【正文】 端式、推挽式、半橋式和全橋式逆變電源。當(dāng)然還有其他的分類方式可以把逆變電源分為不同的種類，這里不再敘述。采用逆變技術(shù)是為了獲得不同的穩(wěn)定或變化形式的電能，具有很多的優(yōu)點：靈活調(diào)節(jié)輸出電壓或電流的幅度和頻率，如交流電動機(jī)的調(diào)速?！?1將直流電轉(zhuǎn)換成交流電或其他形式的直流電，如程控電話交換機(jī)；○ 2減小用電設(shè)備的體積和重量，節(jié)省材料?！?3高效節(jié)能?！?4動態(tài)響應(yīng)快,控制性能好,電氣性能指標(biāo)好?！?5保護(hù)快。 ○ 6現(xiàn)代電源技術(shù)是綜合應(yīng)用了電力電子、電子與電磁技術(shù)、自動控制及微處理器技華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）2術(shù)的一種多學(xué)科交叉技術(shù)。隨著電子電源的集成化、模塊化、智能化的發(fā)展，功率集成技術(shù)已經(jīng)模糊了整機(jī)與器件之間的界限。進(jìn)入 80 年代后，現(xiàn)代電源技術(shù)隨著IGBT、功率 MOSFET、IPM、MCT 等新元件的出現(xiàn)，諧振變流、軟開關(guān)、電路拓?fù)涞刃吕碚摰闹С?，功率因?shù)校正、并聯(lián)均流、有源鉗位、微機(jī)監(jiān)控等技術(shù)的應(yīng)用，使現(xiàn)代電源技術(shù)逐漸走上高頻化。高頻化帶來的直接好處就是使電源裝置的小型化，并使電源產(chǎn)品進(jìn)入到了更為廣闊的領(lǐng)域。 現(xiàn)代電源技術(shù)研究的總趨勢是交流電源以 PWM 為主流，不斷提高網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)，實現(xiàn)功率因數(shù)近似為 1 的電源，并向大功率推進(jìn)；直流電源以開關(guān)方式為主流，擴(kuò)大輸出電壓的多路電壓控制；進(jìn)一步提高開關(guān)頻率和功率密度，提高可靠性，降低電磁干擾和增強(qiáng)抗干擾能力并使電源模塊朝著超薄型和微型化發(fā)展。華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）31. 緒論中頻逆變電源，廣泛應(yīng)用于飛機(jī)、艦船、雷達(dá)、通信、導(dǎo)彈、車輛等領(lǐng)域，其技術(shù)要求高，正向著高可靠性、輕量化、智能化模塊電源方向發(fā)展。逆變電源控制方法的實現(xiàn)可以采用數(shù)字控制，這是實現(xiàn)智能化和高可靠性的前提。而且可以方便的實現(xiàn)模塊化，對于產(chǎn)品的系列化生產(chǎn)具有很好的借鑒。數(shù)字控制系統(tǒng)具有通用性好、抗干擾能力強(qiáng)、控制規(guī)律靈活、可實現(xiàn)先進(jìn)控制算法和便于實時控制等優(yōu)點。 數(shù)字化逆變電源的發(fā)展傳統(tǒng)的逆變電源多為模擬控制或者模擬與數(shù)字相結(jié)合的控制系統(tǒng)。雖然模擬控制技術(shù)已經(jīng)非常成熟，但其存在很多固有的缺點：控制電路的元器件比較多。電路復(fù)雜，所占的體積較大；靈活性不夠，硬件電路設(shè)計好了，控制策略就無法改變；調(diào)試不方便，由于所采用器件特性的差異，致使電源一致性差，且模擬器件的工作點的漂移，導(dǎo)致系統(tǒng)參數(shù)的漂移。