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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 淮阴师范学院 学士学位论文 正弦波逆变器掌握方法讨论：尹悦 申请学位级别：学士 专业：电气工程及其自动化 指导老师：潘建 20220324 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 摘要正弦波逆变器室系统能量的最终输出端,其波形质量直接影响到负载的运行状况及带载能 力；通常正弦波逆变器采纳模拟电路进行掌握,然而,模拟电路掌握系统存在元器件的老 化、温漂效应、对电池干扰较为敏锐、使用元器件的数目较多等缺点；随着逆变技术的发展以及高速数字信号处理器DSP的显现, 使全数字化掌握的
2、正弦波逆变器成为可能,尤其是先进掌握算法的应用,进一步改善了输出波形的稳态性能和动态性能,并且可以简化 整个系统的设计；名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 原创性声明本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的讨论工作；除了文中特殊加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人发表或撰写过的讨论成果； 参加同一工作的其他同志对本讨论所做的任何贡献 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意；签名: 日期: 本论文使用授权说明本人完全明白淮阴师范学院有关保留、使用学位论文的规定,即：学校有权保留论文及送交论文复印件,可以公布论文
3、的全部或部分内容；保密的论文在解密后应遵守此规定签名：导师签名：日期：答应论文被查阅和借阅； 学校名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 第一章：绪论石油、自然气和煤等一次性能源日益枯竭,再生能源将逐步成为人类使用的主体能源,近年来对新能源的开发利用,使得燃料电池、 太阳能电池的使用越来越广泛,也使用电方式产生重大变革；在已有的很多种电源中,如蓄电池、太阳能电池等都是直流电源,当需要这些电源向沟通负载供电时,就需要把直流电转换成沟通电供负载使用,这种把直流电变回沟通电的过程,就是逆变；逆变电源就是这种能进行电能转换的装置；
4、功率半导体器件是逆变电源的关键部件,经受了从不控型、半控型到全控型的过程,现已进入到高频化、大容量、易驱动模块化和智能化的时代；它的进展代表了逆变技术的进展,一般认为,逆变技术的进展可以分为如下两个阶段：19561980 年为传统进展阶段；这个阶段的特点是,开关器件以低速器件为主,逆变器的开关频率较低, 波形改善以多重叠加为主,体积重量较大,逆变效率低,正弦波逆变器开头显现；1980 年到现在为高频化新技术阶段；这个阶段的特点是,开关器件以高速器件为主,逆变器的开关频率较高, 波形改善以PWMPulse.WidmModulation ,脉宽调制 为主,体积重量小,逆变效率高,正弦逆变技术进展日
5、趋完善；现在看来影响逆变技术将来进展的主要因素主要有以下两点：（1）PWM 软开关技术逆变器的脉宽调制PWM 技术早在晶闸管时代就已经显现了,正弦脉宽调制SPWM 在全控型器件显现以后得到了快速的进展,这种技术是用一种参考波通常是正弦波,有名师归纳总结 时也用阶梯波或方波等为“ 调制波” ,而以 N 倍于调制波频率的正三角波或锯齿波为“ 载第 4 页,共 9 页波” ；由于正三角波或锯齿波的上下宽度是线性变化的波形,因此它与调制波相交时,就可- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 以得到一组幅值相等,而宽度正比于调制波函数值的矩形脉冲序列来等效调制波；用开关
