通用纯正弦波逆变器制作 概述 本逆变器的PCB设计成12V、24V、36V、48V这几种输入电压通用。制作样机是12V输入，输出功率达到1000W功率时，可以连续长时间工作。 该逆变器可应用于光伏等新能源，也可应用于车载供电，作为野外应急电源，还可以作为家用，即停电时使用蓄电池给家用电器供电。使用方便，并且本逆变器空载小，效率高，节能环保。 设计目标 1、PCB板对12V、24V、36V、48V低压直流输入通用； 2、制作样机在12V输入时可长时间带载1000W； 3、12V输入时最高效率大于90%； 4、短路保护灵敏，可长时间短路输出而不损坏机器。 逆变器主要分为设计、制作、调试、总结四部分。下面一部分一部分的展现。 第一部分设计 1.1 前级DC-DC驱动原理图 DC-DC驱动芯片使用SG3525，关于该芯片的具体情况就不多介绍了。其外围电路按照pdf里面的典型应用搭起来就OK。震荡元件Rt=15k，Ct=222时，震荡频率在21.5KHz左右。用20KHz左右的频率较好，开关损耗小，整流管的压力也小些，有利于效率的提高。不过频率低，不利于器件的小型化，高压直流纹波稍大些。 电池欠压保护，过压保护以及过流保护在DC-DC驱动上实现。用比较器搭成自锁电路，比较器输出作用于SG3525的shut_down引脚即可。保护电路均是比较器搭建的常规电路。DC-DC驱动部分使用了准闭环，轻载时，准闭环将高压直流限制在380V左右，一旦负载加重前级立即进入开环模式，以最高效率运行。并且使用了光耦隔离，前级输入和输出在电气上是隔离开的，这样设计也是为了安全。如图1.1所示，是DC-DC驱动电路原理图。
电感的阻抗与频率成正比,电容的阻抗与频率成反比.所以,电感可以阻扼高频通过,电容可以阻扼低频通过.二者适当组合,就可过滤各种频率信号.如在整流电路中,将电容并在负载上或将电感串联在负载上,可滤去交流纹波.。电容滤波属电压滤波，是直接储存脉动电压来平滑输出电压，输出电压高，接近交流电压峰值；适用于小电流，电流越小滤波效果越好。电感滤波属电流滤波，是靠通过电流产生电磁感应来平滑输出电流，输出电压低，低于交流电压有效值；适用于大电流，电流越大滤波效果越好。电容和电感的很多特性是恰恰相反的。 一般情况下，电解电容的作用是过滤掉电流中的低频信号，但即使是低频信号，其频率也分为了好几个数量级。因此为了适合在不同频率下使用，电解电容也分为高频电容和低频电容（这里的高频是相对而言）。 低频滤波电容主要用于市电滤波或变压器整流后的滤波，其工作频率与市电一致为50Hz；而高频滤波电容主要工作在开关电源整流后的滤波，其工作频率为几千Hz到几万Hz。当我们将低频滤波电容用于高频电路时，由于低频滤波电容高频特性不好，它在高频充放电时内阻较大，等效电感较高。因此在使用中会因电解液的频繁极化而产生较大的热量。而较高的温度将使电容内部的电解液气化，电容内压力升高，最终导致电容的鼓包和爆裂。 电源滤波电容的大小，平时做设计，前级用4.7u,用于滤低频，二级用0.1u，用于滤高频，4.7uF的电容作用是减小输出脉动和低频干扰，0.1uF的电容应该是减小由于负载电流瞬时变化引起的高频干扰。一般前面那个越大越好，两个电容值相差大概100倍左右。电源滤波，开关电源，要看你的ESR(电容的等效串联电阻)有多大，而高频电容的选择最好在其自谐振频率上。大电容是防止浪涌，机理就好比大水库防洪能力更强一样；小电容滤高频干扰，任何器件都可以等效成一个电阻、电感、电容的串并联电路，也就有了自谐振，只有在这个自谐振频率上，等效电阻最小，所以滤波最好！ 电容的等效模型为一电感Ｌ，一电阻Ｒ和电容Ｃ的串联， 电感Ｌ为电容引线所至，电阻Ｒ代表电容的有功功率损耗，电容Ｃ． 因而可等效为串联ＬＣ回路求其谐振频率，串联谐振的条件为WL=1/WC,W=2*PI*f,从而得到此式子f=1/(2pi*LC)．，串联ＬＣ回路中心频率处电抗最小表现为纯电阻，所以中心频率处起到滤波效果．引线电感的大小因其粗细长短而不同，接地电容的电感一般是１ＭＭ为10nＨ左右，取决于需要接地的频率。 采用电容滤波设计需要考虑参数： ESR ESL 耐压值 谐振频率
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。
