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公司新闻>正弦波逆变电源的研究现状与发展趋势

    现代电力电子技术的迅猛发展,使逆变电源广泛应用于各个领域,同时对逆变电源输出电压波形质量提出了越来越高的要求。逆变电源输出波形质量包括稳态精度高、动态性能好以及负载适应性强。这种结构简单动静态性能优良和负载适应性强的逆变电源,一直是研究者在逆变电源方面追求的目标。

    逆变电源是一种采用电力电子技术进行电能变换的装置,它从交流或直流输入获得稳压恒频的交流输出。逆变电源技术是一门综合性的争业技术,它横跨电力、电子、微处理器及自动控制等多学科领域,是目前电力电子产业和科研的热点之一。逆变电源广泛应用于航空、航海、电力、铁路交通、邮电通信等诸多领域。

基本概念及工作原理

    逆变电源是一种交流输出电源,按照输出电压的相数分类,逆变电源可分为单丰H逆变电源和i相逆变电源。i相逆变电源按照输出有无中线义可分j相四线制逆变电源和i相i线制逆变电源。按照逆变电源的额定输出功率来分类,逆变电源可分为小容量逆变电源(0.5~10kVA)、巾等容量逆变电源(10~50kVA)及大容量逆变电源(50kVA以上]。图l所示为典型的交流输入、输出隔离型逆变电源主电路的基本构成。从图中可以看出。逆变电源巾的能量转换过程是:输入的工频交流电经过整流电路成为直流电,直流电通过逆变电路变为交流信号SPWM波,其基波频率是逆变电源的输出频率,该信号经输出变压器隔离。再由LC滤波器滤成正弦波。这一能量转换、传递的过程通常表示为ACDC—AC。直流输入、输出隔离型的逆变电源结构与图1基本相同,只是不再需要输入端的整流电路,能量转换传递的过程可表示为DC—AC。在逆变电源巾,逆变器及其控制是逆变电源的核心

发展现状

    逆变电源的发展是和电力电子器件的发展联系在一起的,器件的发展带动着逆变电源的发展。逆变电源出现于电力电子技术飞速发展的20世纪60年代,到日前为止,它已经历了三个发展阶段。

    第一代逆变电源是采用品闸管(SCR)作为逆变器的开关器件,称为可控硅逆变电源。可控硅逆变电源的出现虽然n『以取代旋转刑变流机组,但由于SCR足一种没有白关断能力的器件,因此必须增加换流电路来强迫父断SCR,但换流电路复杂、噪声大、体积大、效率低等原冈卸限制r逆变电源的进一步发展。第二代逆变电源是采用[j火断器件作为逆变器的开关器件。白20世纪70年代后期,各种[J火断器件相运而乍,它们包括可火断dIII闸管(GTO)、电力晶体管(GTR)、功率场效应品体管(MOSFET)、绝缘栅双极型品体管(IGBT)等。白天断器件在逆变器巾的应用大大提高了逆变电源的一陆能,逆变器采川f1夫断器件的好处是:①简化了主电路。巾丁白天断器件不需要换流电路,冈而主电路得以简化、成本降低、可靠性提高;②提高了性能。由于白天断器件的使用,使得开关频率得以提高,从而使逆变桥输出电压巾低次谐波含量大大降低,冈而使输I叶J滤波器的尺寸得以减小,逆变电源的动态特性及对非线性负载的适应性也得以提高。在白天断器件半tfl,IGBT以其开关频率高、通念压降小、驱动功率小、模块的电压电流等级高等优点已成为LfI小功率逆变器的首选器件。IGBT逆变电源已成为巾小型逆变电源的主流。第:代逆变电源在控制上普遍采用带输出电压有效值或平均值反馈的SPWM控制技术。图2是第二代逆变电源典型控制方法示意图,输出电压有效值或平均值反馈控制使逆变电源输出电压幅值稳念无差。
②死Ⅸ时阳l的存在将使SPWM波中含有不易滤掉的低次睹波,使输出电压波形发乍畸变;③动态特性小好。负载突变时输出电压调整长。之所以出现这种情况,足冈为系统巾仪存在电爪平均值或有效fff反馈,而没有瞬时值反馈;

④给定电压与输m电压之I’HJ的相位差受负载影响较大。在i相电源巾,i相输出之I'日J的相差不易满足120。要求。逆变电源采用了实时反馈控制技术,使逆变电源的性能得到提高。实时反馈控制技术是针对第二代逆变电源对{F线性负载的适应惟不强及动念特
性小好的缺点提出来的,它是近I‘年来发展起来的新型电源控制技术,目前仍在不断地完善和发展之Ifl,实时反馈控制技术的采用使逆变电源的性能有。r质的乜跃。实时反馈控制技术多种多样,主要有以下几种①薰复控制;②谐波补偿控制;③无差拍控制;④单一的电压瞬时值控制;⑤带电流内环的电压瞬时值反馈控制。其巾以第五种控制方法冈实现方便,逆变电源动态性能优越和
对负载的适应性强等优点而被广泛采用。

结论

      早些时候人们一直用旋转型变流机组产生交流电,旋转犁变流机组它是南同轴联接的原动机和发电机组成的,其中原动机.-f以是油机,也.-7以是电动机,输出交流电压是发电机发出的。但型变流机组存在噪声大、输出电压的动人地研究有很大的现实意义。态特性差、机械损耗和电能损耗较大、率较低、设备庞大笨重、操作不够灵活: 等诸多弊病。于是人们一直寻求新型产≥ :生交流电的装置。逆变电源也是一种产:讳生交流电的装置,它具有以下优点:① : 变频,逆变电源能将市电转换为用户所:,需频率的交流电;②变相,逆变电源能; 将单相交流电转换为i相交流电,也能;将三相交流电转换为单相交流电;③逆变电源能将直流电转换为交流电;变电源能将低质量的市电转换为高质鼍的稳压稳频的交流电。于是逆变电源将逐渐取代旋转型变流机组。目电源技术的核心部分是逆变器和其控制部分,虽然自关断器件的产生简化了主: 的限制,于是逆变电源输出波形正弦度仍不是很理想。虽然在控制方法上已经趋于成熟,但是有些方法实现起来任然有困难,因此对逆变技术进行深入的研究有重大意义。

     第一代逆变电源所采用的控制方法具有结构简单、容易实现的优点,但南于它所采用的SPWM控制技术只注霞如何通过恰当设汁开关模式来实现逆变器输出频潜的优化,没有考虑信号传输过程IfI井芙点的变化及负载的影响,所以存在以下缺点:①对非线性负载的适应性不强。当逆变电源输m带非线性负载时,负载电流巾的低次谐波电流将流过电源的内阻。引起输出电压波形畸变;

日期:2012-05-21
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