直流三相逆变器设计
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逆变器设计手册一、引言逆变器是一种可以将直流电能转换为交流电能的设备,其在电力转换领域具有重要的应用价值。
逆变器的设计是一项复杂的工作,需要综合考虑功率输出、效率、稳定性、可靠性等因素。
本手册将介绍逆变器设计的基本原理、常见的设计方法和注意事项,帮助读者全面了解逆变器设计的要点。
二、逆变器的工作原理逆变器的基本原理是利用电子器件将直流电能转换为交流电能。
在逆变器中,通过高频开关器件(如MOS管、IGBT等)将直流输入电压切换成高频脉冲信号,再经过滤波电路和逆变电路得到所需的交流输出电压。
逆变器的输出电压可以是单相交流电压、三相交流电压,或者其他特定的输出形式。
三、逆变器的分类按输出电压形式,逆变器可以分为单相逆变器和三相逆变器。
单相逆变器的输出电压是单相交流电压,适用于家庭和小型商业应用。
三相逆变器的输出电压是三相交流电压,适用于工业和大型商业应用。
根据电压输出方式,逆变器又可以分为串联逆变器和并联逆变器。
四、逆变器设计的要点1.功率输出:逆变器的功率输出能力是设计的核心要点。
要根据应用需求确定所需的功率范围,并选择适当的器件和拓扑结构来实现。
2.效率:逆变器的效率是衡量其性能好坏的重要指标。
要通过合理的设计来降低功率损耗,提高整体效率。
3.稳定性:逆变器在工作过程中要保持稳定输出,不出现波动和干扰。
要通过稳压和稳流控制来实现稳定的输出。
4.保护功能:逆变器在工作过程中要具备过流、过压、过温等保护功能,以保证设备的安全可靠。
5.电磁兼容性:逆变器在工作过程中要控制电磁辐射和电磁干扰,以减少对其他电子设备的影响。
六、逆变器设计的常见方法逆变器的设计有几种常见的方法,如以下几种:1.基于PWM控制的逆变器:利用脉宽调制技术,控制开关器件的导通时间,实现对输出波形的控制。
2.基于谐振技术的逆变器:利用谐振电路和谐振开关器件,实现对输出波形的控制,提高转换效率。
3.基于电压源逆变器的设计:以电压源逆变器为基础,通过逆变电路的设计和控制,实现稳定电压输出。
三相电压型变流器的建模及双闭环控制系统设计探究摘要:随着电力系统的进步,对电能质量的要求也越来越高,而三相电压型变流器在电力系统中的应用越来越广泛。
本文主要对三相电压型变流器进行了建模探究,并设计了一种双闭环控制系统,以提高其性能和稳定性。
一、引言随着电力负载的增加和电力系统对质量要求的提高,电力质量问题已成为电力系统探究的重要方向。
而电力质量问题中,电压波动和谐波问题是较为常见的。
三相电压型变流器作为一种电力质量控制装置,在电力系统中有着广泛的应用。
因此,对其建模和控制算法的探究具有重要意义。
二、三相电压型变流器的建模1. 变流器的基本原理三相电压型变流器主要由整流器和逆变器两部分组成。
通过控制整流器和逆变器的开关管,可以实现直流电源到沟通电源的转换。
2. 整流器的建模整流器的主要功能是将三相沟通电源输出的电能转换为直流电能。
接受p-q理论对整流器进行建模,推导出整流器的电流方程。
3. 逆变器的建模逆变器的主要功能是将直流电能转换为沟通电能。
依据逆变器的输出电流和电压之间的干系,推导出逆变器的电流方程。
三、双闭环控制系统设计1. 控制系统的基本结构双闭环控制系统包括外环控制和内环控制两部分。
外环控制是对输出电流进行控制,内环控制是对输出电压进行控制。
2. 外环控制设计接受PID控制器对输出电流进行控制。
依据变流器的电流方程和控制目标,设计PID控制器的参数,并通过仿真验证其性能和稳定性。
3. 内环控制设计接受PI控制器对输出电压进行控制。
依据逆变器的电流方程和控制目标,设计PI控制器的参数,并通过仿真验证其性能和稳定性。