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。
變頻器中直流母線電容的紋波電流計算 1 引言 各類電動機是我們發電量的主要消耗設備，而變頻器作為電動機的驅動裝置成為當前“節能減排”的主力設備之一。它一方面可以起到節約能源消耗的作用，另一方面也可以實現對原有生產或處理工藝過程的優化。目前應用最多也最廣的是交-直-交電壓型變頻器，即中間存在直流儲能濾波環節，一般採用大容量電解電容器實現此功能。 使用電解電容器的作用主要有以下幾個[1]： （1）補償以電源頻率兩倍或六倍變化的逆變器所需功率與整流橋輸出功率之差； （2）提供逆變器開關頻率的輸入電流； （3）減小開關頻率的電流諧波進入電網； （4）吸收急停狀態時所有功率開關器件關斷下的電機去磁能量；（5）提供暫態峰值功率； （6）保護逆變器免受電網暫態峰值衝擊。 電解電容器設計選型所需要考慮的主要因素有以下幾個：電容器的電壓、電容器量、電容器的紋波電流、電容器的溫升與散熱、電容器的壽命等等。這些因素對變頻器滿足要求的平均無故障時間（MTBF）十分重要。然而電解電容器的紋波電流的計算如何能明確給出計算依據，這是本文所要解決的問題。
2 直流母線電容紋波電流的計算 紋波電流指的是流過電解電容器的交流電流，它使得電解電容器發熱。紋波電流額定值的確定方法是在額定工作溫度下規定一個允許的溫升值，在此條件下電容器符合規定的使用壽命要求。當工作溫度小於額定溫度時，額定紋波電流可以加大。但過大的紋波電流會大大縮短電容器的耐久性，當紋波電流超過額定值，紋波電流所引起的內部發熱每升高5℃，電容器器的壽命將減少50%。因此當要求電容器器具有長壽命性能時，控制與降低紋波電流尤其重要。 但在實際設計過程中，電解電容器的紋波電流由於受變頻器輸入輸出各物理量變化以及控制方式等的影響很難直接計算得到[2]，一般多採用根據實際經驗估算大小，如每μf電容器要求20ma紋波電流之類的經驗值，或者通過電腦模擬來估算[3～6]。 本文根據對變頻器電路拓撲與開關調製方式的分析，並借鑒已有文獻資料，歸納出一個直接的計算電解電容器紋波電流的方法，供大家參考。 圖1 變頻器拓撲示意圖 由圖1可以得到直流母線電容的紋波電流ic=il-i，il和i分別是整流器
第30卷第33期中国电机工程学报V ol.30 No.33 Nov.25, 2010 2010年11月25日Proceedings of the CSEE ?2010 Chin.Soc.for Elec.Eng. 23 文章编号：0258-8013 (2010) 33-0023-07 中图分类号：TM 46 文献标志码：A 学科分类号：470?40 NPC三电平并网逆变器共模电流抑制技术研究 肖华锋，杨晨，谢少军 (南京航空航天大学自动化学院，江苏省南京市 210016) NPC Three-level Grid-connected Inverter With Leakage Current Suppression XIAO Huafeng, YANG Chen, XIE Shaojun (Colledge of Automation, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, Jiangsu Province, China) ABSTRACT: The leakage current eliminating is one of the key technologies in the transformerless grid-connected inverter. Based on the high-frequency common mode equivalent model with parasitic parameters, two rules of leakage current eliminating were summarized. The inefficacy with sine pulse width modulation (SPWM) and three potential strategies