1.引言 逆变电路所谓逆变，就是与整流相反，把直流电转换成某一固定频率或可变频率的交流电(DC/AC)的过程。 当把转换后的交流电直接回送电网，即交流侧接入交流电源时，称为有源逆变；而当把转换后的交流电直接供给负载时，则称为无源逆变。通常所讲的逆变电路，若不加说明，一般都是指无源逆变电路。 1. 电压型逆变器的原理图 当开关S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压u o为正；当开关S1、S4断开，S2、S3闭合时，u o为负，如此交替进行下去，就在负载上得到了由直流电变换的交流电，u o的波形如图7.4(b)所示。输出交流电的频率与两组开关的切换频率成正比。这样就 t (b) (a) u o t3 t2 t1 i o u o Z u o i o U d _ + S3 S2S 4 S1
实现了直流电到交流电的逆变。 2. 电压型单相全桥逆变电路 它共有4个桥臂，可以看成由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U d来实现。 输出电压定量分析 u o成傅里叶级数 基波幅值 基波有效值 ? ? ? ? ? + + + = t t t U uω ω ω π 5 sin 5 1 3 sin 3 1 sin 4 d o d d o1m 27 .1 4 U U U= = π d d 1o 9.0 2 2 U U U= = π
当u o为正负各180°时，要改变输出电压有效值只能改变U d 来实现 可采用移相方式调节逆变电路的输出电压，称为移相调压。 各栅极信号为180o正偏，180o反偏，且T1和T2互补，T3和T4互补关系不变。T3的基极信号只比T1落后q ( 0 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 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 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 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. 电压型逆变电路输出电压的调节 电动巡逻车调节电压型逆变电路输出电压的方式有三种，即调节直流侧电压、移相调压和脉宽调制调压。 调节直流侧电压 从上面的分析可以看出，改变直流侧电压Ud即可调节逆变电路输出电压。为了调节直流侧电压，可以采用如图8-11a的可控整流方式，也可以像图8-11b那样，用二极管整流桥整流，然后再用直流斩波调压。 调节直流侧电压方式 移相调压 电动巡逻车移相调压实际上就是调节输出电压脉冲的宽度。在图8-12a的单相全桥逆变电路中，各电力晶体管的基极信号仍为180°正偏，180°反偏，V1和V2的基极信号互补，V3和V4的基极信号互补，但V3的基极信号不是比V1落后180°，而是只落后θ（0<θ<180°)。这样，输出电压波形就不再是正负各为180°的矩形波，而是正负各为θ的矩形波，各基极信号ub1-ub4及输出电压uo输出电流io的波形如图，．8-12b所示。设在tl 以前，V1和V4导通，输出电压uo为Ud，t1时刻V3和V4基极信号反向，V4截止，而因感性负载电流io不能突变，V3不能立刻导通，VD3导通续流，因V1和VD3同时导通，所以输出电压为零。到t2时刻V1和V2基极信号反向，V1截止，而V2不能立刻导通，VD2导通续流，输出电压uo为-Ud。到负载电流过零并反向时，VD2和VD3截止，V2和V3开始导通，uo仍为-Ud。t时刻V3和V4基极信号再次反向，V3截止，而V4不能立刻导通，VD4续流，uo为零。以后的过程和前面类似。这样，输出电压uo的正负脉冲宽度就各为θ。改变θ，就可调节输出电压。 移相调压方式 脉宽调制(PWM)调压 电动巡逻车PWM控制方式是把逆变电路输出波形半个周期内的脉冲分割成多个，通过对每个脉冲的宽度进行控制，来控制输出电压并改善波形。PWM是一种非常重要的控制方式。 