正弦波逆变电源十篇
时间：2023-04-08 02:31:30
正弦波逆变电源篇1
关键词： ATmega8； TL494； 逆变器； 正弦波
中图分类号： TN710?34； TP271 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）08?0149?04
0 引 言
在风电行业中，经常需要在野外对风机进行维修，这时必须为各类维修工具和仪器进行供电。因此，设计一种便携式、低功耗、智能化的正弦逆变电源来为这些设备供电是十分必要的，可大大提高维修风机的效率。本文正是基于这种情况下而设计的一种基于单片机的智能化正弦逆变电源。
1 正弦逆变电源的设计方案
本文所设计的逆变器是一种能够将 DC 12 V直流电转换成 220 V 正弦交流电压，并可以提供给一般电器使用的便携式电源转换器。目前，低压小功率逆变电源已经被广泛应用于工业和民用领域。特别是在交通运输、野外测控作业、机电工程修理等无法直接使用市电之处，低压小功率逆变电源便成为必备的工具之一，它只需要具有一块功率足够的电池与它连接，便能产生一般电器所需要的交流电压。由于低压小功率逆变电源所处的工作环境，都是在荒郊野外或环境恶劣、干扰多的地方，所以对它的设计要求就相对很高，因此它必须具备体积小、重量轻、成本低、可靠性高、抗干扰强、电气性能好等特点。
针对这些特点和要求，研究一种简单实用的正弦波逆变电源，以低价实惠而又简单的元器件组成电路来满足实际要求，定会受到市场的普遍欢迎。当前，设计低功率逆变电源有多种方案，早期的设计方案是直接将直流电压用关管进行控制，在50 Hz方波的作用下，产生220 V的方波逆变电压。
但随着用电设备对逆变电源性能的要求不断的提高，方波逆变电源在多数场合已被淘汰，而正弦波逆变器的应用已成为必然趋势。现在，市场上低功率正弦波逆变电源的主要设计方案有3种。
1.1 一次逆变的正弦波逆变电源
该方案也是将要逆变的直流电压直接加到关管上，然后采用数十倍于50 Hz的正弦化脉冲宽度调制脉冲串对开关管直接进行驱动，之后对输出的电压实行“平滑”处理，进而获得类似于正弦波的连续变化的波形，这种方法的优点是电路一次逆变，高效而简单、但变压器过于笨重，没办法满足体积小，重量轻的要求。
1.2 多重逆变的正弦波逆变电源
该方案是将驱动开关管的50 Hz信号，分成若干相位不同而频率相同的驱动信号，分别驱动各自的开关管，使得各自的输出电压也错开一定的相位，然后再进行叠加处理，输出多阶梯的阶梯波再进行滤波就能输出所需的正弦波电压。此种方案电路较为复杂，一旦有一组开关管失效，输出的波形就有很大的失真。
1.3 二次逆变的正弦波逆变电源
随着高频开关管技术的日趋成熟，逆变电源的电路设计趋向于先变压，后变频，即先将直流电压转为高频交流电，再将高频交流电转换为50 Hz的正弦交流电源，其原理框图如图1所示。
由于开关管的价格低廉，因此组成图1的单元电路性价比高，当前市场上以此种设计方案来生产低功率逆变电源的居多[1]。
2 基于单片机控制的正弦波逆变电源
在以上列举的三种逆变电源设计方案当中，以二次逆变的正弦波逆变电源为佳。按照这种思路，早期的具体电路解决方案多采用PWM控制芯片如TL494，SG3524，SG3525A等，以固定的频率去控制DC?DC和DC?AC部分的开关管，并采用修正电路对输出的波形进行修正，以期达到正弦波的要求。但这种纯PWM芯片控制的电路，对于元件的老化、发热、受到干扰等情况无法自动加以修正，或者修正能力差，往往使得在实际的应用当中经常出现电路故障。随着单片机技术的发展，设计人员不断想将单片机引入到正弦逆变电源的控制当中，但对于高频部分的控制，低成本的单片机完成不了这个功能，高成本的单片机又会降低性价比，故本文提出了另外一种设计方案，就是采用低廉的ATmega8单片机，配合TL494，IR2110和开关管，构成一个体积小，成本低，控制能力强的正弦波逆变电源，其方框图如图2所示。