with parameters matching are addressed through aforementioned rules for leakage current eliminating of neutral point clamped (NPC) three-level grid-connected inverter, and their satisfied conditions and practical feasibility are analyzed detailedly. The viewpoints and accuracy of the common mode equivalent model were proved by relevant experiments. Meanwhile, a compensation capacitor for compensating stray parameters is proposed, which can advance the leakage current attenuation of NPC three-level grid-connected inverter better. So, a simple, robust, and effective solution is achieved. KEY WORDS: PV grid-connected inverter; transformerless; leakage current; parasitic parameter; NPC three level inverter 摘要：共模电流抑制是非隔离型光伏并网逆变器的一个关键技术问题。首先基于考虑所有寄生参数的非隔离型单相并网逆变器高频共模等效模型归纳出两种抑制漏电流的途径，并将其应用到二极管钳位(neutral point clamped，NPC)三电平并网逆变器中得出仅通过正弦脉宽调制(sine pulse width modulation，SPWM)策略抑制共模电压不可行和通过电路元件参数匹配抑制共模电压的3种可能方案。针对3种可能的方案分析了它们的成立条件和现实可行性，并通过相应的实验验证结论的可靠性。其中，提出的通过补偿电容来弥补寄生参数差异的措施可以进一步增强NPC三电平并网逆变器漏电流抑制性能，是一种简单、可靠、有效的实用技术。 基金项目：江苏省普通高校研究生科研创新计划项目(CX08B_ 070Z)；江苏省自然科学基金(BK2008391)。 Project Supported by Innovative Research Project for Postgraduates in Colleges of Jiangsu Province(CX08B_070Z); Project Supported by Natural Science Foundation of Jiangsu Province(BK2008391). 关键词：光伏并网逆变器；无变压器；共模电流；寄生参数；NPC三电平变换器 0 引言 非隔离型并网逆变器在带来效率高、体积小、重量轻和成本低等优势[1-4]的同时，导致电池板和电网之间存在电气连接。由于电池板对地寄生电容的存在，并网逆变器开关器件的开关动作可能产生高频时变电压作用在寄生电容之上，而在由电池板寄生电容、直流或交流滤波器和电网阻抗等组成的谐振回路中，出于变换器效率优化的考虑，其阻抗非常低，从而在该回路中产生的共模电流(漏电流)可能超过允许范围。高频漏电流的产生会带来传导和辐射干扰、进网电流谐波及损耗的增加[2]，甚至危及设备和人员安全。 二极管钳位(neutral point clamped，NPC) 三电平变换器拓扑[5-9]在单相非隔离型光伏并网逆变器中得到广泛认可[2-4, 10-11]。这主要是因为NPC三电平并网逆变器有弥补由无隔离变压器带来的漏电流[2]和进网直流分量问题[10]的结构优势。为了更充分地解释和理解NPC三电平并网逆变器的共模特性，文献[10]在忽略桥臂中点寄生电容和电网线路感抗的前提下，推导了非隔离桥式并网逆变器的共模分析模型，并将其应用到NPC三电平并网逆变器中，得出了共模电压为恒定值的结论，但论文中缺乏相应的实验结果来说明结论的正确性和模型的精确性。文献[11]定性分析了电网线路阻抗对NPC三电平并网逆变器共模电压的影响，给出了相关的仿真波形来说明寄生参数的不可忽略性，却未提出有效的解决方案。值得注意的是，由于NPC三电平变换器两桥臂中点寄生电容的形成方式明显不同，使得它们大小不一致(一般来讲，开关桥臂的寄生电容 DOI:10.13334/j.0258-8013.pcsee.2010.33.017