四、仿真结果及分析通过Matlab/Simulink软件进行仿真试验,对三相电压型变流器进行性能测试。
通过对比不同控制方案下的输出电流和电压波形,以及控制参数的变化,分析双闭环控制系统的性能。
五、结论本文针对三相电压型变流器进行了建模探究,并设计了一种双闭环控制系统。
通过仿真试验验证了控制系统的性能和稳定性。
三电平npc逆变器硬件设计
三电平NPC逆变器是一种高性能的逆变器拓扑结构,它在电
力电子领域得到了广泛的应用。
下面是三电平NPC逆变器的
硬件设计方案:
1. 选择功率器件:根据设计需求选择合适的功率器件,通常使用IGBT(绝缘栅双极型晶体管)或MOSFET(金属氧化物半
导体场效应管)作为开关管,整流器使用快恢复二极管(FRED)。
2. 控制电路设计:三电平NPC逆变器需要精确的电流和电压
控制,因此需要设计控制电路来实现这些功能。
可以使用微控制器或DSP芯片来实现控制算法,同时需要采用传感器来获
取电流和电压信息。
3. 电源电压设计:三电平NPC逆变器通常使用直流输入电压,因此需要设计适当的电源电压。
可以使用整流器将交流电转换为直流电,然后通过滤波器进行滤波。
4. 电路保护设计:在设计过程中,需要考虑逆变器的电路保护,以保证逆变器在故障情况下的安全运行。
常见的保护措施包括过压保护、过流保护、短路保护等。
5. PCB设计:将上述所有电路元件和电路连接在一起,设计PCB板以实现电路的布线和连接。
需要注意布线的合理性和
有关信号的屏蔽,以减少干扰和噪声。
6. 散热设计:由于三电平NPC逆变器在工作过程中会产生大
量的热量,因此需要进行散热设计来保持逆变器的工作温度在可接受范围内。
可以使用散热片、散热器等散热设备来提高散热效果。
总之,三电平NPC逆变器的硬件设计需要综合考虑功率器件、控制电路、电源电压、保护措施、PCB设计和散热设计等多
个方面。
需要根据具体的设计需求和要求进行设计。
三相全桥逆变电路详解三相全桥逆变电路,听起来挺复杂吧?别担心,咱们慢慢来,聊聊这个有趣的东西。
这玩意儿可不是用来做饭的,而是电力电子领域里的明星。
想象一下,三相电像三条欢快的小溪流淌,各自有自己的节奏。
当它们在一起的时候,就能发出美妙的和声。
而全桥逆变器就是在这个过程中起到关键作用的,仿佛是乐队里的指挥,让每个音符都完美契合。
说到逆变器,大家可能会想,为什么要逆变呢?哈哈,简单来说,逆变器就是把直流电“变身”成交流电,就像魔术一样。
你想象一下,家里的电池,给你提供的是直流电,而大多数家用电器需要的是交流电。
这时候,逆变器就像是个桥梁,把这两者连接起来,嘿,真是太神奇了!而三相全桥逆变器更是其中的佼佼者,它能把三相直流电转变为三相交流电,效率高得惊人,几乎能说是电力界的“超人”。
聊聊它的结构,三相全桥逆变器可不简单,里面可是有四个开关元件,通常用的是MOSFET或者IGBT。
它们就像一队忠诚的士兵,听从指挥,按下去就通,松开就断。
每个开关都有自己的职责,要是哪个开关没跟上节奏,整个系统就会乱套。
想想,如果你在跳舞,突然踩错了节拍,那可就尴尬了!所以,开关的控制信号得精准无误,这样才能确保输出的交流电波形美如画。
我们得说说三相全桥逆变器的优点,嘿,真的是优点多多!它的输出电流波形特别好,几乎没有谐波,像喝了灵芝一样清爽。
这种特性让电器工作得更加稳定,寿命也更长。
能量转换效率高,可以达到95%以上。
想想,这可是省电的利器,大家都爱吧?就像你喜欢吃美味的东西,又不想长肉一样,三相全桥逆变器就是这种“美味”。
再说说应用,三相全桥逆变器可用的地方可多了,风能发电、太阳能发电、还有电动汽车充电等等,真是无所不在。
想象一下,阳光照射下,太阳能电池板收集的能量,通过逆变器转变成交流电,供给你的家,嘿,生活多美好!而电动汽车的充电桩,更是离不开它,让你在路上畅行无阻,真是现代科技的奇迹。