由图2可见，整个系统主要由ATmega8单片机进行控制，TL494和IR2110是否工作，全由单片机根据反馈信号作出调整。高频开关管及驱动输出部分采用单相全桥逆变电路构成。具体工作原理是采用ATmega8单片机作为系统控制的核心，利用TL494能产生高频PWM信号的功能，通过单片机对其脉冲宽度进行控制并输出，以控制高频开关管组成的全相逆变电路，将低直流电压逆变成为高压方波，并通过整流滤波之后，送到驱动输出全桥逆变电路，由单片机控制IR2110输出工频驱动信号，控制输出驱动电路输出50 Hz，220 V的正弦交流电压[2]。
3 主要电路的具体设计
整个逆变系统的核心主要由单片机控制电路与检测电路、DC/DC变换电路、DC/AC输出电路组成。
3.1 DC/DC变换电路
如图3所示，由TL494组成了高频脉冲输出电路，该电路采用了性能优良的脉宽调制控制器TL494集成块。该集成块内含+5 V基准电源、误差放大器，频率可变锯齿波振荡器、PWM比较器、触发器、输出控制电路、输出晶体管及死区时间控制电路等。该集成块的第5、6脚分别外接了C1和R6组成了RC振荡电路，可促使TL494输出频率为100 kΩ左右的高频脉冲方波信号，并由单片机的PD7引脚对图中的DCDC端进行控制。通过控制第4脚的死区时间控制端，可调节输出信号的占空比在0～49%之间变化，从而控制输出端Q1PWM、Q2PWM的输出，而P端、VCC端和VFB端则分别接收来自负载，高频逆变输出电压、输入电压的反馈信号，与TL494内部的电路组成过压、过载保护电路，形成逆变器的第一级安全保护网[3?4]。
如图4所示为高频电压逆变电路，由4只IRF3205管构成全桥逆变电路，IRF3205采用先进的工艺技术制造，具有极低的导通阻抗，加上具有快速的转换速率和以坚固耐用著称的HEXFET设计，使得IRF3205成为极其高效可靠的逆变管。从输入端Q1PWM，Q2PWM输入的高频脉冲串控制这4个管两两导通，对VIN输入的直流低压进行斩波，然后经升压变压器后，逆变成高频交流方波，此时流通的电流为磁化电流，所以选取Philips公司生产的BYV26C超快软恢复二极管组成了全桥整流电路，该管子重复峰值电压为600 V，正向导通电流为1 A，其反向恢复时间30 ns，可以满足电路的参数需求，整流后的电压经滤波电路后输出直流电压260 V，送往DC/AC逆变电路，另外260 VDC经降压处理后作为作为反馈信号输入图3中的VFB端，作为高频逆变电压的反馈信号。
3.2 DC/AC输出电路的设计
DC/AC变换输出电路采用全桥逆变单相输出，其驱动输入波形则由单片机输出信号驱动半桥驱动器IR2110输出工频驱动信号，通过单片机编程可调节该输出驱动波形的D
IR2110是IR公司生产的大功率MOSFET和IGBT专用驱动集成电路，可以实现对MOSFET和IGBT的最优驱动，同时还具有快速完整的保护功能，因此它可以提高控制系统的可靠性，减少电路的复杂程度。如图6所示，HIN和LIN为逆变桥中同一桥臂上下两个功率MOS的驱动脉冲信号输入端。SD为保护信号输入端，当该脚接高电平时，IR2110的输出信号全被封锁，其对应的输出端恒为低电平；而当该脚接低电平时，IR2110的输出信号跟随HIN和LIN而变化，因此，在本系统中，两片IR2110芯片的SD端共同接到单片机的PB0引脚，用于实时控制IR2110是否处于保护状态。IR2110的VB和VS之间的自举电容较难选择，因此直接提供了15 V恒压，使其能正常工作。
逆变正弦电压输出电路有两种调制方式，一种为单极性调制方式，其特点是在一个开关周期内两只功率管以较高的开关频率互补开关，保证可以得到理想的正弦输出电压，另两只功率管以较低的输出电压基波频率工作，从而在很大程度上减小了开关损耗，但又不是固定其中一个桥臂始终为低频（输出基频），另一个桥臂始终为高频（载波频率），而是每半个输出电压周期切换工作，即同一个桥臂在前半个周期工作在低频，而在后半周则工作在高频，这样可以使两个桥臂的功率管工作状态均衡，对于选用同样的功率管时，使其使用寿命均衡，对增加可靠性有利。