逆变器范文10篇

摘要:针对越来越多不平衡负载严重影响电网电能质量的问题，从逆变器结构本身出发，提出了五种不同的拓扑结构，分别是带分裂电容的三相逆变器、带NFT的三相逆变器、带D/yn变压器的三相逆变器、组合式三相逆变器、三相四桥臂逆变器，并且对这五种逆变器的结构特点、优缺点进行了详细的阐述。根据不平衡负载出现的情况，可以合理的进行选择。这些逆变器在三相平衡负载、三相不平衡负载等多种情况下都能够保持良好的动态特性和电压输出特性。

关键词:电能质量;不平衡负载;三相逆变器;动态特性

电力系统主要由两部分组成:一部分是对称电路，另外一部分是不对称电路。普通的对称三相交流电指的是系统会产生三相幅值相等，相位互差120°的三相正弦交流波形。但是电力系统在实际运行过程中，因为各种原因，例如电线杆倒塌、线路断路等，都会造成系统输出的三相交流电不再对称，整个系统的所有过程，例如电力发电、输送电能、分配电能等，都会受到严重的影响，形成严重的后果［1］。普通的三相电路会产生不对称三相交流电的原因主要包括两个方面:第一种情况，系统所给定的三相电源本身就是不对称的。这种情况指的是电力系统中的A，B，C各相电动势处于不对称状态，此时，无论系统承接的三相负载阻抗值相等或者不相等，此时产生的电压波形都是不对称的三相正弦波。第二种情况，电力系统所连接的三相负载处于不对称状态。这种情况主要是由以下原因造成的［2－4］:第一，三相负载的阻抗值不相等。第二，电力系统处于比较恶劣的环境(整个线路产生短路或者断路等故障)下，造成三相负载不再相等。三相负载处于不平衡状态时，电力系统就会形成负序以及零序分量。此时，如果三相电源的阻抗值恒等于零，电力系统的功能就不会受到影响。然而，电力系统中的电源内部都会存在实际的电抗，必定会引起输出电压不再对称。三相电压处于不平衡状态体现在:1)A，B，C三相电压的幅值不相等;2)三者的相位不再对称，产生了一定的偏移;3)上述两种情况都存在。电力网络在实际运行中，经常会出现三相负载处于不平衡的情况，有时甚至会产生非线性负载。普通的三相电压型逆变器产生的三相电压耦合十分紧密，所以，没有办法产生对称的三相交流波形，如果需要解决非线性负载的问题，必须将高次谐波产生的严重影响考虑其中。为了解决这些问题，查阅大量资料，解决方案是改变普通逆变器的拓扑结构，主要包括以下几种。

1带分裂电容的三相逆变器拓扑结构

带分裂电容的三相逆变器拓扑结构见图1.这个逆变器的结构特点是:中间包含两个串联在一起的电容，电源Udc与两个电容行成的电路进行并联，在两个串联的电容之间有一条连接线，这样的结构使得带分裂电容的三相逆变器能够进行三相四线输出。由于带分裂电容的三相逆变器在结构上相当于将3个相同的半桥电路相互串联，因此，当它连接三相不对称负载时仍然能够产生对称的三相电压波形［5］。这个逆变器的优点主要是:第一，这个逆变器的拓扑结构相对比较简单;第二，这个逆变器中包含比较少的电子元器件。由于在两个相互串联的电容之间引出了一根连接线，相当于第四条连接线，系统中产生的中性电流就会从第四条连接线中通过，这就要求电力系统中电容的数值必须准确，才能确保系统产生更高的电能质量，电容器的存在相应地会增加整个逆变器的体积。这个逆变器也存在一定的缺点，通过计算可以得到，它对直流母线电压的使用率是比较低的，基本上只能达到50%的利用率，因此，这个拓扑结构基本上被应用在中型或者小型功率的设备中。

2带NFT的三相逆变器拓扑结构带

摘要：研究了一种基于双环控制和重复控制的逆变器控制技术，该方案在电流环和瞬时电压环之外附加了一个重复控制环。在实现输出电压解耦和扰动电流补偿后，根据无差拍原理设计的双环控制器使逆变器达到了很快的动态响应速度；位于外层的重复控制器则提高了稳态精度。该方案在一台基于DSPTMS320F240控制系统的PWM逆变器上得到验证。