这个系统也有点小麻烦,比如控制复杂性就高了,设计的时候可得小心翼翼,不能马虎哦。
三相有源逆变电路实验报告三相有源逆变电路实验报告引言:在电力系统中,逆变器是一种重要的电力转换设备,它能将直流电能转换为交流电能。
而有源逆变器是一种能够主动控制输出电流和电压的逆变器,具有更高的灵活性和可调性。
本实验旨在研究三相有源逆变电路的工作原理和特性。
一、实验目的本实验的主要目的有以下几点:1. 了解三相有源逆变电路的基本结构和工作原理;2. 掌握三相有源逆变电路的实验操作方法;3. 研究三相有源逆变电路的输出特性。
二、实验装置和原理实验采用的三相有源逆变电路由三相桥式整流器、逆变桥、滤波电路和控制电路组成。
其中,三相桥式整流器将交流电源输入转换为直流电压,逆变桥将直流电压转换为交流电压,滤波电路用于平滑输出电压,控制电路用于控制逆变器的输出电流和电压。
三、实验步骤1. 按照实验要求连接实验电路,确保接线正确稳固;2. 打开电源,调整三相桥式整流器的控制参数,使其输出直流电压达到设定值;3. 调整逆变桥的控制参数,控制输出电流和电压的波形和幅值;4. 观察并记录输出电流和电压的波形和幅值;5. 根据实验结果进行数据分析和讨论。
四、实验结果与分析通过实验测量和观察,我们得到了三相有源逆变电路的输出电流和电压的波形和幅值。
根据测量数据,我们可以看到输出电流和电压的波形基本符合预期的正弦波形,且幅值可调。
这证明了三相有源逆变电路的正常工作和可调性。
在实验过程中,我们还发现了一些问题。
例如,在调整逆变桥的控制参数时,如果参数设置不合理,可能会导致输出电流和电压的波形失真或幅值不稳定。
因此,在实际应用中,需要根据具体要求和负载特性合理选择控制参数,以确保逆变器的稳定工作和输出质量。
五、实验总结通过本次实验,我们深入了解了三相有源逆变电路的工作原理和特性。
我们学会了如何操作和调整逆变器的控制参数,以实现所需的输出电流和电压。
同时,我们也意识到了控制参数的合理选择对逆变器性能和输出质量的重要性。
在今后的工作中,我们将进一步研究和应用三相有源逆变电路,探索其在电力系统和工业自动化中的应用。
基于STM32单片机的三相逆变器设计作者:陈日恒唐杰王贵龙来源:《山东工业技术》2019年第04期摘要:针对当前电网需要能输出高质量的交流电,且需具备较好的负载适应性及调压、调频等问题。
设计了基于STM32F103C8T6单片机控制的DC-AC三相正弦波逆变器。
文章详细分析了三相逆变器硬件电路各个模块的工作原理及相关参数的设计,分析了用于控制三相逆变器的SPWM调制技术、基于数字PI控制的功率变换技术,同时进行了硬件电路设计、软件设计,制作了三相逆变器实物。
通过对逆变器调压、调频测试,结果表明所制作的三相逆变器调压、调频控制方案的可行性与有效性。
关键词:三相逆变器;SPWM;STM32F103C8T6单片机DOI:10.16640/ki.37-1222/t.2019.04.1390 引言当前电力电子技术已经成为了工业与科学技术的飞速发展过程中,提高电网供电性能,保障并网系统安全运行时一项非常关键的技术,而并网逆变器控制又是其中非常重要的技术[1]。
随着时代的进步,各行业对于供电电能质量有了更高的要求,如电网频率稳定、电压稳定等电能指标。
逆变控制技术能显著改善工作环境、减少开支、提高效率,同时减少了化石燃料的使用,对减少污染、节约能源有着巨大的帮助。
本文以应用于模拟微电网系统的三相并网逆变器为研究对象,设计以STM32单片机为主控电路的三相逆变器,给出了详细的硬件和软件设计过程,并提供了控制器的测试结果,测试结果表明所制作的基于STM32单片机的三相逆变器调压、调频方案的可行性与有效性。
1 系统总体方案设计先给出系统整体的结构框架,设计出逆变器主电路、控制电路、驱动电路、信号调理电路以及保护电路。