更多电动汽车详情：https://www.doczj.com/doc/d23100325.html, 电子技术课程设计 说明书 IGBT 单相电压型全桥无源逆变电路 设计 学生姓名： 学号： 学 院： 专 指导教师： 2013年01月 XXX 1005044245 信息与通讯工程学院 电气工程及其自动化 中北大学 电子技术课程设计任务书 2012/2013 学年第一学期 学院：信息与通讯工程学院 专业：电气工程及其自动化 学生姓名：胡定章学号： 1005044245 课程设计题目：IGBT单相电压型全桥无源逆变电路设计 起迄日期: 12月24日~ 01月4 日 课程设计地点:电气工程系软件实验室 指导教师:石喜玲 系主任：王忠庆 下达任务书日期: 2012 年 12 月 24日 课程设计任务书 课程设计任务书 目录 1 引言 (1) 2 工作原理概论 (1) 2.1 IGBT的简述 (1) 2.2 电压型逆变电路的特点及主要类型 (2) 2.3 IGBT单相电压型全桥无源逆变电路原理分析 (2) 3 主电路设计及参数选择 (3) 3.1 主电路仿真图 (3) 3.2参数设置及计算 (3) 3.2.1参数设置 (3) 3.2.2计算 (3) 3.2.3设置主电路 (4) 4 仿真电路结果的分析 (5) 4.1 仿真电路图 (5) 1.1.14.1.1 触发电平与负载输出波的波形图 (5) 4.1.2 IGBT电流电压波形图 (6) 4.2 仿真波形分析 (6) 5 总结 (7) 参考文献 (7) 2引言 本次课程设计的题目是IGBT单相电压型全桥无源逆变电路设计，根据电力电子技术的相关知识，单相桥式逆变电路是一种常见的逆变电路，与整流电 路相比较，把直流电变成交流电的电路成为逆变电路。当交流侧接在电网上，称为有源逆变；当交流侧直接和负载相接时，称为无源逆变，逆变电路在现实 生活中有很广泛的应用。 3工作原理概论 2. 1 IGBT的简述 绝缘栅双极晶体管（Insulated-gate Bipolar Transistor）,英文简写为IGBT。它是一种典型的全控器件。它综合了GTR和MOSFET的优点，因而具有良好的特性。现已成为中、大功率电力电子设备的主导器件。IGBT是三端器件，具有栅极G、集电极C 和发射极E。它可以看成是一个晶体管的基极通过电阻与MOSFET相连接所构成的一种器件。其等效电路和电气符号如下： 图1 IGBT等效电路和电气图形符号 它的开通和关断是由栅极和发射极间的电压错误！未找到引用源。所决定的。当UGE为正且大于开启电压UGE时，MOSFET内形成沟道，并为晶体管提供基极电流进而是IGBT导通。由于前面提到的电导调制效应，使得电阻错误！未找到引用源。减小，这样高耐压的IGBT也具有很小的通态压降。当山脊与发射极间施加反向电压或不加信 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。 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 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 : 一、引言： (2) 二、交-直-交变压变频器的基本结构 (2) 1、三相电压型桥式逆变电路拓扑图 (3) 2、交-直-交变压变频器的工作原理 (3) 三、三相电压型桥式逆变电路的Simulink建立及模型： 4 四、仿真参数及仿真波形设置： (5) 1．对脉冲触发器进行参数设置： (5) 2. 用subplot作图： (6) 3.仿真波形： (7) 五、实验结果及分析： (13) 六、结论及拓展： (13) 七、设计心得： (14) 八、参考文献： (14) 交-直-交变压变频器中逆变器的仿真 一、引言： 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。 逆变电路的作用是将直流电压转换成梯形脉冲波，经低通滤波器滤波后，从而使负载上得到的实际电压为正弦波。 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。 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 本文主要利用MATLAB/Simulink中的电力系统仿真工具箱Simpowersystems对交-直-交变压变频器中的逆变电路部分进行仿真，通过仿真将其与三相正弦工频电源进行性能比较，并得出结论 二、交-直-交变压变频器的基本结构 交-直-交变压变频器先将工频交流电源通过整流器变换成直流，再通过逆变器变换成可控频率和电压的交流，如图1所示。 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 电压降到低压变频器额定或允许的电压输入范围内，经变频器的变换形成频率和幅度都可变的交流电，再经过升压变压器变换成电机所需要的电压等级。这种方式，由于采用标准的低压变频器，配合降压，升压变压器，故可以任意匹配电网及电动机的电压等级，容量小的时侯（ 1.3.1高低高电流型变频器在低压变频器的直流环节由于采用了电感元件而得名。