关键词：逆变器；双环；无差拍；重复控制

引言

随着闭环调节PWM逆变器在中小功率场合中的大量使用，对其输出电压波形的要求也越来越高。高质量的输出波形不仅要求稳态精度高而且要求动态响应快。

传统的单闭环系统无法充分利用系统的状态信息，因此，将输出反馈改为状态反馈，在状态空间上通过合理选择反馈增益矩阵来改变逆变器一对太接近s域虚轴的极点，增加其阻尼，能达到较好的动态效果[1]。单闭环在抵抗负载扰动方面与直流电机类似，只有当负载扰动的影响最终在输出端表现出来以后，才能出现相应的误差信号激励调节器，增设一个电流环限制启动电流和构成电流随动系统也可以大大加快抵御扰动的动态过程[2]。瞬时值反馈采取提高系统动态响应的方法消除跟踪误差，但静态特性不佳，而基于周期的控制是通过对误差的周期性补偿，实现稳态无静差的效果，它主要分为重复控制[3]和谐波反馈控制[4]。

本文提出了一种基于双环控制和重复控制的逆变器控制方案，兼顾逆变器动静态效应，另外使用状态观测器提高数字控制系统性能。

摘要：介绍了一种基于谐波补偿的逆变器波形控制技术，分析了系统的工作原理，详细探讨了控制系统参数设计方法，并得出了试验结果。

关键词：谐波补偿；逆变器；波形控制

引言

逆变器是一种重要的DC/AC变换装置。衡量其性能的一个重要指标是输出电压波形质量，一个好的逆变器，它的输出电压波形应该尽量接近正弦，总谐波畸变率（THD）应该尽量小。在实际应用中逆变器经常需要接整流型负载，在这种情况下仅仅采用SPWM调制技术的逆变器，其输出电压波形就会产生很大的畸变。

为了得到THD小的输出电压，波形控制技术近年来得到了极大的发展。重复控制[1]是近年来研究得比较多的一种控制方案。本文从谐波补偿的角度出发，采用改进型FFT算法对输出电压误差信号进行实时频谱分析，把由软件算法产生的经过预畸变的谐波信号注入逆变器，由此达到抑制非线性扰动从而校正输出电压波形的目的。

1控制系统结构及工作原理分析

摘要：负载串联谐振和负载并联谐振是常见的感应加热方式，前者由于具有一系列良好的特性已经得到了越来越广泛的应用。重点介绍了负载串联谐振的逆变控制,并给出了相关的实验结果。

关键词：负载串联谐振；频率跟踪；延时补偿

1概述

逆变电路根据直流侧储能元件形式的不同，可划分为电压型逆变电路和电流型逆变电路。电流型逆变器给并联负载供电，故又称并联谐振逆变器。电压型逆变器给串联负载供电，故又称串联谐振逆变器。

串联谐振逆变器在感应加热领域应用非常广泛，图1是它的基本原理图。它包括直流电压源，开关S1～S4和RLC串联谐振负载。

由于设计的是电压型负载高频逆变器，而达到高频，则要减小开关损耗。减小开关损耗的方法之一就是采用零电流开关。对于串联RLC电路，只有在LC串联谐振时，使得流过电阻R的电流iR和加在RLC两端的电压URLC同步，才能达到零电流开关要求。为此在全桥电路控制方式中，我们选取双极性控制方式。即开关管Sl和S3，S2和S4同时开通和关断，其开通时间不超过半个开关周期，即它们的开通角小于180°。

摘要：辅助控制单元ACU（AuxiliaryControlUnit）是辅助逆变器中的重要组成部分，对于地铁辅助逆变器来说，它的主要功能是将弓网的直流高压转换为三相交流电，给地铁上的空调、照明、空气压缩机、电加热器及监控系统等设备供电。随着应用环境、控制方式、轻量化、小型化、电磁兼容等各方面的要求，辅助逆变器及其内部部件，都在不断的优化升级。本文旨从轻量化、小型化方面去优化辅助控制单元的硬件设计。主要针对两电平电压型主电路的拓扑结构及地铁上常用的电流电压型传感器，完成ACU的硬件电路设计。