另一种为双极性调制方式，其特点是4个功率管都工作在较高频率（载波频率），虽然能得到正弦输出电压波形，但其代价是产生了较大的开关损耗[1，5]。如图6所示，本文的逆变输出电路采用了单极性调制方式，这样可以提高波形的平滑度，增加电路的可靠性。图6中的PWM1～PWM2分别接收来自图5的输出驱动信号，驱动由4个具有500 V耐压值的IRF840开关管组成的桥式逆变电路，将260 VDC逆变成220 V，50 Hz的交流电，经LC滤波后供给负载。图6中的IFB端和ACV端，分别和为电流和电压的采样，送到单片机的PC4和PC5引脚进行A/D转换，再由单片机将转换果用于功率计算和电路保护之用[1，6]。
3.3 单片机电路及编程
本文采用的是Atmel公司生产的ATmega8单片机来进行控制的，它的工作电压范围宽，抗干扰能力强，具有预取指令功能。这使得其理速度快，引脚输出电流大，驱动能力强，输出的脉冲信号无需放大可直接驱动步进电机驱动模块，端口全内置上拉电阻，均可作为输入或输出，具体情况通过编程灵活配置，基于以上优点，选择ATmega8L单片机作为控制器，不仅可提高系统整体性能，也可简化电路。
本文主要将它应用于整个系统的信号驱动， 温度检测，风扇控制，安全保护，数据显示等。ATmega8单片机分别采集来自系统电路的温度、电流、电压，并根据这三个参数的情况分别控制启动风扇散热，控制是否输出报警信号，控制SD端和DCDC端是否使系统处于保护状态，QA1～QA4则是输出50 Hz的驱动信号，具体的编程控制如图7所示。当系统启动后，单片机先检查系统的温度环境是否正常，不正常则启动报警，并提示出错代码，如果正常则启动高频逆变电路工作，并检测260 VDC是否正常，不正常则报警，正常则启动正弦逆变电路工作，并一直检测输出的电压电流是否正常，正常则输出，不正常则报警。
4 结 语
综上所述，基于ATmega8单片机控制的正弦波逆变电源的整体设计方案，可高效、便捷的为野外作业提供所需的交流电源，该电路目前已实验成功并投入到实际的使用当中。实践证明，本文设计出来的逆变电源具有体积小，重量轻，稳定可靠的性能。
参考文献
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[5] 刘萌，邓琛，李萍，等.基于PIC16C73B单片机的逆变电源的设计[J].电源技术应用，2011（3）：42?45.
正弦波逆变电源篇2
关键词：Boost DC/DC转换器；EG8010-SPWM；MOSFET驱动；逆变电路DOI: 10.3969/j.issn.1005-5517.2012.11.017
输出过压保护。
户用风力发电系统纯正弦波逆变器主要由DC/DC转换电路、DC/AC逆变电路、输出电路、控制电路、驱动电路、辅助电源等构成，同时系统中还要对输出的电流和系统的温度进行反馈，监控过压、过流、欠压和过温情况，系统结构框图如图1所示。
风力发电系统逆变器的主电路(如图1所示)包括DC/DC变换电路、AC/DC逆变电路、LC滤波电路等，其中逆变电路是整个主电路的核心。DC/DC变换电路的功能一方面调节输出直流电压使之与后级的逆变电路输入相匹配，来减轻逆变电路的控制负担；另一方面完成有源功率因数校正，提高逆变器的输入功率因数并抑止输入电流的高次谐波，本文直流变换电路采用升压斩波电路。逆变电路为单相全桥逆变电路，当输出交流侧接感性负载时需要提供无功功率，因此在每个功率管的集电极与发射极间并联了快恢复二极管，以便为无功功
整输出交流电压大小。
电流检测电路
电路如图8所示，采样MOS管源极的输出端电流并通过4个康铜丝并联反馈电压信号，一方面信号送到EG8010芯片引脚(14)，该引脚内部的基准峰值电压设定为0.5V，过流检测延时时间600mS，当某种原因导致负载电流偏高超出逆变器的负载电流，EG8010根据引脚(9)PWMTYP的设置状态将输出SPWMOUT1～SPWMOUT4到“0”或“1”电平，关闭所有功率MOSFET使输出电压到低电平，该功能是主要保护功率MOSFET和负载。
温度检测电路
正弦波逆变电源篇3
【关键词】：无工频变压器；电路；电源