6、 量取代模拟量,并通过对逆变器开关管的通断掌握,把直流电变成沟通电；由于当调制波 为正弦波时,输出矩形脉冲序列的脉冲宽度按正弦函数规律变化,因此,这种调制技术通 常又称为正弦脉宽调制SPWM 技术；随着大功率高频全控开关器件大量显现,逆变器的PWM 掌握技术受到了人们的高度重视并且得到了飞速的进展；特殊是最近几年,微处理器用于实现 PWM 掌握技术后,使得现代掌握理论的掌握方法能够应用于逆变器的PWM 掌握,大大提高了现代逆变器的性能；而且由于采纳了数字电路实现 PWM 掌握,使得逆变器的掌握电路简化,稳固性提高,逆 变器的数字化掌握已成为逆变器进展的主流；PWM 软开关逆变技术是当今电力电子
7、学领域最活跃的讨论内容之一,是实现电力电子技 术高频化的最正确途径,也是一项理论性很强的讨论工作；它的讨论对于逆变器性能的提 高和进一步推广应用,以及对电力电子学技术的进展,都有特别重要的意义,是当前逆变 器的进展方向之一；但这里必需指出,软开关并不是没有损耗的,它只是把开关器件本身 的一部分开关损耗转移到了为实现软开关而附加的谐振电路中的谐振元件上,总量上可能 有所削减；软开关逆变技术讨论的重要目的之一是实现PWM 软开关技术,也就是将软开关技术引进到 PWM 逆变器中,使它既能保持原先的优点,又能实现软开关工作；为此,必需把 LC与开关器件组成一个谐振网络,使PWM 逆变器只有在开关心换过
8、程中才产生谐振,实现开关的零电压开通和关断,一般工作情形下就不发生谐振,以保持 PWM 逆变器工作特点；（2）数字化掌握技术逆变电源的数字化极大地简化了硬件电路,提高了系统的稳固性、牢靠性和掌握精度,这 是现代逆变技术进展的趋势；但这数字化并不是简洁地指在系统中应用了数字器件,如单片机等,而是指整个系统的控 制都是由数字器件主要指微处理器的运算算法和掌握算法来完成；为了与数字化相适应,各种各样的逆变电源离散掌握方法纷纷涌现,包括数字PD 掌握、无差拍掌握、数字滑变结构掌握、模糊掌握、神经网络掌握等,有力地推动逆变电源掌握技术的进展；名师归纳总结 2SPWM 的产生及常用拓扑结构介绍第 5 页,
9、共 9 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 2.1 PWM 原理及产生方法正弦波脉冲调制的掌握思想是利用开关元件来掌握线路,按肯定的规律掌握开关元件的通断,从而在逆变器的输出端获得一组等幅、等距而不等宽的脉冲序列；其脉冲基本上按正弦分布,以此脉冲列来等效正弦电压波,又称 SPWM 波；2.1.2 等效面积法面积等效法是产生脉宽调制波的一种基本方法,是把一个正弦波的每个半周分成 N 等分,这样就可把正弦半波看成由 N 个彼此相连的脉冲所组成的波形,如图 2-1 所示的脉冲序列；这样,由 N 个等幅而不等宽的矩形脉冲所组成的波形与正弦波的正半周等效,正弦波
10、的负半周也可用相同的方法来等效；依据正弦波划分的模块等效成矩形的面积S,运算出高脉冲的时间；M= 调制深度, Us 直流电源电压,脉冲面积：S=M*U S=M * W2.1.3 自然采样法自然采样法的基本原就是直接依据正弦波与三角波的交点来确定脉冲宽度和间隔时间,其 PWM 波的自然采样法波形图如下图；自然采样法直接通过名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 电力系统变电站和调度所的继电爱护和综合自动化治理设备有的是单相沟通供电的,其中有一部分是不能长时间停电的；一般UPS 设备因受内置蓄电池容量的限制,供电时间比较有限,
11、而直流操作电源所带的蓄电池容量一般都比较大,所以需要一套逆变电源将直流电逆变成单相沟通电；电力电子器件的进展经受了晶闸管SCR、可关断晶闸管GTO 、晶体管 BJT、绝缘栅晶闸管IGBT 等阶段；目前正向着大容量、高频率、易驱动、低损耗、模块化、复合化方向进展,与其他电力电子器件相比,IGBT 具有高牢靠性、驱动简洁、爱护简洁、不用缓冲电路和开关频率高等特点,为了到达这些高性能,采纳了很多用于集成电路的工艺技术,如外延技术、离子注入、精细光刻等；IGBT 最大的优点是无论在导通状态仍是短路状态都可以承担电流冲击；它的并联不成问题,由于本身的关键推迟很短,其串联也简洁；尽管 泛,但其有限的负载循