关键词：辅助控制单元；硬件电路设计；轻量化；小型化

1引言

随着国内经济的快速发展，机动车数量增加造成的交通拥堵已变成日益严峻的社会问题，各式各样的公共交通和出行方式也应运而生，其中地下铁道（简称地铁）以其运输量大、准时、速度快、无污染等特点备受政府部门和上班族的喜爱。辅助逆变器作为地铁车辆的重要核心部件之一，其主要功能是将弓网的直流1500V高压转换为三相交流电，给地铁上的空调、照明、空气压缩机、电加热器及监控系统等设备供电。但早期由于技术受限，该设备只能从国外引进。国际上从事相关系统设计制造的公司主要集中在欧洲和日本，在欧洲主要以法国的阿尔斯通、加拿大的庞巴迪、德国的西门子为代表，日本则是以日立、三菱、东芝等著名企业为代表。阿尔斯通在世界轨道交通行业拥有超过18%的市场份额，其在技术创新和环保方面已成为全球轨道交通行业的领头羊。法国的巴黎地铁14号线，被誉为“21世纪地铁”，它的列车控制系统是当今世界最先进的列车运行控制系统之一。日本具有完备的轨道交通装备制造体系，其中，日立公司在轨道车辆和电气设备生产和设计方面居于世界领先地位。我国在购买这些企业设备的同时也进行了技术引进，经过不断实验和优化升级，逐步走上了辅助逆变器国产化自主研发的道路，并已经大量应用于地铁上。随着应用环境、控制方式、轻量化、小型化、电磁兼容等各方面的要求，辅助逆变器及其内部部件，都在不断的优化升级。从轻量化、小型化方面去优化辅助控制单元的硬件设计，在保证各功能模块和接口不变的情况下，尽量多预留多兼容适用于其它控制模式的平台。同时拟采用底板加小板的架构完成相应功能的设计，将模拟采样、数字信号输入输出、门极驱动以及相应的保护和检测电路集成在底板上，将通讯板、核心控制板通过板间插针与底板连接，并通过螺柱、螺母与底板固定。该方案无需通过背板进行板间通信，有效防止了信号之间的串扰，简化了电路设计，提高了模拟采样的精度和电路的稳定性。同时省去了各电路板的面板设计和制造，使得控制箱的体积和成本也得到一定程度的缩减。

2硬件电路系统设计

该控制单元以DSP+FPGA的架构完成模拟信号、数字信号的采集、门极驱动的脉冲输出、数字信号的输出、通讯、故障存储、保护等功能。FPGA和DSP共用双向RAM，通过总线的形式对RAM进行操作，SPANTAN6上电后可自己从外部程序存储FLASH引导程序，也可通过DSP进行串行引导。RS232通讯主要给日常软件调试和连接上位机时使用。CAN通讯主要用于车上调试预留。系统外部输入电源为DC110V，经过EMC滤波以及浪涌抑制管等保护装置，通过DC-DC电源模块转换为板内所需的各种电压类型。

摘要：主要介绍了Bode定理，以此为理论基础，介绍了逆变器建模，电压环反馈控制设计等。

关键词：Bode定理；Bode图；回路增益

1控制理论基础

1．1回路增益

对于一般负反馈控制系统，其闭环系统方框图如图1所示。闭环传递函数C（s)/R(s)=G(s)/[1+G(s)H(s)]，其特征方程式为F(s)=1＋G(s)H(s)=0，特征方程式的根即为系统的闭环极点。由此方程式可以看出G(s)H(s)项，其包含了所有关于闭环极点的信息，一般称G(s)H(s)为回路增益。实际应用中，可通过对回路增益Bode图的分析来设计系统的补偿网络，以达到闭环系统稳定性要求。

1．2Bode定理

摘要：介绍了采用实际控制器输出的PWM开关逻辑信号定义正、负半桥开关函数，建立逆变器的Simulink实时模型。该模型既可实现电力驱动实时仿真系统中逆变器与电机模型的解耦，又可以确定逆变器开关死区时间。还给出了基于dSPACE实时仿真环境的逆变器-异步电机实时仿真系统的实现方法，针对开关频率为1kHz的逆变器，采样周期为11μs的实时仿真与仿真步长为100ns的离线仿真结果无明显差别。

关键词：逆变器开关函数实时仿真

在交通和某些工业领域中的电力驱动系统的研制过程中，直接使用实际电机系统对新的控制器进行测试，实现起来比较困难，而且费用较高。因此，需要介于离线仿真和实机试验之间的逆变器-交流电机实时仿真器，与实际控制器硬件相连，在闭环条件下对实际控制器进行实时测试。由于这种实时仿真系统回路中有实际控制器硬件介入，因此被称为硬件在回路仿真（Hardware-in-the-LoopSimulation）。