光伏并网逆变器控制与仿真设计 为了达到提高光伏逆变器的容量和性能目的，采用并联型注入变换技术。根据逆变器结构以及光伏发电阵电流源输出的特点，选用工频隔离型光伏并网逆变器结构，并在仿真软件PSCAD中搭建光伏电池和逆变器模型，最后通过仿真与实验验证了理论的正确性和控制策略的可行性。 ?近年来，应用于可再生能源的并网变换技术在电力电子技术领域形成研究热点。并网变换器在太阳能光伏、风力发电等可再生能源分布式能源系统中具有广阔发展前景。太阳能、风能发电的重要应用模式是并网发电，并网逆变技术是太阳能光伏并网发电的关键技术。在光伏并网发电系统中所用到的逆变器主要基于以下技术特点：具有宽的直流输入范围；具有最大功率跟踪（MPPT）功能；并网逆变器输出电流的相位、频率与电网电压同步，波形畸变小，满足电网质量要求；具有孤岛检测保护功能；逆变效率高达92％以上，可并机运行。逆变器的主电路拓扑直接决定其整体性能。因此，开发出简洁、高效、高性价比的电路拓扑至关重要。 ?1 逆变器原理 ?该设计为大型光伏并网发电系统，据文献所述，一般选用工频隔离型光伏并网逆变器结构，如图1所示。光伏阵列输出的直流电由逆变器逆变为交流电，经过变压器升压和隔离后并入电网。光伏并网发电系统的核心是逆变器，而电力电子器件是逆变器的基础，虽然电力电子器件的工艺水平已经得到很大的发展，但是要生产能够满足尽量高频、高压和低EMI的大功率逆变器时仍有很大困难。所以对大容量逆变器拓扑进行研究是一种具有代表性的解决方案。作为太阳能光伏阵列和交流电网系统之间的能量变换器，其安全性，可靠性，逆变效率，制造成本等因素对于光伏逆变器的发展有着举足轻
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
对于大多数应用场合需要的是工频电源，例如我们的电冰箱，洗衣机，电风扇等都需要正弦波的220伏、50赫兹电源，各种动力设备，远距离输电也都需要正弦波的交流电。更多的太阳能光伏发电装置输出的是正弦波交流电，目前生成正弦波仍采用前面介绍的全桥电路，只是对开关晶体管的控制采用PWM脉宽调制或移相控制或调频控制等方式。这里仅介绍最常用的PWM脉宽调制方式。 面积等效原理转换 把直流电转换成正弦波交流电是根据根据面积等效原理，在图1上图中的正弦半波（红线）分成n等份，把正弦半波看成是由n个彼此相连的矩形脉冲组成的波形，为简单清晰，划分为7等份。7个脉冲的幅值按正弦规律变化，每个脉冲面积与相对应的正弦波部分面积相同，这一连续脉冲就等效正弦波。 图1 用面积等效原理转换为SPWM波形 如果把上述脉冲序列改为相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲（图1下图），脉冲中心位置不变，并且使该矩形脉冲面积和上图对应的矩形脉冲相同，得到图1下图所示的脉冲序列，脉冲宽度按正弦波规律变化，这就是PWM波形。根据面积等效原理，PWM波形和正弦半波是等效的，图中红线就是该序列波形的平均值。 对于正弦波的负半周，也可以用同样的方法得到PWM 波形。这种脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形，也称SPWM波形。要改变等效输出的正弦波的幅值时，只需按照同一比例系数改变上述各脉冲的宽度即可。 SPWM波形的生成 输出SPWM波形仍需全桥逆变电路，在“光伏用DC-DC变换器”课件中已介绍过这种电路，通过控制开关晶体管的通与断在负载上产生交变电压，见图2。