中图分类号： TM4 文献标识码： A
一、正弦波逆变器的设计要求和主电路形式及参数
1.1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：4KW，允许过载20%，既Pomax=4800W。
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=4800W/220V≈16.5A。
4）整机效率：设计目标η≥78%。
5）输入电压：输入：110/220V直流电压波动±15%
1.2主电路形式选择
1.2.1无工频变压器的逆变电源工作原理
逆变电路以PWM方式首先将220VDC电压逆变成高频方波，经高频升压变压器升压，再整流滤波得到一个稳定的直流电压，比如350VDC。这部分电路实际上是一套直流/直流变换器，既DC/DC或DC-DC。然后，由另一套逆变器以SPWM方式工作，将稳定的直流电压逆变成有效值稍大于220V的SPWM电压波形，经LC滤波后，就可以得到有效值为220V的50Hz交流电压。
1.2.2主电路形式
无工频变压器的逆变电源实际上包含两部分：一套DC/DC和一套SPWM逆变器。DC/DC的设计这里我们不讨论。所以，这里只讨论SPWM逆变主电路，其电路形式如下图所示,电源350V。
单相SPWM逆变主电路
1.3 参数设计
1.3.1开关管
逆变器允许输出峰值电流为
Im=3Iom=3*5.5A=16.5A
所以开关管选择额定电压为600V，额定电流30A。
1.3.2 LC滤波
L为工频电感，电感量可选为1～3mH。为减小噪声，选闭合铁芯，如OD型硅钢铁芯（400Hz）或铁粉芯铁芯。
C为工频电容，可以选CBB61-10µF-250VAC。
1.4 整体电路（如下图）
二、逆变控制电路的设计
2.1 SG3525结构框图和引脚功能
逆变电源控制电路的核心是SPWM发生器。系统采用SG3525来实现SPWM控制信号的输出，该芯片其引脚及内部框图如下图所示。
直流电源Vs从脚15接入后分两路，一路加到或非门；另一路送到基准电压稳压器的输入端，产生稳定的+5 V基准电压。+5 V再送到内部(或外部)电路的其它元器件作为电源。
振荡器脚5须外接电容CT ,脚6须外接电阻RT ,振荡器频率f由外接电阻RT和电容CT决定，f=1.18／RTCT ,逆变桥开关频率定为10kHz，取CT=O．22μF，RT=5 kΩ。振荡器的输出分为两路，一路以时钟脉冲形式送至双稳态触发器及两个或非门；另一路以锯齿波形式送至比较器的同相输入端，比较器的反向输入端接误差放大器的输出。误差放大器的输出与锯齿波电压在比较器中进行比较，输出一个随误差放大器输出电压高低而改变宽度的方波脉冲，再将此方波脉冲送到或非门的一个输入端。或非门的另两个输入端分别为双稳态触发器和振荡器锯齿波。双稳态触发器的两个输出互补，交替输出高低电平，将PWM脉冲送至三极管V1及V2的基极，锯齿波的作用是加入死区时间，保证V1及V2不同时导通。最后，V1及V2分别输出相位相差180°的PWM波。
2．2 SPWM调制信号的产生
要得到正弦电压的输出，就要使逆变电路的控制信号以SPWM方式控制功率管的开关，所得到的脉冲方波输出再经过滤波就可以得到正弦输出电压。通过SG3525来实现输出正弦电压，首先要得到SPWM的调制信号，而要得到SPWM调制信号，必须得有一个幅值在l～3.5V，按正弦规律变化的馒头波，将它加到SG3525脚2，并与锯齿波比较，就可得到正弦脉宽调制波实现SPWM的控制电路框图,如图下所示。
基准50Hz的方波是由555芯片生成的，用来控制输出电压有效值和基准值比较产生的误差信号，使其转换成50Hz的方波，经过低频滤波，得到正弦的控制信号。当电源输出电压发生变化时，会改变正弦信号的幅值，使SG3525输出脉宽也发生相应的变化，这就构成了一个闭合的反馈回路，能有效稳定输出的波形。
三、其他回路设计
3.1 过电流保护电路
过电流保护采用电流互感器作为电流检测元件，其具有足够快的响应速度，能够在IGBT允许的过流时间内将其关断，起到保护作用。
