【文章內(nèi)容簡介】 點，近年來出現(xiàn)了準正弦波 (或稱改良正弦波、修正正弦波、模擬正弦波等等 )逆變器，其輸出波形從正向最大值到負向最大值之間有一個時間間隔，使用效果有所改善，但準正弦波的波形仍然是由折線組成，屬于方波范疇，連續(xù)性不好?？偫▉碚f，正弦波逆變器提供高質(zhì)量的交流電，能夠帶動任何種類的負載，但技術(shù)要求和成本均高。準正弦波逆變器可以滿足我們大部分的用電需求，效率高，噪音小，售價適中，因而成為市場中的主流產(chǎn)品。方波逆變器的制 作采用簡易的多諧振蕩器，其技術(shù)屬于 50年代的水平，將逐漸退出市場。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 5 逆變原理 逆變器的性能指標與分類 1）定義：將逆變電路的交流側(cè)接到交流電網(wǎng)上，把直流電逆變成同頻 率的交流電反送到電網(wǎng)去。 2）應(yīng)用：直流電機的可逆調(diào)速、繞線型異步電機的串級調(diào)速、高壓直 流輸電和太陽能發(fā)電等方面。 1）定義：逆變器的交流側(cè)不與電網(wǎng)聯(lián)接，而是直接接到負載，即將直 流電逆變成某一頻率或可變頻率的交流電供給負載 2）應(yīng)用：它在交流電機變頻調(diào)速、感應(yīng)加熱、不停電電源等方面應(yīng)用 十分 廣泛，是構(gòu)成電力電子技術(shù)的重要內(nèi)容。 1）諧波系數(shù) HF：諧波分量有效值同基波分量有致值之比。 2）總諧波系數(shù)：總諧波系數(shù)表征了一個實際波形同其基波的接近程度。 3）逆變效率 4）單位重量的輸出功率 :衡量逆變器輸出率密度的指標。 5）電磁干擾（ EMI）和電磁兼容性（ EMC） 逆變電路的分類 （ 1）、根據(jù)輸入直流電源特點分類 ① 電壓型：輸人端并接有大電容，輸入直流電源為恒壓源，逆變器 將直流電壓變換成交流電壓。 ② 電流型：輸入端串接有大電感，輸入直流電源為恒流源，逆變器 將輸入的直 流電流變換為交流電流輸出。 （ 2）、根據(jù)電路的結(jié)構(gòu)特點分類 ① 半橋式逆變電路； ② 全橋式逆變電路； ③ 推換式逆變電路； ④ 其他形式：如單管晶體管逆變電路。 逆變電路用途 逆變器的用途十分廣泛： 可以做成變頻變壓電源（ VVVF），主要用于交流電動機調(diào)速。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 6 可以做成恒頻恒壓電源（ CVCF），其典型代表為不間斷電源（ UPS）、航空機載電源、機車照明，通信等輔助電源也要用 CVCF 電源。 可以做成感應(yīng)加熱電源，例如中頻電源，高頻電源等。 逆變電路的工作原理 主要功能 : 將直流電逆變成某一頻率或可變頻率的交流電供給負載。 工作原理：開關(guān) T T4 閉合， T T3 斷開： u0=Due；開關(guān) T T4斷開， T T3 閉合： u0=－ Due。當以頻率 fS交替切換開關(guān) T T4 和 T T3時 ， 則 在 電 阻 R 上 獲 得 如 圖 21(b)所示的交變電壓波形，其周期 Ts=1/fS，這樣，就將直流電壓 E 變成了交流電壓 u0。 u0含有各次諧波，如果想得到正弦波電壓，則可通過濾波器濾波 獲得 Ts T 1 T 2T 3T 4Ud+ u 0UdUd0tT sR 圖 12單相橋式逆變電路工作原理 圖 21 中主電路開關(guān) T1T4，它實際是各種半導(dǎo)體開關(guān)器件的 一種理想模型。逆變電路中常用的開關(guān)器件有快速晶閘管、可關(guān) 斷晶閘管（ GTO）、功率晶體管（ GTR）、功率場效應(yīng)晶體管 （ MOSFET）、絕緣柵晶體管（ IGBT）。 課題研究的內(nèi)容及完成的工作 本課題主要設(shè)計 單相正弦波逆變電路設(shè)計 ，其主要內(nèi)容包括： 弦波逆變電源在 工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用情況，熟悉電壓型逆變器的特點及工作原理和控制方式。采用逆變技術(shù)的目的是為了獲取不同穩(wěn)定或變化形式的交流正弦波。在目 前的逆變技術(shù)中主要用于不間斷電源系統(tǒng)，交流電動機變頻調(diào)速，太陽能、風力發(fā)電，車載逆變電源，電子鎮(zhèn)流器等。對于電壓型逆變器：直流側(cè)為電壓源，或并聯(lián)大電容器，相當于電壓源。直流側(cè)電壓基哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 7 本無脈動，直流回路呈現(xiàn)低阻抗； 由于直流電壓源的鉗位作用 ，交流側(cè)輸出電壓波形為矩形波，并且與負載阻抗無關(guān)； 當交流側(cè)為阻感性負載時需要提供無功功率，直流側(cè)電容起緩沖無功能量的作用 。