其中控制电路设计包含单片机最小系统、显示电路、信号调理电路的设计,对各个电路的工作原理作了详细分析。
程序设计主要是以STM32单片机为控制单元,通过对系统控制方法和调压、调频程序等的设计,系统的整体结构框图如下图1所示:从三相正弦波逆变电源系统的总体框图中可以看出,STM32控制单元发出SPWM信号,通过驱动电路的隔离和放大来控制三相逆变器主电路,最后输出频率和幅值可调的三相交流电。
三相电压型SPWM逆变器仿真分析及应用三相电压型SPWM逆变器是一种常见的电力电子装置,用于将直流电能转换为交流电能。
它广泛应用于可再生能源发电系统、电动汽车充电系统、UPS电源等领域。
本文将对三相电压型SPWM逆变器进行仿真分析,并讨论其在实际应用中的一些关键技术。
首先,我们来介绍一下三相电压型SPWM逆变器的工作原理。
该逆变器由六个开关管组成,三个开关管连接到每个电压型逆变器的输入端,三个开关管连接到中性点。
逆变器的输入是直流电压,输出是三相交流电压。
逆变器的工作原理是通过不同开关管的开关状态,控制直流电压经过逆变器的辅助电路,从而产生所需的交流电压。
在SPWM控制策略下,通过对开关管的PWM波形进行调制,可以实现对输出电压的调节。
接下来,我们进行三相电压型SPWM逆变器的仿真分析。
首先,我们需要建立逆变器的数学模型,并设计控制策略。
然后,利用数值计算软件进行仿真模拟,得到逆变器的输出波形和性能参数。
最后,对仿真结果进行分析和验证。
在仿真过程中,我们可以通过调节PWM波形的频率、幅值和相位等参数,观察输出电压的变化情况。
同时,可以对逆变器的效率、谐波含量、响应时间等性能指标进行评估和改进。
通过仿真分析,可以帮助我们更好地理解逆变器的工作原理和特性,并为实际应用中的设计和优化提供参考。
除了仿真分析,三相电压型SPWM逆变器还有一些关键技术需要注意。
首先是开关管的选择和驱动电路的设计,要保证开关管具有足够的电流和电压承受能力,并且能够快速开关。
其次是PWM控制策略的设计,包括调制波形的产生方法和控制方法的选择,以实现输出电压的精确控制。
此外,还需要考虑逆变器的过电流保护、温度保护、短路保护等安全措施。
综上所述,三相电压型SPWM逆变器是一种常见的电力电子装置,在可再生能源发电系统、电动汽车充电系统、UPS电源等领域有广泛应用。
通过仿真分析和关键技术的研究,可以提高逆变器的性能和可靠性,推动其在实际应用中的进一步发展。
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。
三相PWM逆变器输出LC滤波器设计方法一、本文概述随着可再生能源和电力电子技术的快速发展,三相PWM(脉宽调制)逆变器在电力系统中得到了广泛应用。
为了改善逆变器的输出波形质量,降低谐波对电网的污染,LC滤波器被广泛应用于逆变器的输出端。
本文旨在探讨三相PWM逆变器输出LC滤波器的设计方法,分析滤波器的主要参数对滤波效果的影响,为工程师提供一套实用的滤波器设计流程和指导原则。
本文将首先介绍三相PWM逆变器的基本工作原理和LC滤波器的功能特点,然后详细阐述LC滤波器的设计步骤,包括电感、电容参数的选取,滤波器截止频率的计算等。
接着,本文将通过仿真和实验验证所设计的LC滤波器的性能,分析滤波效果与滤波器参数之间的关系。
本文将总结滤波器设计的关键因素,并给出一些实用建议,以帮助工程师在实际应用中更好地设计和优化LC滤波器。
通过本文的阅读,读者可以全面了解三相PWM逆变器输出LC滤波器的设计原理和方法,掌握滤波器参数的选择和优化技巧,为提升逆变器输出波形质量和电网稳定性提供有力支持。
二、三相PWM逆变器基础知识三相PWM(脉冲宽度调制)逆变器是一种电力电子设备,用于将直流(DC)电源转换为三相交流(AC)电源。
它是许多现代电力系统中不可或缺的一部分,特别是在可再生能源领域,如太阳能和风能系统中。