从整体电路图可知，过流保护信号取自CT2，经分压、滤波后加至电压比较器的同相输入端，如上图所示。当同相输入端过电流检测信号比反相输入端参考电平高时，比较器输出高电平，使D2从原来的反向偏置状态转变为正向导通，并把同相端电位提升为高电平，使电压比较器一直稳定输出高电平。同时，该过电流信号还送到SG3525的脚10。当SG3525的脚10为高电平时，其脚11及脚14上输出的脉宽调制脉冲就会立即消失而成为零。
3.2 驱动电路的设计
驱动电路的设计既要考虑在功率管需要导通时，能迅速地建立起驱动电压，又要考虑在需要关断时，能迅速地泄放功率管栅极电容上的电荷，拉低驱动电压。具体驱动电路如下图所示。
其工作原理是：
1)当光耦原边有控制电路的驱动脉冲电流流过时，光耦导通，使Q1的基极电位迅速上升，导致D2导通，功率管的栅极电压上升，使功率管导通；
2)当光耦原边无控制电路的驱动脉冲电流流过时，光耦不导通，使Q1的基极电位拉低，而功率管栅极上的电压还为高，所以导致Q1导通，功率管的栅极电荷通过Q1及电阻R3速泄放，使功率管迅速可靠地关断。
当然，对于功率管的保护同样重要，所以在功率管源极和漏极之间要加一个缓冲电路避免功率管被过高的正、反向电压所损坏。
如需减小电源体积，驱动电路可以选择IR2110集成芯片。
3.3 欠压电路
SG3525内部自带欠压保护，故不用设计。
四、逆变器的实验结果
正弦波逆变电源篇4
[关键词]vvvf；交流传动；城轨动车组；工作原理；发展趋势
1交流传动概况
与斩波器─直流电机斩波调压电气传动系统相比，调压调频(vvvf)逆变器─交流电机的系统主电路变得十分简单,少了电阻发热的危害。现在，以斩波器为核心的直流传动电动车组也逐步让位于以vvvf为核心的交流传动电动车组，如日本的东京、韩国的首尔、德国的汉堡和法兰克福、美国的波特兰等。交流传动技术是一门综合技术，但其本质的特点是牵引电动机采用了交流异步电动机，其一系列的优点都是由此而表现出来的。交流传动机车包括城市轨道交通交流传动动车组，所以成为现代机车发展的方向，正是由异步电动机的特点和优点所决定的。交流异步电动机驱动系统的优越之处表现在构造简单、黏着性能好、功率大、牵引力大、可靠性高、维修简便、效率高，利用率高、使用灵活性强、动力性能好、制动性能好。
2vvvf交流传动系统在动车组应用情况
北京城轨八通线的电动车组为2动2拖4辆编，全长接近80m，牵引系统采用架控式vvvf交流传动系统和数字模拟式电控制动系统。l辆动车上有2台vvvf牵引逆变器，分别驱动2个转向架上的牵引电机，当一个逆变器出现故障时，可通过接触器切除故障逆变器，并且不影响另一个逆变器的正常工作。牵引逆变器单元是由igbt模块、牵引控制装置、传感器、保护器件等组成的2点式电压型vvvf牵引逆变器。与牵引逆变器配套配置的制动斩波器负责控制制动电阻的投入与切除，同样由igbt模块及其控制、传感器、保护等组成。每辆动车的电阻制动斩波器、制动电阻均设2组，并与每个vvvf逆变器相对应。电气牵引系统具有完善的保护功能。逆变器的冷却方式为非氟热管自冷方式。牵引逆变器系统具有牵引与电制动（包括再生制动和电阻制动）等功能。制动工况时，优先采用电制动（含再生和电阻制动），电制动优先采用再生制动，与空气制动联合制动的控制方式。电制动与空气制动随时自动配合、平滑转换，使列车不至产生过大的冲动。动车组主电路原理示意图见图1。
3vvvf逆变器原理
vvvf逆变器能够将直流电转换成交流电，并能够调节输出交流电的电压和频率的大小，从而实现对交流牵引电动机的转矩和转速的控制。
3.1正弦波与等幅矩形脉冲序列波等效
把正弦波的半波作i（这里取6）等分，将正弦曲线每一等分所包含的面积都用一个与其相等的等幅矩形脉冲来代替（见图2），同样对于正弦波的负半周来说是用极性为负的矩形脉冲来代替。这样就用6个幅度为ud(逆变器输入直流电压)的宽度不等的矩形脉冲来代替正弦波，而且谐波分量还少。
3.2vvvf逆变器的工作原理
1） 电路原理图