模擬方式很難實現(xiàn)逆變電源的并聯(lián)，所以逆變電源數(shù)字化控制是發(fā)展的趨勢，是現(xiàn)代逆變電源研究的一個熱點。近年來隨著大規(guī)模集成電路、現(xiàn)代可編程邏輯器件及數(shù)字信號處理器(digital signal processor，SP)技術(shù)的發(fā)展，使逆變電源的全數(shù)字控制成為現(xiàn)實。SP 能夠?qū)崟r地讀取逆變電源的輸出，并實時地計算出 PWM輸出值，使得一些先進(jìn)的控制策略應(yīng)用于逆變電源控制成為可能，從而可對非線性負(fù)載動態(tài)變化時產(chǎn)生的諧波進(jìn)行動態(tài)補(bǔ)償，將輸出諧波達(dá)到可以接受的水平。逆變電源采用數(shù)字控制，具有以下明顯優(yōu)點：(1)減少控制元件數(shù)量，提高系統(tǒng)抗干擾能力。(2)控制系統(tǒng)的可靠性提高，易于標(biāo)準(zhǔn)化，系統(tǒng)的一致性較好，便于調(diào)試、安裝等。(3)有利于大規(guī)模逆變電源組成并聯(lián)運(yùn)行系統(tǒng)。從而實現(xiàn)高可靠性、高冗余度的逆變電源并聯(lián)運(yùn)行系統(tǒng)。(4)易于采用先進(jìn)的控制方法和智能控制策略，使得逆變電源的智能化程度更高，性能更完美，輸出電能質(zhì)量好，可靠性高，便于實現(xiàn)智能控制。隨著微處理器的可靠性與質(zhì)量的不斷提高，數(shù)字控制已經(jīng)在逆變控制中占據(jù)著主導(dǎo)地位，本文提出了一種基于DSP控制的方案 [1]。 數(shù)字化逆變電源的控制由于早期的微處理器運(yùn)算速度有限，逆變電源的核心控制仍然需要模擬電路的參與，隨著電機(jī)控制專用DSP的出現(xiàn)和控制理論的普遍發(fā)展，使得逆變電源的控制技術(shù)朝著數(shù)字化、智能化方向發(fā)展，對于各種控制策略和控制算法的實現(xiàn)成為可能。常用的控制策略包括PID控制、無差拍控制、重復(fù)控制技術(shù)、狀態(tài)反饋控制等等，各種控制方法具有各自特點，有各自的應(yīng)用范圍，有時為了達(dá)到較好的性能可能要求使用幾種控制方法，本文采用了改進(jìn)型重復(fù)控制，并通過DSP得到了較好的實現(xiàn) [2]。 本文主要研究內(nèi)容本文對交流輸入220V，輸出交流115V、400HZ的中頻電源進(jìn)行了研制。本文的主要華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）4內(nèi)容主要集中在以下幾點：（1）基于雙向直流變換器高頻逆變技術(shù)的主電路的結(jié)構(gòu)，雙向的DC/DC生成全波整流的正向的饅頭波，極性反轉(zhuǎn)逆變橋完成極性反轉(zhuǎn)，此電路結(jié)構(gòu)簡潔、功率雙向流動、適應(yīng)負(fù)載能力強(qiáng)，幅值的調(diào)制與極性控制獨立實現(xiàn)，控制實現(xiàn)更加簡單。（2）控制策略采用改進(jìn)型重復(fù)控制，結(jié)合PID控制與重復(fù)控制各自的特點，對于電源的一些非線性的負(fù)載特別是整流性負(fù)載能得到較理想的輸出電壓波形。華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）52 直流變換器型高頻環(huán)節(jié)逆變 SPWM脈寬調(diào)制技術(shù)SPWM正弦脈寬調(diào)制法(Sinusioidal PWM)是調(diào)制波為正弦波、載波為三角波或鋸齒波的一種脈寬調(diào)制法，由于三角載波的頻率通常較高，因而理論上其輸出電壓波形的諧波頻率主要集中在較高的頻率段上，所以經(jīng)過很小的濾波器就可以得到比較理想的正弦波輸出電壓。