s 图2 全桥逆变电路的工作状态 输出SPWM波形的矩形波必须生成序列的控制信号来控制桥式电路中开关晶体管的通与断，普遍使用的是调制法来生成控制信号，可采取单极性调制也可采用双极性调制来生成控制信号，下面介绍常用的单极性调制方式。 图3上部分是SPWM波形控制信号生成的原理图，下部分是生成的SPWM波形。在调制法中，把所希望输出的波形称为调制波ur，把接受调制的信号称为载波uc，通常采用等腰三角波作为载波，正弦波作为调制信号。在两波交点时对电路中的开关器件进行通断控制，就可得到宽度正比于调制信号幅值的脉冲。 在ur正半周时，T2与T3保持关断，在ur和uc的交点时刻控制开关晶体管T1与T4开通与关断：当ur＞uc时控制T1与T4导通，R上的电压为Ud，当ur＜uc时控制T1与T4关断，R上的电压为0。在ur负半周时，T1与T4保持关断，当uc＞ur时控制T3与T2导通，R上的电压为-Ud，当uc＜ur时控制T1与T4关断，R上的电压为0。这样在R上产生宽度按正弦波规律变化的SPWM波形，见图2下图，其中红线uof表示输出等效的正弦波交流电电压。 SPWM逆变器输出的正弦波交流电电压uof的峰值uofm小于输入的直流电压ud，把uofm/ud 称为直流电压利用率，对于单相SPWM电路直流电压利用率的理论值最大为1，实际上由于种种原因，直流电压利用率要小于1。对于输出相电压（有效值）为220V单相交流电的逆变电路输入直流电压要高于310V。 SPWM逆变器输出电压与ur/uc成正比，保持载波uc不变，改变调制波ur的大小即可控制输出交流电压的大小。当然，调制波ur峰值要小于载波uc峰值。
变频器直流母线电容纹波电流计算方法 各类电动机是我们发电量的主要消耗设备，而变频器作为电动机的驱动装置成为当前“节能减排”的主力设备之一。它一方面可以起到节约能源消耗的作用，另一方面也可以实现对原有生产或处理工艺过程的优化。目前应用最多也最广的是交-直-交电压型变频器，即中间存在直流储能滤波环节，一般采用大容量电解电容器实现此功能。 使用电解电容器的作用主要有以下几个： （1）补偿以电源频率两倍或六倍变化的逆变器所需功率与整流桥输出功率之差； （2）提供逆变器开关频率的输入电流； （3）减小开关频率的电流谐波进入电网； （4）吸收急停状态时所有功率开关器件关断下的电机去磁能量； （5）提供瞬时峰值功率； （6）保护逆变器免受电网瞬时峰值冲击。 电解电容器设计选型所需要考虑的主要因素有以下几个：电容器的电压、电容器量、电容器的纹波电流、电容器的温升与散热、电容器的寿命等等。这些因素对变频器满足要求的平均无故障时间（mtbf）十分重要。然而电解电容器的纹波电流的计算如何能明确给出计算依据，这是本文所要解决的问题。 直流母线电容纹波电流的计算 纹波电流指的是流过电解电容器的交流电流，它使得电解电容器发热。纹波电流额定值的确定方法是在额定工作温度下规定一个允许的温升值，在此条件下电容器符合规定的使用寿命要求。当工作温度小于额定温度时，额定纹波电流可以加大。但过大的纹波电流会大大缩短电容器的耐久性，当纹波电流超过额定值，纹波电流所引起的内部发热每升高5℃，电容器器的寿命将减少50%。因此当要求电容器器具有长寿命性能时，控制与降低纹波电流尤其重要。 但在实际设计过程中，电解电容器的纹波电流由于受变频器输入输出各物理量变化以及控制方式等的影响很难直接计算得到，一般多采用根据实际经验估算大小，如每μf电容器要求20ma纹波电流之类的经验值，或者通过计算机仿真来估算[3～6]。 本文根据对变频器电路拓扑与开关调制方式的分析，并借鉴已有文献资料，归纳出一个直接的计算电解电容器纹波电流的方法，供大家参考。
逆变器主要技术指标有:额定容量;输出功率因数;额定输入电压、电流 电压调整率;负载调整率;谐波因数;总谐波畸变率;畸变因数;峰值子数等 通过对逆变器产品的考察,现对250kW、500kW逆变器产品及1000kW逆变器做技术参数比较: 本工程装机容量，10MWp，若选用单台容量大的逆变器，逆变器发生故障时，发电系统损失发电量较大；选用单台容量小的逆变设备，则设备数量较多，会增加投资后期的维护工作量；在投资相同的条件下，应尽量选用容量大的逆变设备，可在一定程度上降低投资，并提高系统可靠性，因此，从工程运行及维护考虑,本工程拟采用高效率、大功率逆变器，选用容量为 500kW，逆变器参数暂按如下参数进行设计