如图3，采用了绝缘栅双极晶体管（igbt）t1～t6作为主电路的控制部件，这是一种两点式电压源三相逆变器。从a、b、c三点向三相交流异步电动机提供正弦三相电源。
采用双极性正弦脉宽调制技术来控制t1～t6的开关顺序和时间，从而实现对三相电源的调压和调频的控制。同一桥臂下的两个元件互补通、断。图4为igbt的开、关顺序。
2） 输出电压和频率的调整
调整调制波对载波的幅度可以调整输出电压，改变调制波的频率来调整输出交流电的频率。图4的载波比n=3,载波比越大，逆变器输出的谐波分量越小。但n受到igbt开关频率和开关损耗的限制，igbt的最高开关频率可达到50khz。
4交流传动技术的发展趋势
城市轨道交通普遍采用vvvf逆变器和鼠笼式异步电机的交流传动系统，开关器件选用大功率快速开关器件igbt模块,将来选用dc1500v供电方式来取代dc750v供电方式是可行的。对于城市轨道交通列车所需的交流传动vvvf逆变器、辅助电源的dc/dc变换器(即斩波器)和静止逆变器的研制与产品化，从目前的技术水平看，我国完全能够自力更生来实现。我国铁路系统于1996年研制成功了ac4000型交流传动电力机车原型车。目前正在开展200km/h交流传动高速动车组研制。
[参考文献]
正弦波逆变电源篇5
关键词：谐波；多重化；脉宽调制；滤波器；无功补偿
中图分类号：TM714 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）23-0111-02
近年来，电力电子技术飞速发展，越来越多的电力电子装置被研发并且广泛应用在电力系统、工业生产、交通运输、节能环保、家庭等众多领域。电力电子技术已经成为国民经济建设和社会生活建设中不可缺少的技术之一。然而，在电力电子技术带给人们便利的同时，也带来了谐波问题。
根据文献[1]谐波会对各种用电设备产生不利影响，使其不能正常工作。还会对电网造成污染，引起电网中局部的并联谐振和串联谐振，使原本较小的谐波放大，影响电网的供电质量，甚至发生严重的事故等。总之，谐波的危害不容小觑。因此，对电力电子装置所产生的谐波的抑制技术是十分重要的，现对电力电子技术中的几种有效的谐波抑制措施作以下探讨与分析。
1 削弱谐波源法
电力电子器件是主要的谐波源，改进电力电子装置就是从源头降低谐波含量，从而降低注入电网的谐波含量，改善供电质量。如果电力电子器件产生极其微弱的谐波或者不产生谐波，那么对谐波补偿装置的要求会随之降低，甚至不再需要谐波补偿装置，这样就会大大节省谐波补偿方面所需的人力和物力。
1.1 多重化电路法
此方法适用于减少整流和逆变电路中的谐波。
1.1.1 多重化整流电路
对于整流电路来说，将几个整流电路多重化联结可以减少交流侧输入电流谐波。此方法的关键是利用变压器二次侧绕组的不同接法，使二次绕组产生移相。例如：根据文献[1]使两组三项交流电源间相位错开30 °，从而使输出整流电压ud在每个交流电源周期中脉动12次，故该电路为12脉波整流电路。同理，若使三组交流电源移相20 °，则整流电压ud在每个电源周期内脉动18次，构成18脉波整流电路。
以此类推，随着整流电压在每个交流电源周期中脉动次数的增加，交流侧输入电流中的谐波含量减少。
1.1.2 多重化逆变电路
对于逆变电路来说，多重化电路法的特点是按照一定的相位差，将若干个逆变电路的输出组合起来（组合的方式可以是串联，也可以是并联，串联方式多用于电压型逆变电路，并联方式多用于电流型逆变电路），使它们各自输出中所含有的部分谐波分量通过相位差相互抵消。
1.2 多电平逆变器法
最早出现的是两电平逆变器，1981年三电平逆变器被日本长冈大学教授Nabae A.等人提出，三电平逆变器输出的谐波可大大少于两电平逆变器输出的谐波。随后随着级联数目的增加，输出电压或电流的电平数增加，从而使得输出电压或电流中的谐波含量减小。
多电平逆变电路的相电压可以输出多种电平，使其波形更加接近正弦波。多电平逆变电路有中点钳位型逆变电路、飞跨电容型逆变电路和单元串联多电平逆变电路等。其中飞跨电容型逆变电路由于较难控制且电容使用数目较多，使用得较少。中点钳位型逆变电路和单元串联多电平逆变电路与多重化逆变电路的消谐机理类似。现以单元串联多电平逆变电路为例，介绍多电平电路对谐波的抑制作用以及优缺点。