尽管在真实系统上进行试验是必不可少的，但是由于采用实机难以进行极限与失效测试，而采用实时仿真器可以自由地给定各种测试条件，测试被测控制器的性能，因此实时仿真器可作为快速控制原型（RapidControlPrototyping）的虚拟试验台，在电机、逆变器、电源和控制器需要同时工作的并行工程中必不可少。

图1电源-滤波-逆变器-交流电机系统

由于目前数字计算机处理速度的限制，不能实现亚微秒级物理模型实时仿真，需要对逆变器开关过程进行理想化处理，因此引入了离散事件系统。离散事件逆变器子系统与连续时间电机子系统耦合，使变流器-电机实时仿真器成为变因果和变结构系统。变因果是指离散开关事件发生前后，描述连续时间电机子系统的动态方程的输入变量与输出变量会变换位置；变结构是指在仿真进程中，离散开关事件引发状态转换，使连续系统结构发生变化。因而需要对动态方程不断地进行调整和初始化[1]。

1引言

近年来，随着我国城市人口的膨胀、国民经济的发展和环保节能理念的推进，轨道交通升温已成为不争的事实。轨道车辆按照其供给电压有DC750V、DC1500V、AC25000V等等。在电力电子技术和微电子技术的强力支持下，交流传动系统以其固有的优越性，在轨道牵引领域、尤其是在地铁等原来由直流电网供电的电动车组中的应用得到迅猛发展。本文以阿尔斯通公司的车辆为例，介绍用于地铁、轻轨等的DC1500V供电的中压牵引变频器。

2系统构成

阿尔斯通ONIXTM驱动系统是一种标准化的驱动产品，主要包括ONIXTMIGBT变频器、AGATE控制电子装置和ONIXTM牵引电动机。如运行于上海明珠线的是阿尔斯通MetropolisTM列车。列车采用4动2拖编组方式，每辆动车装备一套牵引变频器。包括ONIXTM1500逆变器模块、ONIXTM交流电机和AGATE控制电子装置。系统结构如图1所示。

高压供电开关(HVSS):

三档位置:位置P—牵引变频器由接触网供电;

1引言

近年来，随着我国城市人口的膨胀、国民经济的发展和环保节能理念的推进，轨道交通升温已成为不争的事实。轨道车辆按照其供给电压有DC750V、DC1500V、AC25000V等等。在电力电子技术和微电子技术的强力支持下，交流传动系统以其固有的优越性，在轨道牵引领域、尤其是在地铁等原来由直流电网供电的电动车组中的应用得到迅猛发展。本文以阿尔斯通公司的车辆为例，介绍用于地铁、轻轨等的DC1500V供电的中压牵引变频器。

2系统构成

阿尔斯通ONIXTM驱动系统是一种标准化的驱动产品，主要包括ONIXTMIGBT变频器、AGATE控制电子装置和ONIXTM牵引电动机。如运行于上海明珠线的是阿尔斯通MetropolisTM列车。列车采用4动2拖编组方式，每辆动车装备一套牵引变频器。包括ONIXTM1500逆变器模块、ONIXTM交流电机和AGATE控制电子装置。系统结构如图1所示。

高压供电开关(HVSS):

三档位置:位置P—牵引变频器由接触网供电;

1引言

近年来，随着我国城市人口的膨胀、国民经济的发展和环保节能理念的推进，轨道交通升温已成为不争的事实。轨道车辆按照其供给电压有DC750V、DC1500V、AC25000V等等。在电力电子技术和微电子技术的强力支持下，交流传动系统以其固有的优越性，在轨道牵引领域、尤其是在地铁等原来由直流电网供电的电动车组中的应用得到迅猛发展。本文以阿尔斯通公司的车辆为例，介绍用于地铁、轻轨等的DC1500V供电的中压牵引变频器。

2系统构成

阿尔斯通ONIXTM驱动系统是一种标准化的驱动产品，主要包括ONIXTMIGBT变频器、AGATE控制电子装置和ONIXTM牵引电动机。如运行于上海明珠线的是阿尔斯通MetropolisTM列车。列车采用4动2拖编组方式，每辆动车装备一套牵引变频器。包括ONIXTM1500逆变器模块、ONIXTM交流电机和AGATE控制电子装置。系统结构如图1所示。

高压供电开关(HVSS):

三档位置:位置P—牵引变频器由接触网供电;