输入侧采用可控硅移相控制整流，控制电动机的电流，输出侧为强迫换流方式，控制电动机的频率和相位。能够实现电机的四象限运行。 1.3.2高低高电压型变频器在低压变频器的直流环节由于采用了电容元件而得名。输入侧可采用可控硅移相控制整流，也可以采用二极管三相桥直接整流，电容的作用是滤波和储能。逆变或变流电路可采用GTO,IGBT,IGCT,或,SCR元件，通过SPWM变换，即可得到频率和幅度都可变的交流电，再经升压变压器变换成电机所需要的电压等级。需要指出的是，在变流电路至升压变压器之间还需要置入正弦波滤波器（F），否则升压变压器会因输入谐波或dv/dt过大而发热，或破坏绕组的绝缘。该正弦波滤波器成本很高，一般相当于低压变频器的1/3到1/2的价格。 1.4高高变频器高高变频器无需升降压变压器，功率器件在电网与电动机之间直接构建变换器。由于功率器件耐压问题难于解决，目前国际通用做法是采用器件串联的办法来提高电压等级，其缺点是需要解决器件均压和缓冲难题，技术复杂，难度大。但这种变频器由于没有升降压变压器，故其效率较高低高方式的高，而且结构比较紧凑。高高变频器也可分为电流型和电压型两种。 一个新的全桥零电压开关移相DC-DC转换器的工作周期和ZVS范围扩大 摘要： 本文提出了完整的理论分析, 有LCC辅助电路的全桥零电压移相开关（fb-zvs-ps）DC-DC转换器的模拟和的优化设计,在250kHz的频率下工作，输出功率1kW。该变换器采用电容分压器在辅助电感一端创建一半的输入电压。因此在电感两端的电压会在–VI / 2 到+ VI / 2之间摆动，并在被动-主动转换的过程中产生一个额外的增强的初级电流，并增加适合产生ZVS的能量。用这种方法是可能在不使用换向电感的条件下在一系列电力变压器中设计出fb-ps-zvs直流/直流变换器从而避免减少有效占空比的相关问题。更进一步，通过适当的LCC的电路设计，我们发现在整体没有明显损害的前提下ZVS范围和有效工作周期可以优化。 1.介绍： 由于其优越的特性，采用全桥零电压开关移相器已成为首选的拓扑结构的DC-DC转换，用于几百瓦的功率与高输入电压的应用。fb-zvs-ps转换器的主要优点是由于零电压开关和恒定频率操作效率高，允许一个简单的控制，类似于硬开关PWM全桥变换器。 传统的fb-zvs-ps转换器的主要缺点是对负载的依赖，当负载过轻时ZVS 的条件便会不满足。因此，在一系列的电力变压器中，几乎每一个应用程序为了使ZVS的负载范围加宽都需要一个大的换向电感。这个大的电感，当负载很大时不仅会产生高的不可接受的导通损耗，并且会防止初级电流极慢的变化，这将会对有效占空比的降低负责。所以，必须要有一个折衷的设计，考虑到输入电压规格、负载范围、工作周期和效率。 为了解决这个问题，一些新的技术已经开始被提出和开发。引用[5]定义的fb-zvs-ps转换器和采用饱和电抗器与初级绕组和次级整流二极管系列具有局限性。这个过程可以使运行下的零电压开关范围更大，没有显著的导通损耗增加，但始终存在消除多余能量时发生饱和的问题。 参考[ 6 ]描述了一种方法，用一个主换向电感器与终端连接在一个转换被动与主动的腿的中点，其他通过两个钳位二极管连接到输入电压源。通过这种方法，ZVS将会因为桥管获得一个较宽的负载范围。然而，为P-A腿提供正的连续电流钳位二极管，会遭受硬开关，因此将会带来换向损失和召回缓冲。 一种减少上述问题的方法是采用一二绕组电感箝位到输出，如[7–9]所描述： 电力电子技术课程设计单相电压型全桥逆变电路及其simulink仿真 开题报告 课题名称：单相电压型全桥逆变电路及其simulink仿真 完成时间：2012.12.14 指导老师：刘彬 (一)简要背景说明 随着电力电子技术的发展，逆变电路具有广泛的应用范围。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。由于电压型逆变电路具有直流侧为电压源或并联大电容，直流侧电压基本无脉动；输出电压为矩形波，输出电流因负载阻抗不同而不同；阻感负载时需要提供无功功率，为了给交流侧向直流侧反馈的无功提供通道，逆变桥各臂并联反馈二极管等特点而具有广泛的应用范围。电压型逆变电路主要用于两方面：①笼式交流电动机变频调速系统。由于逆变电路只具有单方向传递电能的功能，故比较适用于稳态运行、无需频繁起制动和加、减速的场合。②不停电电源。该电源在逆变输入端并接蓄电池，类似于电压源。 