1.3 三相整流变压器采用Y，d或D，y的接线方式
此种方法可以抑制3的倍数次的高次谐波，也可以作为隔离变压器使用。可以看出，Y，d和D，y两种接线方式中都有一边的绕组采用三角形接线方式。当谐波电流通过电力电子器件流到三相整流变压器时，会导致变压器铁心内产生3的倍数次的谐波磁通，该磁通在三角形连接的绕组内产生3的倍数次谐波电动势，从而产生3的倍数次并且相位相同的高次谐波电流。这些高次谐波电流在三角形绕组内产生环流，并且伴有热量产生，使大部分的高次谐波电流被消耗。剩余部分的高次谐波电流会使铁芯中产生高次磁通，而在三相三柱式变压器中，没有能够为高次谐波电流引起的高次磁通提供回路的磁路，使得高次磁通只能通过气隙形成磁回路，从而大大地被消耗。这样一来，在三角形接线绕组回路中就不会产生3的倍数次的高次谐波电动势。
另外，电力电子器件中产生的谐波电流流到变压器星形接线方式的绕组中时，由于星形接线结构无法为3的倍数次的高次谐波提供通路，所以谐波电流只能通过气隙形成通路，从而被大大地消耗。
综上所述可知，通过Y，d或者D，y绕组连接方式的三相整流变压器，可以使3的倍数次的谐波被极大地消耗，而不至于使这些谐波注入公共电网，从而提高了电网的供电质量。
1.4 脉宽调制（PWM）技术
脉宽调制的基本原理是对电路开关器件的通断进行控制，使其输出一系列幅值相等但宽度不等的脉冲，用这些脉冲来代替所需要的波形。通过脉宽调制技术也可以达到抑制谐波的目的，其中较为有效的办法有：特定消谐法（SHE）和正弦脉宽调制法（SPWM）。下面分别介绍这两种方法。
1.4.1 特定消谐法
特定消谐法是Patel H S和Hoft R C于1973年提出的。为了减少谐波，要尽量使输出波形成为1/4周期对称波形。所谓1/4周期对称波形要同时满足两个条件：
①使波形正负两半周镜对称；
②使波形在正半周期内前后1/4周期以为轴线对称。
得到了1/4周期对称波形后，就可以消除特定频率的谐波。消除特定频率谐波的数量与输出波形半个周期内开关器件开通和关断的次数有关，开关器件每开通或关断一次，就对应一个可以控制的开关时刻。其中一个开关时刻控制基波幅值，其余的都可以用来消除某个频率的特定谐波。
1.4.2 正弦波脉宽调制法
正弦波脉宽调制法是将每一正弦周期内的多个脉冲做自然或规则的宽度调制，使其依次调制出相当于正弦函数值的相位角和面积等效于正弦波的脉冲序列，形成等幅不等宽的正弦化输出。SPWM的控制可以通过计算法（包括自然采样法、规则采样法、直接PWM法）、模拟法和专用SPWM集成电路法实现。
对于单相全桥逆变器而言，SPWM技术有3种基本的调制方式：双极性SPWM、单极性SPWM和倍频式SPWM。通过文献[2]可得：双极性SPWM的特点是：基波成分与调制波完全相同，不含偶数次载波谐波；倍频式SPWM的特点是：在开关频率不变的情况下，等效输出频率倍增，奇数倍谐波被消除；单极性SPWM的特点是：基波成分与调制波完全相同，谐波出现在载波频率附近，不含载波谐波。
2 谐波补偿装置法
谐波补偿就是将产生谐波的非正弦波电信号进行补偿，使之成为正弦波电信号，从而消除谐波。谐波补偿装置大体上可分为三类：一是无源滤波器，二是有源滤波器，三是静止无功补偿器。
2.1 无源滤波器
无源滤波器又称LC滤波器，是利用电容、电感、电阻的组合设计构成的滤波器，是应用最早的谐波补偿装置。无源滤波器具有成本低廉、结构简单、运行可靠等优点。无源滤波器又分为调谐滤波器和高通滤波器。
2.1.1 谐调滤波器
调谐滤波器又分为单调谐滤波器和双调谐滤波器。根据文献[3]双调谐滤波器可以等效为两个单调谐滤波器并联，可按两个单调谐滤波器分别设计。两个滤波器的调谐频率不同，使其调谐比较困难，应用受到限制。单调谐滤波器在设计时，需要确定滤波电容、滤波电感、滤波电阻的参数，还要选择合适的调谐锐度值以获得最佳滤波效果。
2.1.2 高通滤波器
