1 逆变器的概述逆变器(inverter )是将交流电能变换成直流电能的过程称为整流,把完成整流功能的电路称为整流电路,把实现整流过程的装置称为整流设备或整流器。与之相对应, 把将直流电能变换成交流电能的过程称为逆变,把完成逆变功能的电路称为逆变电路, 把实现逆变过程的装置称为逆变设备或逆变器。它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成。主要用于把直流电力转换成交流电力。一般由升压回路和逆变桥式回路构成。升压回路把太阳电池的直流电压升压到逆变器输出控制所需的直流电压;逆变桥式回路则把升压后的直流电压等价地转换成常用频率的交流电压。逆变器主要由晶体管等开关元件构成,通过有规则地让开关元件重复开- 关( ON-OFF ),使直流输入变成交流输出。广泛适用于空调、家庭影院、电动砂轮、电动工具、缝纫机、DVD 、VCD 、电脑、电视、洗衣机、油烟机、冰箱,录像机、按摩器、风扇、照明等。 2 引言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。 3 1正弦波逆变器的设计要求和主电路形式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] 逆变电源的设计要求和目标 1)输出电压:输出为单相 220VAC (有效值),频率为 50Hz ± 1Hz 。 2)输出功率:以 1KW 为例,允许过载 20% ,既 Pomax=1200W 。 3)输出电流:允许失真度为 3倍,既在电压峰值时的电流峰值允许最大为有效值的 3倍。最大有效值为 Pomax/Voe=1200W/220V ≈ 。 4)整机效率:设计目标η≥ 82% 。 主电路形式选择这种正弦波输出逆变器的输入电压变化范围较宽,为180 ~285V ,而其输出则要求是稳压的。因此,该逆变电源的逆变电路必须有一个升压的过程。这种逆变电源的主回路形式有下述两种。 有工频变压器的逆变电源桥式逆变电路以 SPWM 方式工作,将 185 ~ 285VDC 电压逆变成有效值基本不变的 SPWM 波形,由工频变压器升压得到 220V 交流电压。这种电路方式效率比较高(可达 90% 以上)、可靠性较高、抗输出短路的能力较强。但是,它响应速度较慢,波形畸变较重,带非线性负载的能力较差,而且噪声大。 无工频变压器的逆变电源逆变电路以 PWM 方式首先将 185 ~
电力电子课程设计:正弦波逆变器设计 来自淘豆网www.taodocs.com转载请标明出处.