12、环次数使其牢靠性成了问题,IGBT 模块在大功率应用中特别广 其主要失效机理是阴极引线焊点开路和焊点较低的疲惫强度,另外,绝缘材料的缺陷也是一个问题；随着电力电子技术的飞速进展,正弦波输出变压变频电源已被广泛应用在各个领域中,与此同时对变压变频电源的输出电压波形质量也提出了越来越高的要求；对逆变器输出波形质量的要求主要包括两个方面：一是稳态精度高；二是动态性能好；因此,讨论开发既简洁又具有优良动、静态性能的逆变器掌握策略,已成为电力电子领域的讨论热点之一；在现有的正弦波输出变压变频电源产品中,为了得到SPWM 波,一般都采纳双极性调制技术；该调制方法的最大缺点是它的 4 个功率管都工作在较高频
13、率载波频率,从而产生了较大的开关损耗,开关频率越高, 损耗越大； 本文针对正弦波输出变压变频电源 SPWM调制方式及数字化掌握策略进行了讨论,以 TMS320F240 数字信号处理器为主控芯片,以期得到一种较抱负的调制方法,实现逆变电源变压、变频输出；逆变器也称逆变电源,是将直流电能转变成沟通电能的变能装置,是太阳能、风力发名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 电中一个重要部件；随着微电子技术与电力电子技术的快速进展,逆变技术也从通过直流电动机沟通发电机的旋转方式逆变技术,进展到二十世纪六、 七十岁月的晶闸管逆变技术,而
14、二十一世纪的逆变技术多数采纳了 MOSFET 、IGBT 、 GTO、IGCT 、MCT 等多种先进且 易于掌握的功率器件, 掌握电路也从模拟集成电路进展到单片机掌握甚至采纳数字信号处理 器 DSP掌握；各种现代掌握理论如自适应掌握、自学习掌握、模糊规律掌握、神经网络 掌握等先进掌握理论和算法也大量应用于逆变领域；其应用领域也到达了前所未有的宽阔,从毫瓦级的液晶背光板逆变电路到百兆瓦级的高压直流输电换流站；从日常生活的变频空 调、变频冰箱到航空领域的机载设备；从使用常规化石能源的火力发电设备到使用可再生能 源发电的太阳能风力发电设备,都少不了逆变电源；毋须疑心, 随着电脑技术和各种新型功 率器
15、件的进展,逆变装置也将向着体积更小、效率更高、性能指标更优越的方向进展；1、逆变器的定义名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 逆变器室通过半导体功率开关的开通和关断作用,置,是整流变换的逆过程；把直流电源转变成沟通电能的一种变换装主要分两类, 一类是正弦波逆变器,另一类是方波逆变器；正弦波逆变器输出的是同我们日常使用的电网一样甚至更好的正弦波沟通电,由于它不存在电网中的电磁污染；方波逆变器输出的就是质量较差的方波沟通电,其正向最大值到负向最大值几乎在同时产生,这样,对负载和逆变器本身造成猛烈的不稳固影响；同时,其负载才能
16、差,仅为额定负载的 4060%,不能带感性负载具体说明见下条；如所带的负载过大,方波电流中包含的三次谐波成分将使流入负载中的容性电流增大,严峻时会损坏负载的电源滤波电容；针对上述缺点,近年来显现了准正弦波或称改进正弦波、修正正弦波、模拟正弦波等等逆变器,其输出波形从正向最大值到负向最大值之间有一个时间间隔,使用成效有所改善,但准正弦波的波形仍旧是由折线组成,属于方波范畴,连续性不好；总括来说,正弦波逆变器供应高质量的沟通电, 能够带动任何种类的负载,但技术要求和成本均高；准正弦波逆变器可以满意我们大部分的用电需求,效率高,噪音小,售价适中,因而成为市场中的主流产品；方波逆变器的制作采纳简易的多谐振荡器,其技术属于50 岁月的水平,将逐步退出市场；名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 9 页