集中型逆变器 主要特点是单机功率大、最大功率跟踪（MPPT）数量少、每瓦成本低。目前国内的主流机型以 500kW、630kW 为主，欧洲及北美等地区主流机型单机功率 800kW 甚至更高，功率等级和集成度还在不断提高，德国 SMA 公司今年推出了单机功率 2.5MW 的逆变器。按照逆变器主电路结构，集中型逆变器又可以分为以下 2 种类型 集中型逆变器是目前大部分中大型光伏电站的首选，在全球 5MW 以上的光伏电站中，其选用比例超过 98% 通过对比集中型和组串型主流机型方案在 100MW 电站的运维数据（见表 5），发电量损失二者相当；由于组串型设备是整机维护，而集中型设备是器件维护，设备维护成本上，集中型优势非常明显。同时，在占地几千亩的百 MW 级大规模电站中，对完全分散布置的组串逆变器进行更换，维护人员花在路途上的时间将远高于进行设备更换的时间，这也是组串型的大型电站应用不利因素之一
基金项目：国家自然科学基金（51067004）；江西省重点工业科技支撑项目（2010BGA02000）定稿日期：2011-06-01 作者简介：袁义生（1974-），男，江西上高人，博士，副教授，研究方向为电力电子系统及控制技术。 1引言 光伏单相并网逆变器近年来得到迅速发展。 由于光伏电池输出电压波动大，单相并网逆变器通常采用前级升压电路加后级全桥逆变电路的结构。光伏阵列对地的分布电容，以及逆变器电路对地的分布电容，产生了并网逆变器的对地共模电流。该共模电流占并网逆变器EMI 的主要成分，成为业界在进行电磁兼容测试时的一道难题。为了降低光伏并网逆变器的共模电流，采用了H5桥逆变器电路[1]。该电路实际上是通过在逆变电路电感续流阶段将光伏阵列输出与逆变电路断开，一方面降低光伏阵列对地的电位波动；另一方 面实现逆变电路动态节点电位平衡，这借鉴了文 献[2]中提出的共模干扰抵消的观点，从而从光伏阵列和逆变电路两方面同时降低了系统的EMI 。而后来提出的H6桥逆变电路[3]与其他漏电流抑制逆变电路[4-5]有同样的功能， 只是需要再增加一个功率管。 尽管H5和H6电路都可以降低共模电流，但额外增加的串联功率管也增加了电路损耗，这对日益苛刻的效率指标而言几乎是不可接受的。所以，目前工业界在单相并网逆变器中大多还是采 用传统全桥逆变电路。 为此，讨论了两种传统全桥逆变电路PWM 方式下的共模电流问题。分析了 共模电流产生机理，固定高低频桥臂和轮换高低频桥臂两种PWM 方式对光伏阵列电压和共模电流的影响，得出了固定高低频桥臂具有更小的共模电流的结论。在一台实际的并网逆变器中应用两种调制方法，传导EMI 测试结果证明了固定高低频桥臂PWM 方式大大改善了EMI 。 单相并网逆变器PWM 方式与共模干扰的研究 袁义生 （华东交通大学，江西南昌 330013） 摘要：研究了单相并网逆变器中两种脉宽调制（PWM ）方式与共模干扰的关系。首先分析了并网逆变器中共模 电流的产生机理，指出节点电位对地电位波动。通过其对地分布电容产生的位移电流是共模电流的源头。分析了轮换和固定高低频桥臂两种PWM 方式下的节点电位波动现象， 详细推导了相关公式。在此基础上根据实际工况比较了两种方式的共模电流差异，指出固定高低频桥臂PWM 方式有更小的共模干扰。最后通过实验证明了固定高低频桥臂PWM 方式可以降低电路的传导电磁干扰（EMI ）。 关键词：并网逆变器；脉宽调制；共模干扰中图分类号：TM464 文献标识码：A 文章编号：1000-100X （2011）12-0095-03 Research on PWM Methods and Common -mode Disturbance of Single -phase Grid -tied Inverters YUAN Yi -sheng （East China Jiaotong University ，Nanchang 330013，China ） Abstract ：The relationship between two pulse width modulation （PWM ）methods and common -mode disturbance in sin -gle phase grid -connected