图1 单相电压型全桥逆变电路 (二)研究的目的及其意义 在教学及实验基础上，设计单相电压型全桥逆变电路及其控制与保护电路，并通过使用simulink对课程中理论对电路进行仿真实现，进一步了解单相电压型全桥逆变电路的工作原理、波形及计算。 培养学生运用所学知识综合分析问题解决问题的能力。 在电力电子技术的应用中，逆变电路是通用变频器核心部件之一，起着非常重要的作用。逆变电路是与整流电路相对应，把直流电变成交流电的电路。逆变电路的基本作用是在控制电路的控制下将中间直流电路输出的直流电源转换为频率和电压都任意可调的交流电源。无源逆变电路的应用非常广泛。在已有的各种电源中，蓄电池、太阳能电池等都是直流电源，当需要这些电源向交流负载供电时，需要通过无源逆变电路；无源逆变电路与其它电力电子变换电路组合形成具有特殊功能的电力电子设备，如无源逆变器与整流器组合为交-直-交变频器(来自交流电源的恒定幅度和频率的电能先经整流变为直流电，然后经无源逆变器输出可调频率的交流电供给负载)。当电网提供的50 Hz 工频电源不能满足负载的需要，就需要用交-直-交变频电路进行电能交换。如感应加热需要较高频率的电源；交流电动机为了获得良好的调速特性需要频率可变的电源。 (三)研究的主要内容 1单相电压型全桥逆变电路的原理。 2单相电压型全桥逆变电路的结构。 3单相电压型全桥逆变电路及其控制电路、保护电路的设计(画出原理图，标明器件的选择)。 4完成单相电压型全桥逆变电路的数学模型的设计。 5建立simulink仿真系统进行建模，并对模型参数进行设置。 6仿真结果与分析。 (四)研究的主要方法和手段 首先建立单相电压型全桥逆变电路的电路拓扑图，在MATLAB中使用simulink工具箱建立相关控制模型，设置模型参数后，通过仿真得到电路的电压、电流结果，并对该结果进行分析。 1. 引言 逆变电路 所谓逆变，就是与整流相反，把直流电转换成某一固定频率或可变频率的交流电(DC/AC)的过程。 当把转换后的交流电直接回送电网，即交流侧接入交流电源时，称为有源逆变；而当把转换后的交流电直接供给负载时，则称为无源逆变。通常所讲的逆变电路，若不加说明，一般都是指无源逆变电路。 1. 电压型逆变器的原理图 当开关S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压u o 为正；当开关S1、S4断开，S2、S3闭合时，u o 为负，如此交替进行下去，就在负载上得到了由直流电变换的交流电，u o 的波形如图7.4(b)所示。输出交流电的频率与两组开关的切换频率成正比。这样就实现了直流电到交流电的逆变。 2. 电压型单相全桥逆变电路 (b) (a) u o 它共有4个桥臂，可以看成由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U d 来实现。 输出电压定量分析 u o 成傅里叶级数 基波幅值 基波有效值 当u o 为正负各180°时，要改变输出电压有效值只能改变U d 来实现 ?? ? ??+++= t t t U u ωωωπ5sin 513sin 31sin 4d o d d o1m 27.14U U U == π d d 1o 9.022U U U == π 可采用移相方式调节逆变电路的输出电压，称为移相调压。 各栅极信号为180o正偏，180o反偏，且T1和T2互补，T3和T4互补关系不变。T3的基极信号只比T1落后q ( 0 电压型单相全桥逆变 电路 1.引言 逆变电路所谓逆变，就是与整流相反，把直流电转换成某一固定频率或可变频率的交流电(DC/AC)的过程。 当把转换后的交流电直接回送电网，即交流侧接入交流电源时，称为有源逆变；而当把转换后的交流电直接供给负载时，则称为无源逆变。通常所讲的逆变电路，若不加说明，一般都是指无源逆变电路。 1. 电压型逆变器的原理图 当开关S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压u o为正；当开关S1、S4断开，S2、S3闭合时，u o为负，如此交替进行下去，就在负载上得到了由直流电变换的交流电，u o的波形如图7.4(b)所示。输出交流电的频率与两组开关的切换频率成正比。这样就实现了直流电到交流电的逆变。 t (b) (a) u o t3 t2 t1 i o u o Z u o i o U d _ + S3 S2S 4 S1 2. 电压型单相全桥逆变电路 它共有4个桥臂，可以看成由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U d 来实现。 输出电压定量分析 u o 成傅里叶级数 基波幅值 基波有效值 ?? ? ??