV fB S ===×××匝/V 当%U ?=15%（8%？），()()128.43869.92781%10.15TV TV U ===???匝/V （()()128.43869.1721%10.08TV TV U ===???）11127.88.4386235N U TV =×=×=匝 2222179.92782155N U TV =×=×=匝（2222179.1721990N U TV ==×= ）E 导线直径确定（数据提供23.5~4.0/j A A mm = ）1 1.130.604d === mm 2 1.130.205d ===mm 若取QZ-2（二级聚酯漆包线）标准导线，则10.630d mm =,1max 0.704d mm =，铜导体电阻54.84/km ?；20.224d mm =,2max 0.266d mm =，铜导体电阻433.8/km ?。
信息技术 Information Technology 3.3 空间信息更新方法 3.3.1 利用GIS软件功能更新 随着GIS软件的发展，当前流行的GIS软件平台提供了时态GIS部分空间信息更新要求。如ArcGIS9.2针对时态GIS的数据组织需求以及功能需求，提供相应的解决方案，包括：时 间数据的存储格式NetCDF、时空数据建模、历史数据归档功能、多维数据图表分析、时间动画、追踪分析功能、实时数据获取等功能。 3.3.2 利用数据库功能自动更新 目前，大多数行业的G I S利用空间数据引擎（如：ArcSDE）将空间数据存储到关系型（如：SQL Server）或对象关系型（如：Oracle）数据库中。这些数据库提供触发器功能，触发器是针对单一数据表所撰写的特殊存储过程，当数据表发生添加、删除、更新操作时，自动执行所编写的脚本。如当空间信息表发生变化时，可使用数据库触发器功能将需要变化前的数据自动存储到历史信息表中。 如果经常要空间数据库定时自动执行一些脚本，如数据库备份、数据的提炼、数据库的性能优化、重建索引、自动重建历史、建立或更新多基态等工作。可利用数据库提供的作业（Job）功能实现空间信息的更新处理。 3.3.3 编写空间信息更新模块 不同的时态GIS对空间信息更新要求不同，利用GIS软件平台功能、数据库触发器和作业功能只能满足一定条件的更新，局限性较大。针对不同行业的时态GIS应用，需利用GIS 平台提供的二次开发功能有针对性编写空间信息更新模块，实现时态GIS空间信息用户手工更新和自动更新功能。 4 结论 时态GIS作为GIS研究和应用的一个新领域，受到普遍的关注。本文分析了时态GIS空间信息的更新问题，为了提高时空数据库存储和管理效率，研究了将空间信息和属性信息分开存储的时空数据库，并设计了时态GIS空间信息更新流程，给出了时态GIS空间信息更新技术和方法。 参考文献： 王贺封.时空数据模型及TGIS研究[J].测绘与空间地理信[1] 息，2006.08. 周晓光，陈军，朱建军等.基于事件的时空数据库增量更新[2] [J].中国图像图形学报，2006，11（10）:1431-1438. 吴正升，胡艳，何志新.时空数据模型研究进展及其发展方[3] 向[J].测绘与空间地理信息，2009.12. 汪汇兵，唐新明，洪志刚.版本差量式时空数据模型研究[4] [J].测绘科学，2006.09. 李勇，陈少沛，谭建军.基于基态距优化的改进基态修正时[5] 空数据模型研究[J].测绘科学，2007.01. 逆变器SPWM控制电路 的研究与设计 李长华 刘平 （郑州大学信息工程学院，河南 郑州 450001） 摘 要：本文依据SPWM控制原理，以逆变器控制电路 为研究对象，通过分立电路设计出SPWM电路，调制 波为50Hz正弦波，载波为10KHz三角波，输出SPWM 波频率为20KHz。实验证明该电路稳定性好，有效克服 了温飘，反馈迅速，且成本低，输出实现倍频效应，对 逆变器控制的理解和学习有很好的指导作用，具有较高 的实用价值。 关键词：逆变器；SPWM控制；分立电路；倍频 中图分类号：TK-9 文献标识码:B 文章编号：1671-8089（2012）02-0088-03 A Design of SPWM Circuit of Inverter Lichanghua Liuping (The College of ZhengZhou University ZhengZhou 450001 China) Abstract: The principle of the driver circuit of an inverter is introduced in this paper. A SPWM control circuit is designed with discrete components. The frequency of triangular wave is 10KHz, the sine wave is 50Hz, and the SPWM is 20KHz. The experimental results show that this method can work well. Temperature drift is overcome. And the cost is low. The output frequency is doubled. In addition, this paper helps us understanding the SPWM control circuit better. And the pragmatic value of this design is high. Key words: inerter; SPWM control; discrete circuit; frequency doubling 0 引言 逆变器是一种通过半导体功率开关管的开通与关断作用将直流电转化为交流电的电路变换装置[1]。