inverter is developed.Firstly the mechanism of common -mode current in grid -tied inverter is ex -plained ，and it is indicated that displacement current flow into parasitic capacitors by electric nodes with potential fluctuation is source of common mode current.Then junction voltage fluctuation phenomena in two PWM methods with alternated or fixed high -low -frequency -bridges are analysis ，the formulas are derived.Finally the experimental results verify that the PWM method with fixed high -low -frequency -bridge can reduce conducted EMI of the inverter.Keywords ：grid -connected inverter ；pulse width modulation ；common -mode disturbance Foundation Project ：Supported by National Natural Science Foundation of China （No.51067004）；Key Science and Technology Project of Jiangxi Province （ No.2010BGA02000）95
4.1.4逆变器主要性能指标 逆变器的主要性能指标主要有: (1)额定输出电压 逆变器输入的直流电压允许在允许的波动范围内,逆变器应能稳定的输出 额定电压值,其精度要求如下: ①在系统稳定运行时,允许输出电压在一定的范围内波动,比如波动范围 不超过额定值的±3 %或者±5 %。 ②在系统的负载发生突变或存在严重干扰时,输出的电压偏差应小于额定 值的±8%或者±10%。 (2)额定输出容量 光伏并网逆变器的额定输出容量代表着逆变器向负载提供电力的能力,该 值越高,表明逆变器带载能力越强;当逆变器的负载是非阻性时,这时功率因 数小于1,逆变器的负荷能力将小于系统的输出额定容量,因此完善的逆变器需要有足够的额定输出容量以及承受过载能力。 (3)逆变输出交流电压的稳定度 它反映了逆变器输出交流电fE的稳定性,许多逆变装置会提供直流输入电 ffi发生波动与该逆变装置输出电JE的比值,即电应的调整率。同时逆变器还应具有负荷从0%增大到100%时的输出电压偏差百分比,即负载调整率。一个性能良好的逆变器,其电压调整率应不大于±3%,负载调整率应不大于±6%。(4)输出电压失真度 由于系统逆变输出的电压波形是正弦波,一般的会要求小于波形的最大失 真度(或称谐波含量),一般釆用波形总失真度表示。其中,单相并网逆变器的 输出电压失真度应小于10%。 (5)输出的额定频率 通常光伏并网逆变系统输出的交流电额定频率为50Hz的工频,在系统正常 运行时,频率偏差应小于±1%。 (6)负载功率因数 它反映了并网逆变器带非阻性负载的能力,当系统输出电压波形为正弦波 时,该值为0.7-0.9 (滞后),其中0.9为额定值。 (7)额定输出电流 它表示逆变器在规定的负载功率因数变化范围内输出的额定电流。 (8)额定输出效率 额定输出效率反映了逆变器对光伏电池输出功率的利用率,是光伏发电系 统的一项重要技术经济指标。实际中,光伏发电系统采用专门设计的逆变器来减少自身的功率耗损,从而达到提高整机效率的目的。 (9)保护功能 由于过电流或短路故障很容易打断逆变器的正常运行,因此逆变器必须具 有良好的自我保护功能,这是光伏发电系统正常、可靠运行保障。 (10)起动特性 它映了逆变器带载情况下起动的能力以及JH常运行工作状态下的动态性 能,逆变器应保证能够在额定负载下可靠起动。一般的,小型逆变器可采用软 起动的方式或限流起动的方法,这样可以保证逆变器的安全。 (11)噪声容限