了解三相PWM逆变器的基础知识是设计其输出LC滤波器的前提。
三相PWM逆变器的基本结构包括三个独立的半桥逆变器,每个半桥逆变器都连接到一个交流相线上。
每个半桥由两个开关设备(通常是绝缘栅双极晶体管IGBT或功率MOSFET)组成,它们以互补的方式工作,以产生所需的输出电压波形。
PWM控制是逆变器的核心。
它涉及快速切换开关设备,以便在平均意义上产生所需的输出电压。
通过调整每个开关设备的占空比(即它在任何给定时间内处于“开”状态的时间比例),可以精确地控制输出电压的大小和形状。
三相PWM逆变器的一个关键特性是它能够产生近似正弦波的输出电压。
1 设计任务与要求条件:输入直流电压:110V。
要求完成的主要任务:(1)开关元器件的选择(2)各模块方案选择(3)各模块方案设计(4)总电路的设计(5)各模块的器件选型(6)参数计算设计容量为3KVA的三相逆变器,要求达到:(1)输出380V,频率50Hz三相交流电(2)完成总电路设计(3)完成电路中各元件的参数计算1.1 设计任务分析由于输入直流电压只有110V,而输出交流电压要求有效值为380V,所以必须通过升压电路将直流电压升到到一定值才能作为逆变器的输入电压。
逆变器的核心是半导体开关器件,不同拓扑的逆变电路有不同的优缺点和应用领域。
半导体开关器件需要触发信号才能导通,要使逆变器输出正弦波形,则需要特殊的触发电路对开关器件进行调制。
逆变器输出带有高次谐波,需要滤波电路对谐波进行。
在进行仿真前,需对上述电路模块进行比较论证和选择。
1.2 设计思路首先,考虑输入直流电压为110V而输出380V、频率50Hz三相交流电,要采用斩波电路升压到大于380以上,可以用直流斩波升压电路、直流斩波升降压电路等。
其次要求由直流变为三相交流电,可采用电压型逆变电路、电流型逆变电路。
逆变电路得到的是三相矩形波,再用PWM或者SPWM开关采用规则采样法将矩形波变为三相波,最后用滤波器滤波得到最终的所要的三相电,设计流程图如图1.1所示图1.1设计流程图2 设计意义及原理2.1 设计意义逆变电源技术的核心部分是逆变器和其控制部分。
逆变器是将直流变为定频定压或调频调压交流电的变换器,传统方法是利用晶闸管组成的方波逆变电路实现,但其含有较大成分低次谐波等缺点,由于电力电子技术的迅速发展,全控型快速半导体器件BJT,IGBT,GTO 等的发展和PWM 的控制技术的日趋完善,使SPWM 逆变器得以迅速发展并广泛使用众所周知。
逆变器是将直流变为定频定压或调频调压交流电的变换器,传统方法是利用晶闸管组成的方波逆变电路实现,但由于其含有较大成分低次谐波等缺点,近十余年来,由于电力电子技术的迅速发展,全控型快速半导体器BJT,IGBT,GTO等的发展和PWM的控制技术的日趋完善,使SPWM逆变器得以迅速发展并广泛使用。
PWM控制技术是利用半导体开关器件的导通与关断把直流电压变成电压脉冲列,并通过控制电压脉冲宽度和周期以达到变压目的或者控制电压脉冲宽度和脉冲列的周期以达到变压变频目的的一种控制技术,SPWM 控制技术又有许多种,并且还在不断发展中,但从控制思想上可分为四类,即等脉宽PWM 法,正弦波PWM 法(SPWM 法),磁链追踪型PWM 法和电流跟踪型PWM 法,其中利用SPWM 控制技术做成的SPWM 逆变器具有以下主要特点:(1)逆变器同时实现调频调压,系统的动态响应不受中间直流环节滤波器参数的影响。
(2)可获得比常规六拍阶梯波更接近正弦波的输出电压波形,低次谐波减少,在电气传动中,可使传动系统转矩脉冲的大大减少,扩大调速范围,提高系统性能。
(3)组成变频器时,主电路只有一组可控的功率环节,简化了结构,由于采用不可控整流器,使电网功率因数接近于1,且与输出电压大小无关。
在后备式供电中,蓄电池作为一种非常重要的储能介质,在各个行业都得到了广泛的应用。