對于本課題采用的是單相全橋逆變電路，把橋臂 1 和 4 作為一對，橋臂 2 和 3 作為另一對，成對的兩個橋臂同時導(dǎo)通，兩對交替各導(dǎo)通 180176。， 對于控制采用的是 SPWM 控制 。 、驅(qū)動電路和控制電路，給出各部分電路的詳細設(shè)計過程 。 本設(shè)計 主電路采用四個 IRFS4321 成 的單相全橋逆變電路，驅(qū)動電路采用的是具有獨立的低端和高端輸入通道 ， DCAC 變換電路由高性能數(shù)字信號處理器 TMS320 發(fā)出 SPWM 信號，經(jīng)驅(qū)動電路將 SPWM 脈寬調(diào)制信號功率放大來驅(qū)動逆變橋臂 MOS 管。系統(tǒng)采用具有自舉技術(shù)的集成驅(qū)動電路 NCP5181， NCP5181 應(yīng)用自舉技術(shù)來實現(xiàn)同一集成電路可同時輸出兩個驅(qū)動逆變橋中高端和低端的通道信號。 ，且能實現(xiàn) 調(diào)頻和調(diào)幅功能 。 利用 LC濾波 裝置把高頻濾掉，留下適合的低頻頻率。通過調(diào)節(jié) SPWM 中調(diào)制波的幅值和載波的頻率來調(diào)節(jié)輸出信號的幅值和頻率。 ，它是以 TMS320芯片為控制核心，由 Boost 升壓電路和全橋逆變電路構(gòu)成系統(tǒng)主電路，核心是逆變技術(shù)，逆變部分采用的事 SPWM 調(diào)節(jié)方式，利用閉環(huán)反饋調(diào)節(jié)控制輸出電壓。 完成的工作：主要是要寫出完整的電子版論文，進行實驗論證，測試數(shù)據(jù)，進行計算。 本章小結(jié) 本章 主要是介紹了研究課題的背景，研究這個課題的意義所在。而且還介紹了 目 前逆變電源的研究現(xiàn)狀，并根據(jù)它的現(xiàn)狀分析來探討它的未來發(fā)展方向，介紹了逆變電源的概念以及逆變的原理。 最后，說明了本次設(shè)計所要研究的內(nèi)容，以及要完成的目標等。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 8 第 二 章 主電路的設(shè)計 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 系統(tǒng)輸入的低壓直流通過 Boost 升壓斬波電路升壓，再通過全橋逆變電路輸出 PWM 方波，經(jīng) LC 濾波后生成正弦波，其逆變部分采用 SPWM 調(diào)制方式，對輸入、輸出電流電壓采樣進行雙閉環(huán)控制，使其達到設(shè)計要求，其結(jié)構(gòu)框圖如圖 21 所示。 D C / D C 變 換 D C / A C 變 換 L C 濾 波驅(qū) 動 電 路 T M S 3 2 0 F 2 8 0 2 7 采 樣 調(diào) 理蜂 鳴D C 輸 入 3 6 V A C 輸 出 圖 21 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 系統(tǒng)主電路方案的選擇 方案一：先采用高頻升壓變壓器將輸入的低壓直流電升壓，再經(jīng)過 SPWM逆變技術(shù)將其逆變成交流電，如圖 22。其優(yōu)點是效率高 、噪聲低 、輸入電壓范圍很寬。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 9 C RL2L1D CV T1V D1 V T2V T3V T4V T 圖 22 升壓逆變裝置原理圖 方案二：先直接將輸入的低壓直流電經(jīng)過逆變裝置逆變成交流電，然后再經(jīng)過升壓變壓器升至 36V 的交流電，如圖 23。其優(yōu)點是逆變環(huán)節(jié)開關(guān)管的損耗較小，電路簡單，但電路的效率較低。 D C V T1V T3V T2V T4CRL 圖 23 逆變再升壓原理圖 通過上面兩個方案分析對比，為了提高系統(tǒng)的效率和實現(xiàn)設(shè)計的可行性，本設(shè)計選擇方案一。 逆變器主電路的拓撲選擇 方案一 ：如圖 24，半橋逆變電路使用的器件很少，驅(qū)動簡單，但輸出交流電壓的幅值僅為 Vd/2，且橋臂輸出諧波含量較大，需要高的開關(guān)頻率和濾波器，一般用于中小功率等級逆變電路。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 10 +C1C2T1T2D1D2LCRVd 圖 24 半橋逆變電路 方案二：如圖 25，全橋逆變電路相對復(fù)雜，但控制性靈活。此外全橋逆變電路由于橋臂輸出電壓存在零電壓 的續(xù)流狀態(tài)，可實現(xiàn)倍頻，在較低的開關(guān)頻率下可實現(xiàn)更好的諧波控制。因此選擇全橋逆變電路作為 DCAC 變換電路的拓撲結(jié)構(gòu)。 VD CC1C2C3Q1Q4Q2Q3D1D4D5D2