+++= t t t U u ωωωπ5sin 513sin 31sin 4d o d d o1m 27.14U U U ==π d d 1o 9.022U U U ==π 当u o为正负各180°时，要改变输出电压有效值只能改变U d来实现 可采用移相方式调节逆变电路的输出电压，称为移相调压。 各栅极信号为180o正偏，180o反偏，且T1和T2互补，T3和T4互补关系不变。T3的基极信号只比T1落后q ( 0 论文摘要：在电机漏感上减小的情况下，可以相应地降低功率半导体器件的耐压要求，为了减小换流时间以提高逆变器的运行频率，也要求降低电动机的总漏感上。 下述问题涉及电流型逆变器内部结构，以串联二极管式电流型逆变器为讨论对象。对异步电动机的从逆变器元件的选择对电机参数的要求。 串联二极管式电流型逆变器的品闸管和隔离二极管可以确定耐压值。可以看到，在电机漏感上减小的情况下，可以相应地降低功率半导体器件的耐压要求。另外，二极管换流阶段的持续时间可确定。为了减小换流时间以提高逆变器的运行频率，也要求降低电动机的总漏感上。因而，电流型逆变器要求异步电动机有尽可能小的漏感上。这一点正好与电压型逆变器对异步电动机的要求相反。在功率半导体器件耐压已知的情况下，应合理地选择电动机，以减小换流电容器的电容量。 从电动机运行的安全可靠性对电动机材料的要求，电动机在电流型逆变器供电的运行过程中，由干每次换流在电压波形中产生尖峰。这个尖峰在数值上等于I,差加千正线电势波形之上。因此，电动机在运行过程中实际承受的最高电压，于电动机额定线电压的峰值。为了电动机安全地运行，应适当加强其绝缘。由于电流矩形波对电动机供电在电动机内造成谐波损耗，逆变器在高于50赫的情况下运行时，电动机的损坏也有所增加。为了不致因电机效率过低和温升过高造电动机过热而损坏，应适当降低电动机铜铁材料的电负荷。在运行频率较高的情况下，应注意降低电动机的机械损耗和铁耗。 起动转矩和避免机振对电动机结构的要求。电动机低频起动时，起动转矩的平均值和转矩的波动率。起动转矩在某频率时具有最大值。它取决于电动机参数。当频率低于出现最大起动转矩的数值时，转矩的波动率急剧增加。因此，应根据运行要求和特性等决定最佳起动频率或电动机参数。此外，即使在逆变器对电动机供电的正常运行情况下，转矩波形中也含有六倍于逆变器输出频率的脉动转矩。为了避免这种脉动转矩造成的机械系统谐振，应使机械系统的谐振频率与逆变器运行频率范围的六倍相互错开。 对于功率半导体器件的要求。在串联二极管式电流型逆变器中，在触发一个晶闸管，用电容电压关断另一晶闸管以后争由恒流对电容器反向充电。由于电容电压过零需要一段时间，这就保证被关断晶闸管有较长的承受反压的时间。如果说，电压型逆变器对于晶闸管元件的关断时间有较高的要求(郎要求使用快速晶闸管)，那末电流型逆变器由于承受反压的时间较长，因而可以使用普通晶闸管元件。在换流过程中以谐振造成了电压尖峰，因此要求晶闸管元件和隔离二雌有较高的耐压值。 换流浪涌电压吸收回路。在正弦电势波形上迭加的尖峰电压，是由于换流过程中电动机释放漏感贮能所产生的。特别是在运行频率较高的场合，在为了缩短换流时间而选择较小的换流电容值的情况下，换流浪涌过电压就更加严重。浪涌电压将直接威胁功率半导体器件和电动机的安全运行。为了减小这种影响，可以在逆变器输出端，与负载电动机并联一个换流浪涌电压吸收回路(也称为电压箝位器)，如采用电压箝位器以后，逆变器的输出电压和输出电流波形如逆变器输出电压的尖峰可以限制在正弦电势峰值的(11~12)倍以内。有源逆变器型式，可以使箝位电压保持一定。 逆变器运行的可靠性问题。在逆变器的直流侧设有乎波大电感上，在电流闭环的作用下，可以有效地限制故障电流，即使在逆变器换流失败或短路的情况下，也不会造成大电流而损坏元件，因此，电流型逆变器的卫作是可靠的。 能够实现电能再生。在电动机降频减速时，系统能自动地运行于再生状态，可把机械能有效地转变为电能，并缩短电动机的减速时间。此时，逆变器与整流器直流侧电压的极性反号，而电流的流向保持不变，功率由电动机经逆变器和整流器流向交流电源，实现再生制动。因此，电流型逆变器能够方便地实现四象限运行，其动态特性好，容易满足快速及可逆系统的要求。 使用电流型逆变器除了用于要求电变频调速的系统以外，近年来在下述两个方面受到较大的关注。(1)用于泵、风机、增压机等机械的节能。过去这些机械常用恒频的交流电机拖动，在流量、压力要求变化时，用调节阀门的蘐芸方法以满足要求。这样，就白白地浪费了大量的电能。电流型逆变器因有许电压型逆变器
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