由于单个电池的参数存在着差别,不能通过将蓄电池并联的方法来提高直流供电系统的容量,因此在电池的容量不能满足实际需求时,最直接的办法就是多个蓄电池串联共同提供能量。
所串的蓄电池越多,蓄电池组能够提供的能量就越多,但输出端电压就越高,此时,逆变器输入直流电压的上限就直接决定了蓄电池组的容量大小。
另外,高压变频器广泛的应用于轧钢、造纸、水泥制造、矿井提升、轮船推进器等传统工业的改造和高速列车、城市地铁轻轨、电动汽车中,其核心部分也是高压逆变器。
2.2 开关元器件的选择IGBT 主要是以M(模块)P(脉波)W(宽度)M(调变)方式制作,用主动元件IGBT模块设计,使本机容量可达300KVA,以隔离变压器输入及输出,来增加整机稳定性,特别感性、容性级特殊负载,负载测试和寿命实验可靠性高。
IGBT优点:高频MPWM设计,IGBT功率推动,体积小、可靠性能高、噪音低。
效率达85%以上。
反应快速,对100%除载/加载,稳压反应时间在2ms以内。
超载能力强,瞬间电流能承受额定电流的300%。
波峰因素比(CREST FACTOR RATIO)高于3:1。
具过压、过流、超温等多重保证级报警装置。
Power MOSFET全称功率场效应晶体管。
它的三个极分别是源极(S)、漏极(D)和栅极(G)。
主要优点:热稳定性好、安全工作区大。
缺点:击穿电压低,工作电流小。
GTR(功率晶管)由于二次击穿和驱动功率大等缺点,目前被IGBT和MOSFET 所代替。
IGBT全称绝缘栅双极晶体管,是MOSFET和GTR(功率晶管)相结合的产物。
它的三个极分别是集电极(C)、发射极(E)和栅极(G)。
特点:击穿电压可达1200V,集电极最大饱和电流已超过1500A。
由IGBT作为逆变器件的变频器的容量达250kVA以上,工作频率可达20kHz。
所以这里选择IGBT作为此次设计的开关元件。
2.3 逆变电路原理逆变电路在电力电子电路中占很重要的地位,他可分为电压型逆变电路和电流型逆变电路,在实际生产生活中三相逆变应用较为广泛,其中电压型的直流侧通常是并一个电容器,而电流型通常是在直流侧串一个电感。
电压型逆变:直流侧为电压源,采用并联大电容器来缓冲无功功率,则构成电压型逆变器。
电压型逆变电路输出电压波形为矩形波,输出电流波形近似正弦波。
直流侧电压基本无脉动,直流回路呈现低阻抗;交流侧输出电压为矩形波;当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率,直流侧电容起缓冲无功能量的作用等特点。
电压型逆变电路有以下主要特点:(1)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。
(2)由于支路电压源的箝位作用,交流侧输出电压波形位矩形波,并且与负载阻抗角无关。
而交流侧输出电流波形和相位因负载阻抗情况的不同而不同。
(3)当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率,直流侧电容起缓冲无功能量的作用。
为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道,逆变桥各臂都并联了反馈二极管。
图中Vl—V6是逆变器的六个IGBT开关器件,各由一个续流二极管反并联,整个逆变器由恒值直流电压供电。
电路中的直流侧通常只有一个电容器就可以了,但为了方便分析,画作串联的两个电容器并标出假想中点。
和单相半桥,全桥逆变电路相同,三相电压型桥式逆变电路的基本工作方式也是导电方式,即每个桥臂的导电角度为,同一相上、下桥臂交替导通。
因为每次换流都是在上、下桥臂之间进行,因此也被称为纵向换流。