這也是正弦脈寬調(diào)制技術(shù)得到廣泛應(yīng)用的原因之一。其工作原理是采用正弦控制信號與高頻三角波載波信號相交截，產(chǎn)生正弦脈寬調(diào)制信號，再經(jīng)過邏輯變換、功率放大等環(huán)節(jié)，得到功率管的驅(qū)動信號，驅(qū)動功率管開通關(guān)斷，從而在逆變器的輸出端得到正弦調(diào)制輸出。這項技術(shù)的特點是原理簡單，通用住強(qiáng)，控制和調(diào)節(jié)性能好，具有消除諧波、調(diào)節(jié)和穩(wěn)定輸出電壓的多重作用，是一種較好的波形改善方法，它的出現(xiàn)為中小型逆變器的發(fā)展起了重要作用。SPWM正弦脈寬調(diào)制根據(jù)每發(fā)生一次開關(guān)過程中，橋臂輸出電壓的脈沖極性的變化不同可分為雙極性脈寬調(diào)制(bipolar PWM)方式和單極性脈寬調(diào)制 (unipolar PWM)方式 [6]。（1）單極性調(diào)制通過控制功率開關(guān)管的通斷，使輸出電壓在 或 即+1/0(1/0)之間0/CU?/C?切換，這就是單極性的調(diào)制。用幅值為 的參考正弦波Ⅳ，與幅值為頻率為正的三角r波 比較，產(chǎn)生功率開關(guān)驅(qū)動信號。單極性正弦脈寬調(diào)制原理波形可采取以下幾種方0U式，具體如圖2—1所示。圖21(a)是用兩個極性相反的參考正弦波與雙向三角形載波交截產(chǎn)生功率開關(guān)驅(qū)動信號。這是單極性spwm調(diào)制當(dāng)中的倍頻調(diào)制方式。圖21(b)單極性調(diào)制是用單相正弦波全波整流電壓信號與單向三角形載波交截，從而得到高頻驅(qū)動信號。低頻信號指的是控制單極性饅頭波倒向的驅(qū)動信號。圖21(c)是直接用參考正弦波與單向三角形載波交截產(chǎn)生功率開關(guān)驅(qū)動信號。對于單極性的調(diào)制可根據(jù)實際電路采用不同的方法，在本文中，采用是圖21(b)所示的方法，結(jié)合實際的主電路結(jié)構(gòu)使控制更簡潔，達(dá)到較好的效果。工作在雙極性脈寬調(diào)制方式下的逆變器的對角功率管同時開通和關(guān)斷，同一橋臂上的兩個開關(guān)管互補(bǔ)導(dǎo)通，所有功率管均為調(diào)頻開關(guān)。每發(fā)生一次開關(guān)，逆變橋的輸出電壓為正輸入電壓或負(fù)輸入電壓，從而輸出電壓在正負(fù)電平之聞切換。即+1/一1(一1/+1)切換方式，整個輸出電壓周期內(nèi)所得到的是兩態(tài)輸出電壓波形。對于BUCK型逆變器，有單極性和雙極性兩種調(diào)制方式。單極性調(diào)制屬于“1”，“0”、“l(fā)”三態(tài)調(diào)制，在一個輸出周期內(nèi)，只有一段區(qū)域內(nèi)的能量從交流側(cè)回饋到直流側(cè)；雙極性調(diào)制屬于“1”、“l(fā)”兩態(tài)調(diào)制，每個開關(guān)周期均有能量從交流側(cè)回饋到直流側(cè)。因此，單極性調(diào)制逆變器將比雙極性調(diào)制逆變器有更優(yōu)良的輸出頻譜特性、更小的輸出濾波器。 [3]華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）6（a）（b） （c） 圖21 單極性調(diào)制 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）7 圖22 雙極性調(diào)制 直流變換器型高頻環(huán)節(jié)逆變直流變換器型高頻環(huán)節(jié)逆變器是逆變器技術(shù)中的新概念，它由直流變換器和極性反轉(zhuǎn)逆變橋級聯(lián)而成。直流變換級將直流電壓變換成全波整流電壓，極性反轉(zhuǎn)逆變橋?qū)⑵淠孀兂烧医涣麟?，其類型由前置直流變換器的類型(BUCK或BUCK，BOOST)決定，因而稱為直流變換器型高頻環(huán)節(jié)變換器。下面將對單向直流變換器和雙向直流變換器分別介紹 [4]。 單向直流變換器型高頻環(huán)節(jié)逆變單向直流變換器型高頻環(huán)節(jié)逆變器電路結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)如圖23所示。該電路結(jié)構(gòu)由單向DC/DC 變換器、濾波器、極性反轉(zhuǎn)逆變橋構(gòu)成，具有電路結(jié)構(gòu)簡潔、單向功率流、直流變換級工作在SPWM(輸出電壓調(diào)節(jié)范圍寬)、極性反轉(zhuǎn)逆變橋功率開關(guān)電壓應(yīng)力低且為ZVS、輸出濾波器負(fù)擔(dān)減輕、適用于可再生能源的有源逆變以及阻性滿載時的無源逆變場合。A）電路結(jié)構(gòu) 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）8B）控制系統(tǒng) 圖23單向直流變換器型高頻環(huán)節(jié)逆變器電路結(jié)構(gòu)與控制系統(tǒng)如果將直流變換器用于無源逆變場合，其結(jié)果是空載、容性負(fù)載、感性負(fù)載甚至阻性輕載時輸出正弦電壓波形嚴(yán)重畸變，僅在阻性滿載時輸出波形較好，即負(fù)載適應(yīng)能力弱。圖24是在不同負(fù)載( )時，2KVA DC 180V/~.cos???變器的輸出電壓仿真波形。仿真結(jié)果表明：(1)阻性滿載時，輸出電壓質(zhì)量高，如圖24（a）所示 輕載或空載時，輸出電壓近似為一方波，其原因是空載或輕載時，直流2i濾波電容C沒有放電回路或放電時間很大：(3)容性負(fù)載時，輸出電壓在某時間內(nèi)保持恒定，當(dāng)直流濾波電容和交流負(fù)載電容上的電壓相平衡時，均無放電回路，輸出電壓發(fā)生畸變，如圖24(c)所示：(4)感性負(fù)載時，直流濾波電容C和交流負(fù)載電感發(fā)生諧振，如圖24(d)所示：因此，該逆變器輸出電壓波形受負(fù)載影響很大，即負(fù)載適應(yīng)能力弱，僅適用于阻性滿載場合，不具有普遍適用意義。 （a）阻性滿載 （b）輕載或空載 （c）額定電容性負(fù)載 （d）預(yù)定感性負(fù)載 圖24 逆變器不同負(fù)載時的電壓仿真波形 雙向直流變換器型高頻環(huán)節(jié)逆變雙向直流變換器型高頻環(huán)節(jié)逆變器如圖25所示，它由雙向DC/DC變換器、濾波電路、極性反轉(zhuǎn)逆變橋構(gòu)成，具有電路結(jié)構(gòu)簡潔、雙向功率流、直流變換級工作在SPWM(輸出電壓范圍寬)、逆變橋功率開關(guān)電壓應(yīng)力低且為ZVS，輸出電壓波形質(zhì)量高、負(fù)載適應(yīng)能力強(qiáng)等特點．適用于無源逆變場合。 [9]華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）9圖25 雙向直流變換器型高頻環(huán)節(jié)逆變器電路結(jié)構(gòu)與控制系統(tǒng)由于雙向的直流變換器能夠?qū)崿F(xiàn)能量的雙向流動，所以變換器能夠?qū)⒔涣髫?fù)載無功能量或電容上的電荷回饋到輸入直流電源側(cè)，從電感處的電流可以看到電流為負(fù)時，負(fù)載向電源反饋能量，從而保證輸出電壓的正弦性，使電壓在任何負(fù)載時都能跟蹤參考電壓信號的變化，從而獲得理想的輸出電壓波形。逆變器在不同負(fù)載時的仿真波形如圖26所示（a）額定阻性負(fù)載 （b）空載（c）額定容性負(fù)載 （e）額定感性負(fù)載圖 26 逆變器不同負(fù)載時的輸出電壓，電感電流仿真波形雙向 DC/DC 的二個開關(guān)管均為恒頻 SPWM 控制，二者交替工作。二個開關(guān)管的華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）10控制主要是控制有功功率向負(fù)載的傳遞以及無功功率的反饋。雙向直流變換器型高頻環(huán)節(jié)逆變器的電路結(jié)構(gòu)，由雙向直流變換器和極性反轉(zhuǎn)逆交橋構(gòu)成，具有電路結(jié)構(gòu)簡潔、雙向功率流，輸出電壓波形質(zhì)量高、負(fù)載適應(yīng)能力強(qiáng)等特點，有效地克服了單向直流變換器型高頻環(huán)節(jié)逆變器的固有缺陷。本文中逆變電源采用的這種結(jié)構(gòu)，通過合理的控制算法能夠達(dá)到預(yù)期的目的。到預(yù)期的目的。 [11] 本章小結(jié)本章主要介紹了直流變換器高頻環(huán)節(jié)逆變這種電路結(jié)構(gòu)，直流變換器由雙向直流變換器和極性反轉(zhuǎn)逆變橋構(gòu)成，具有電路結(jié)構(gòu)簡潔、雙向功率流、輸出電壓波形質(zhì)量高、負(fù)載適應(yīng)能力強(qiáng)等特點。這種電路結(jié)構(gòu)即BUCK逆變器應(yīng)用在400Hz逆變電源中。具有負(fù)載適應(yīng)能力強(qiáng)，效率高等特點。并且采用單極性的SPWM調(diào)制，單極性調(diào)制逆變器將比雙極性調(diào)制逆變器有更優(yōu)良的輸出頻譜特性、更小的輸出濾波器。這種主電路結(jié)構(gòu)也使功率開關(guān)管的控制更加簡單，簡化了控制電路設(shè)計及控制方法的實現(xiàn)，為逆變電源提高整體性能打下基礎(chǔ)。華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）113 直流/交流變換器直流/交流電功率變換器稱為逆變。本章論述直流/交流電功率變換的基本原理，介紹方波運(yùn)行模式下電壓型和電流型逆變器的特性，輸出電壓大小和波形的PWM控制基本原理，三相逆變器的空間矢量PWM控制，多電平逆變器、高壓大容量逆變器的復(fù)合結(jié)構(gòu)以及逆變器的基本應(yīng)用 [7]。 逆變器的類型和性能指標(biāo)直流/交流電功率變換是通過逆變器實現(xiàn)的。逆變器的輸入是直流電，輸出為交流電。交流輸出電壓基波頻率和幅值都應(yīng)能調(diào)節(jié)控制，輸出電壓中除基波成分外，還可能含有一定頻率和幅值的諧波。 逆變器的類型 逆變器由主電路和控制系統(tǒng)兩部分組成。逆變器應(yīng)用廣泛，類型很多。其基本類型有：（1）依據(jù)直流電源的類型，逆變器可分為電壓型逆變器和電流型逆變器。電壓型逆變電路的輸入為直流電壓源，逆變器講輸入的直流電壓逆變輸出交流電壓，因此也稱它為電壓源型逆變器VSI；電流型逆變電路的輸入端串接有大電感，形成平穩(wěn)的直流電流源