毕业设计（论文）-新型智能逆变电源系统设计.doc

1 绪论
现代逆变电源技术及发展现状
美国贝尔实验室于1956年研制出世界上第一只晶闸管(SCR),标志着电力电子技术的开始。现代电力电子技术是以电力为主要研究对象的电子技术。它利用电力电子器件对电能进行变换和控制。当代许多高新技术均与电网的电流、电压、功率和相位等各种基本参数的变换与控制有关,而电力电子技术能实现对这些参数的精确控制和高效处理,尤其是能够实现大功率电能的频率变换,为高新技术的发展提供了强有力的支持。因此,现代电力电子技术不仅仅自身是一项高新技术,而且还是其他高新技术的发展基础。如果说微电子技术是信息处理技术,电力电子技术则是电力处理技术。
逆变,是对电能进行变换和控制的一种基本形式。电力电子电路的基本功能是使交流电能(AC)与直流电能(DC)之间进行相互转换,基本转换形式有四种,其中将直流电变换成交流电的变换称为DC/AC变换,也即通常所说的逆变。它是电力电子领域中最为活跃的部分。随着电力电子技术的发展,逆变技术也随之不断发展。“现代逆变技术”是综合了现代电力电子开关器件的应用、现代功率变换、模拟和数字电子技术、PWM技术、频率及相位调制技术、开关电源技术和控制技术等的一门实用设计技术,己被广泛地用于工业和民用领域中的各种功率变换系统和装置中。所谓逆变器,是指整流器的逆向变换装置,其作用是通过半导体功率开关器件(如SCR,GTO,GTR,IGBT,智能IPM功率模块等)的开通和关断作用,把直流电能变换成交流电能,因此是一种电能变换装置。由于是通过半导体功率开关器件的开通和关断来实现电能转换,因此转换效率比较高,但转换输出的波形却很差,是含有相当多谐波成分的方波。而多数负载要求逆变器输出的是正弦波,这便是逆变技术经要所在。
逆变原理早在20世纪30年代初就被提出过,1948年美国西屋电气公司用***弧整流器制成了3000Hz的感应加热逆变器。其发展一般认为分为如下两个阶段:
1956-1980年为传统发展阶段,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,波形改善多以重叠加法为主,体积和重量都较大,逆变效率低下,正弦波逆变器开始出现。1980年到现阶段为高频化新技术阶段,逆变技术发展日趋完善,在器件、电路及控制技术方面呈现出以下特点:
(1)集成化。几乎所有全控型器件都由许多单元胞管子并联而成,也即一个器件是由许多子器件所集成。
(2)高频化。从高电压、大电流的GTO到高频率、多功能的STT,其工作频率己从数千赫兹到数兆赫兹,这标志着电力电子技术已经进入高频化时代。目前,GTO的工作频率可达2kHz,GTR可达5kHz,功率MOSFET可达数百KHZ,SIT则可达10MHz以上。
(3)全控化。电力电子器件实现全控化,即自关断,是电力电子器件在功能上的重大突破。无论是双极型的GTO、GTR、SITH或单极型的MOSFET、SIT以及混合型的IGBT、MCT等,都实现了全控化,从而避免了传统电力电子器件关断时所需的强迫换相电路。
(4)控制电路弱电化、控制技术数字化。全控型器件的高频化促进了电力电子控制电路的弱电化。PWM电路、谐振变流电路以及高频斩波电路,这些本来用于弱电领域的电路如今又成为电力电子电路的主要形式。控制这些电路的技术也逐步数字化。
常用逆变器基本形式有以下凡种分类方法:按照相数分类,可分为单相逆变器和三相逆变器;按照直流侧电源性质可分为电压型逆变器和电流型逆变器;按照输出波形可分为正弦波逆变器和非正弦波逆变器;按照输出能量的去向可分为有源逆变和无源逆变;按照逆变器主电路的形式可以分为单端式、推挽式、半桥式和全桥式逆变;按控制分类,可分为调频式(PFM)逆变和调脉宽式(PWM)逆变。
有源逆变常用于直流可逆调速系统、交流绕线转子异步电动机的串级调速和高压直流输电等方面。无源逆变应用十分广泛,在已有的各种电源中,蓄电池、太阳能电池等都是直流电源,当需要这些电源向交流负载供电时就需要通过无源逆变电路。另外工业用的变频变压电源、恒频恒压电源、感应加热用交流电源中和空调、冰箱等家用电中也有广泛应用。根据先进国家90年代的统计资料,超过60%以上的电能是经过电力电子技术处理变换后才使用的,而逆变技术在这种变换中将起到重要的作用。在将来工业高度自动化的情况下,计算机技术、自动控制技术以及以正弦波逆变为最重要部分的电力电子技术将成为最重要的技术。
逆变电源的发展方向
电源系统是现代电子设备不可或缺的重要组成部分。1969年诞生的逆变电
源可靠性高、稳定性好、调节特性优良、而且体积小、重量轻、功耗低,在电
子和电气领域得到了极其广泛的应用。随着电力电子技术的飞速发展和各行各
业对电气设备控制性能要求的提高,逆变技术在许多领域的应用也越来