正弦波逆变器设计.doc

第一章概述电力系统变电站和调度所的继电保护和综合自动化管理设备有的是单相交流供电的,其中有一部分是不能长时间停电的。普通UPS设备因受内置蓄电池容量的限制,供电时间比较有限,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交流电。电力电子器件的发展经历了晶闸管(SCR)、可关断晶闸管(GTO)、晶体管(BJT)、绝缘栅晶体管(IGBT)等阶段。目前正向着大容量、高频率、易驱动、低损耗、模块化、复合化方向发展,与其他电力电子器件相比,IGBT具有高可靠性、驱动简单、保护容易、不用缓冲电路和开关频率高等特点,为了达到这些高性能,采用了许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还是短路状态都可以承受电流冲击。它的并联不成问题,由于本身的关断延迟很短,其串联也容易。尽管IGBT模块在大功率应用中非常广泛,但其有限的负载循环次数使其可靠性成了问题,其主要失效机理是阴极引线焊点开路和焊点较低的疲劳强度,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发展,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,研究开发既简单又具有优良动、静态性能的逆变器控制策略,已成为电力电子领域的研究热点之一。在现有的正弦波输出变压变频电源产品中,为了得到SPWM波,一般都采用双极性调制技术。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[1]。本文针对正弦波输出变压变频电源SPWM调制方式及数字化控制策略进行了研究,以TMS320F240数字信号处理器为主控芯片,以期得到一种较理想的调制方法,实现逆变电源变压、变频输出。~250V直流电逆变电路升压电路电力系统变电站和调度所的继电保护和综合自动化管理设备有的是单相交流供电的,其中有一部分是不能长时间停电的。普通UPS设备因受内置蓄电池容量的限制,供电时间比较有限,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交流电。逆变电源的工作原理与UPS有以下两点区别:1)逆变电源不需要与交流电网锁相同步,因为其负载可以瞬间停电(几秒以内)。2)逆变电源的输入直流电压为180~285V,而UPS内置电池电压为12V或24V。[1],称为移相调压。各栅极信号为180º正偏,180º反偏,且V1和V2互补,V3和V4互补关系不变。V3的基极信号只比V1落后q(0<q<180º),V3、V4的栅极信号分别比V2、V1的前移180º-q,uo成为正负各为q的脉冲,改变q即可调节输出电压有效值。(1)直流侧为电压源或并联大电容,直流侧电压基本无脉动(2)输出电压为矩形波,输出电流因负载阻抗不同而不同(3)阻感负载时需提供无功。为了给交流侧向直流侧反馈的无功提供通道,逆变桥各臂并联反馈二极管。——电流型逆变电路。一般在直流侧串联大电感,电流脉动很小,可近似看成直流电流源。交流侧电容用于吸收换流时负载电感中存贮的能量。电流型逆变电路主要特点:(1)直流侧串大电感,相当于电流源。(2)交流输出电流为矩形波,输出电压波形和相位因负载不同而不同。(3)直流侧电感起缓冲无功能量的作用,不必给开关器件反并联二极管。电流型逆变电路中,采用半控型器件的电路仍应用较多。换流方式有负载换流、强迫换流。VT1~VT4是桥式电路的4个臂,由电力电子器件及辅助电路组成。VT1、VT4闭合,VT2、VT3断开时,负载电压uo为正VT1、VT4断开,VT2、VT3闭合时,uo为负,把直流电变成了交流电。改变两组开关切换频率,可改变输出交流电频率。,负载电流io和uo的波形相同,相位也相同。阻感负载时,io滞后于uo,波形也不同()。t1前:S1、S4通,uo和io均为正。t1时刻断开S1、S4,合上S2、S3,uo变负,但io不能立刻反向。io从电源负极流出,经S2、负载和S3流回正极,负载电感能量向电源反馈,io逐渐减小,t2时刻降为零,之后io才反向并增大。。其中H桥和滤波电路完成直流到交流的变换,滤去谐波,获得交流电;控制电