采用IGBT作为开关器件的三相电压型桥式逆变电路如图2.1所示:图2.1 三相电压型桥式逆变电路3 各模块方案选择3.1 升压电路选择方案1:采用变压器直接对直流电压进行升压。
方案2:采用boost直流斩波升压电路通过改变占空比对直流电压进行调节升压。
考虑到实际变压器变比不可调或者调节范围很小,不利于逆变器输出的调节,而boost电路通过调节开关器件的导通占空比可以灵活方便的调节输出电压的大小,从实际出发和从方便性出发,最终选择了boost电路作为升压电路。
如图2.2升压斩波电路主电路图图3.1升压斩波电路主电路图3.2 逆变电路选择逆变器按照输出的相数分,有单相、三相两种;按电路拓扑分,有半桥式、全桥式和推挽式。
鉴于全桥结构的控制方式比较灵活,所以选择三相全桥电路作为逆变器主电路。
3.3 逆变器触发电路选择目前,逆变器广泛采用PWM脉宽调制技术实现对输出电压的控制。
PWM技术主要体现在两个方面,一是控制策略,二是实现的手段。
调制方式主要有直流脉宽调制和正弦波脉宽调制两种方式。
直流脉宽输出的是方波,波形畸变严重,所以不适合;正弦波脉宽调制输出波形只含高次谐波,可以大大减小滤波器的体积。
所以最终选择正弦波脉宽调制,即SPWM技术。
3.4 滤波电路选择由于设计任务对波形畸变率没有特殊的要求,可以采用最普通的LC滤波电路作为逆变输出的滤波电路。
3.5 保护电路选择过压保护器件(OVP)用于保护后续电路免受甩负载或瞬间高压的破坏,常用的过压保护器件有压敏电阻、瞬态电压抑制器、静电抑制器和放电管等。
过压保护器件选型应注意以下四个要点:1)关断电压Vrwm的选择。
一般关断电压至少要比线路最高工作电压高10%2)箝位电压VC的选择。
VC是指在ESD冲击状态时通过TVS的电压,它必须小于被保护电路的能承受的最大瞬态电压 3)浪涌功率Pppm的选择。
不同功率,保护的时间不同,如600w(10/1000us);300W(8/20us) 4)极间电容的选择。
被保护元器件的工作频率越高,要求TVS的电容要越小过流保护器件主要有一次性熔断器、自恢复熔断器、熔断电阻和断路器等,其中,最重要的过流保护器件是熔断器,也叫保险丝。
它一般串联在电路中,要求其电阻要小(功耗小),当电路正常工作时,它只相当于一根导线,能够长时间稳定的导通电路;由于电源或外部干扰而发生电流波动时,也应能承受一定范围的过载;只有当电路中出现较大的过载电流(故障或短路)时,熔断器才会动作,通过断开电流来保护电路的安全,以避免产品烧毁的危险。
在熔断器分断电路的过程中,由于电路电压的存在,在熔体断开的瞬间会发生电弧,高质量的熔断器应该尽量避免这种飞弧;在分断电路后,熔断器应能耐受加在两端的电路电压。
熔断器受脉冲损伤会逐步降低承受脉冲的能力,选用时需要考虑必要的安全余量;这个安全余量是指熔断器的总熔断(动作)时间,它是预飞弧时间和飞弧时间之和。
所以在选择的时候需要留意它的熔断特性和额定电流这个基本条件;另外安装时要考虑熔断器周边的环境,熔断器只有达到本身的熔化热能值的时候才会熔断,如果是在环境较冷的状况下,它的熔断时间会变化,这是使用时必须留意的。
3.6 总电路的控制方式为了使输出电压波形稳定且可调,采用闭环控制方式,检查输出电压反馈到输入作为比较控制。
4 各模块方案设计4.1 升压斩波电路升压斩波电路如下图3.1所示。
假设L值、C值很大,V通时,E向L充电,充电电流恒为I1,同时C的电压向负载供电,因C值很大,输出电压uo为恒值,记为Uo 。
设V通的时间为ton,此阶段L上积蓄的能量为EI1ton。
V断时,E和L共同向C充电并向负载R供电。
设V断的时间为toff,则此期间电感L释放能量为(U0-E)I1toff,稳态时,一个周期T中L积蓄能量与释放能量相等,即EI1ton=(U-E)I1toff化简得 U0=T·E/toff输出电压高于电源电压,故称升压斩波电路,也称之为boost变换器。