变频器中直流母线电容的纹波电流计算 2010年06月26日评论(0)|浏览(130) 点击查看原文 各类电动机是我们发电量的主要消耗设备，而变频器作为电动机的驱动装置成为当前“节能减排”的主力设备之一。它一方面可以起到节约能源消耗的作用，另一方面也可以实现对原有生产或处理工艺过程的优化。目前应用最多也最广的是交-直-交电压型变频器，即中间存在直流储能滤波环节，一般采用大容量电解电容器实现此功能。 使用电解电容器的作用主要有以下几个[1]： （1）补偿以电源频率两倍或六倍变化的逆变器所需功率与整流桥输出功率之差； （2）提供逆变器开关频率的输入电流； （3）减小开关频率的电流谐波进入电网； （4）吸收急停状态时所有功率开关器件关断下的电机去磁能量； （5）提供瞬时峰值功率； （6）保护逆变器免受电网瞬时峰值冲击。 电解电容器设计选型所需要考虑的主要因素有以下几个：电容器的电压、电容器量、电容器的纹波电流、电容器的温升与散热、电容器的寿命等等。这些因素对变频器满足要求的平均无故障时间（mtbf）十分重要。然而电解电容器的纹波电流的计算如何能明确给出计算依据，这是本文所要解决的问题。 2 直流母线电容纹波电流的计算 纹波电流指的是流过电解电容器的交流电流，它使得电解电容器发热。纹波电流额定值的确定方法是在额定工作温度下规定一个允许的温升值，在此条件下电容器符合规定的使用寿命要求。当工作温度小于额定温度时，额定纹波电流可以加大。但过大的纹波电流会大大缩短电容器的耐久性，当纹波电流超过额定值，纹波电流所引起的内部发热每升高5℃，电容器器的寿命将减少50%。因此当要求电容器器具有长寿命性能时，控制与降低纹波电流尤其重要。 但在实际设计过程中，电解电容器的纹波电流由于受变频器输入输出各物理量变化以及控制方式等的影响很难直接计算得到[2]，一般多采用根据实际经验估算大小，如每μf电容器要求20ma纹波电流之类的经验值，或者通过计算机仿真来估算[3～6]。 本文根据对变频器电路拓扑与开关调制方式的分析，并借鉴已有文献资料，归纳出一个直接的计算电解电容器纹波电流的方法，供大家参考。
并网逆变器的电流控制方法敬德，1140319060；凯，1140319070；指导老师：王志新（交通大学电气工程系，，200240） 摘要：并网逆变器是光伏发电系统的一个核心部件，其控制技术一直是研究的热点。其使用的功率器件属于电力电子设备，它们固有特性会对系统产生不利的影响，为了防止逆变器中的功率开关器件处于直通状态，通常要在控制开关管的驱动信号中加入死区，这给逆变器输出电压带来了谐波，对电网的电能产生污染。本文对传统的控制方法重复控制、传统的PI控制、dq轴旋转坐标控制、比例谐振控制进行了总结分析，并比较了它们的优缺点。 关键词：并网逆变器，重复控制，传统的PI控制，dq轴旋转坐标控制，比例谐振控制 0引言 随着现代工业的迅速发展，近年来全球围包括煤、石油、天然气等能源日益紧缺，全球将再一次面临能源危机，同时，这些燃料能源的应用对我们所生活的周围环境产生了严重的影响。环境问题受到了人们的广泛关注，为了解决能源紧缺以及环境污染问题，寻找可再生能源是解决这一问题的有效方式。太阳能因其清洁，无污染的优势受到了人们的青睐，太阳能光伏发电是目前充分利用太阳能资源的主要方式之一。太阳能发电主要有单独运行和并网运行两种模式，其中并网运行发展速度越来越快，应用的规模也愈来愈大[1]。逆变器是光伏发电系统中的关键部件，逆变器的工作原理是通过IGBT、GTO、GTR等功率开关管的导通和关断，把直流蓄电池电能、太阳能电池能量等变换为电能质量较高的交流电能，可以把它看成是一种电能转换设备。功率开关管的开关频率一般都比较高，因此利用它们进行电能转换的效率也比较高，但有一个很大的缺点是由它们组成的逆变系统的输出电能却不理想，其输出的波形中包含了很多对电能质量产生不利的方波，而很多场合都要求其输出的是一定幅值和频率的正弦波，所以要寻找更好的控制策略来提高逆变器的电能质量，让
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