根据输出波形可分为方波逆变器和正弦波逆变器。由于多数负载要求逆变器输出正弦波，所以正弦波逆变器具有更广泛的应用空间。在高频化技术阶段，逆变器输出波形改善以PWM（Pulse Width [作者简介] 李长华，男，河南新乡人，郑州大学在读研究生，主要从事开关电源设计及逆变器研究。 – 88 – 2012年第11卷第2期
储能逆变器的控制策略研究 发表时间：2018-05-30T10:13:41.427Z 来源：《电力设备》2018年第1期作者：杜学平 [导读] 摘要：目前我国经济发展十分快速，电力行业越来越普遍，随着分布式电源不断接入电网和微电网系统的发展，微电网对系统的运行稳定性及供电可靠性都提出了一定的要求。 （青岛科技大学自动化与电子工程学院山东青岛 266199） 摘要：目前我国经济发展十分快速，电力行业越来越普遍，随着分布式电源不断接入电网和微电网系统的发展，微电网对系统的运行稳定性及供电可靠性都提出了一定的要求。储能系统应运而生，储能系统可以存储过剩的电能，在发电能力较弱时再放出电能给负载供电，实现削峰填谷，完美解决新能源间歇性发电的问题。储能系统在微电网中发挥着非常重要的作用，而储能逆变器又是储能系统中的核心部分，因此储能逆变器的控制策略研究是非常有实用价值的。 关键词：储能；逆变器；控制策略；研究 1系统结构和基本原理 图1 系统结构简图 以电池为介质的储能系统主要由电池及其管理系统（风能、太阳能的储能系统）和能量转换系统（ＰＣＳ）两个部分组成（如图1所示）。电池通过ＰＣＳ与电网交换能量（或离网负载），根据实际需要储存或释放能量。作为电池与大电网之间接口的ＰＣＳ，实际上是大功率的电力电子变流器，此处ＰＣＳ特指储能逆变器（储能变流器）。 常见的储能逆变器分为单级型和多级型两种主要形式。单级型储能变流器的拓扑仅由一个ＡＣ／ＤＣ环节构成，其优点是结构简单、控制方法简便，逆变器损耗低，能量转换效率高。但是存在以下缺点：1）一个AC-DC不可以充分多路输出；2）电池电压的工作范围不能灵活控制；3）电池电压固定不能灵活分配。由于以上确定我们选择两多级型，我们选择两级，增加一级隔离DC-DC的控制，该级控制可以根据功率灵活的扩展DC-DC通道的数量和输出电压的大小（如图2所示）。 1.1 AC-DC部分介绍： AC-DC部分拓扑采用三电平，其中开关频率为20K，功率器件为：初步选定英飞凌的DF100R07W1H5FP_B3的IGBT模组。此部分效率可达到98%。在大功率PWM变流装置中，常采用三点式电路，这种电路也称为中点钳位型（Neutral Point Clamped）电路（如图3所示）。与两点式PWM相比，三点式PWM调制主要有以下优点，一是对于同样的基波与谐波要求而言，开关频率可以低得多，从而能够大幅度减少开关损耗；二是主功率器件断开时所承受的电压仅为直流侧电压的一半，因此这种电路应用在高电压大容量的产品上特别合适。在控制策略方面，在传统的PWM整流器双闭环控制的基础上，采用内模控制代替电流内环PI调节器，以提高系统的鲁棒性能、跟踪性能和动态响应能力。 图2 两级PCS框图图3 AC-DC主原理图 1.2 DC-DC部分介绍： DCDC部分拓扑采用CLLC准谐振开关技术，开关频率100K或者是更高频率，功率器件采用单管MOS并联组成（并联数量根据功率确定，具体原理框图见图4）。功率器件为：初步选定英飞凌的IRFP4668P6F。此部分效率可达到90%以上。隔离DC/DC部分采用CLLC谐振软开关技术，它应用谐振的原理，使开关器件中的电流（或电压）按照正弦或标准正弦规律变化。当电流通过零点时，使器件关断（或电压为零时，器件打开），从而减少开关损耗。它不仅可以解决硬开关变换器中的硬开关损耗问题、容性开通问题、感性关断问题并且还能解决二极管反向恢复问题，对于由于硬开关引起的EMI 等问题也有很好的改善。这种拓扑结构，电路结构简单，工作效率高，并在输入电压和负载变化范围很宽的情况下依旧具有良好的电压调节特性，不仅可以在原边实现开关管 ZVS，还可以使副边整流管实ZCS，且原副边管子的电压应力较低。 图4 DC-DC 原理框图 2、几种必要的控制模式 2.1并网模式到孤岛模式： 储能逆变器并网模式到离网模式的切换分为两种主动切换和被动切换。主动切换指人为的把储能逆变器离网；被动切换指因电网故障或者电压过低等原因，储能逆变器受到不良影响，把储能逆变器切离电网ＰＷ。主动切换情况下，电网电压幅值和频率等指标正常，此时模式切换策略较为简单，只需要提供一个与电网电压相同的量作为离网模式下储能逆变器控制策略的参考值，在断开开关的同时控制方式切换为ＶＦ，电压外环给定值为电网电压幅值和频率。被动切换情况下，电网电压幅值和频率等指标可能不正常，此时的控制策略需参考