在各种高通滤波器中，二阶高通滤波器的应用最为广泛。高通滤波器的设计一要确定所要滤除谐波的谐波次数，二要确定滤波器的各个参数。滤波器参数的选择包括谐波电容、谐波电感、谐波电阻的选择。
由于高通滤波器通常与单调谐滤波器并用，一般选择略高于单调谐滤波器的最高特征谐波频率为高通滤波器的截止频率。
2.2 有源滤波器
含有有源器件的滤波器叫做有源滤波器。有源滤波器可以实现动态跟踪补偿，既能补偿谐波，又能补偿无功功率。
2.3 静止无功补偿器
静止无功补偿器是采用全控型电力电子器件组成变流器来进行无功补偿的装置，也称静止无功发生器，于20世纪70年代兴起，现在被广泛用于电力系统负荷补偿、消除电网谐波等方面。
3 结 语
本文介绍了多种谐波的治理措施，对改进电力电子装置和增设滤波器两大类中的多种方法进行了分析和探讨。这些抑制谐波的措施各有优点和不足，使用的场合也不尽相同，要视具体情况采取不同的措施。不同的抑制措施之间配合使用的情况也很普遍，虽然这样的电路结构比较复杂，但是这样综合了不同消谐措施的优点，弥补了各自的不足，使消谐效果更好。
参考文献：
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正弦波逆变电源篇6
关键词：水力发电;并网;谐波
前言
近年来，可再生能源并网发电技术成为研究热点。作为可再生能源发电系统中的关键环节，并网逆变器及其控制技术越来越受到关注。逆变器并网发电运行的主要控制问题是逆变器输出正弦波电流(即并网电流)控制技术，要求并网电流能实时跟踪电网电压频率、相位和并网容量给定的变化，且电流的总畸变失真要低，以减小对电网的谐波影响。其控制目标是实现正弦电流输出和相位控制，使逆变器工作在单位功率因数并网模式。
前的并网逆变器采用的功率开关器件多是IGBT，就可以实现很高的开关频率，一般开关频率为2kHz~15kHz。然而功率开关器件的高开通关断频率却会产生高次谐波，注入到电网中，产生谐波污染，这将对电网上的其他电磁敏感的设备产生干扰。所以我们就需要在电网和变流器之间接上谐波滤波器。
目前最常用的方法是在并网逆变器和交流电网之间串联输入电感来降低高次谐波的含量。但是当逆变器开关频率很高时，要想得到满意的滤波效果，就需要很大的电感值，从而花费过高成本，电感体积太大，并且大电感还将使得系统的动态响应变差。文章采用LCL滤波器来解决L滤波器所存在的问题。
一、水力发电系统简介
水力发电系统由发电机、AC/DC转换、PWM逆变器、LCL滤波器组成。发电机使用异步电机，异步电机并网发电是利用电网提供以同步转速转动的旋转磁场,在转差率为负值的工况下,其磁力矩与转速方向相反,机械力矩方向与转速方向相同,磁力矩作负功,机械力矩作正功(转化为电能),向电网输出电能。常用作发电的一般为三相鼠笼式异步电机,三相绕线式异步电机和单相电容式异步电机也可作为发电使用,但技术性指标差。电能经PWM逆变器后变为正弦调制波，这时的电能含有大量的高次谐波，为了减少谐波污染，加入LCL滤波器。
二、电力系统谐波危害
并网系统的电能质量主要取决于输出电流的质量，为了能够给电网提供高质量的电能，并网逆变器的电流控制发挥了重要的作用，因此，对并网发电用三相逆变器研究就显的尤为重要。
由于三相PWM逆变器具有功率因数高，效率高等诸多优点，因此在可再生能源的并网发电中得到广泛应用。但是三相PWM逆变器在其开关频率及开关频率的整数倍附近，产生的高次谐波注入到电网中，会产生谐波污染，这将对电网上的其他电磁敏感的设备产生干扰。
谐波对电力系统和其它用的设备可能带来非常严重的影响，主要危害可归纳为：
在电力危害方面：
（1）使公用电网中的设备产生附加谐波损耗，降低发电、输电及用电设备的使用频率增加电网损耗。零线会由于流过大量的3次及其倍数次谐波造成零线过热，甚至引发火灾。
（2）谐波会产生额外的热效应从而引起用电设备发热，使绝缘老化，降低设备的使用寿命。
（3）谐波容易使电网与补偿电容器之间产生串联并联谐振，使谐振电流放大几倍甚至几十倍，造成过流，造成电容器以及与之相连的电抗器、电阻器的损坏。
（4）降低产生、传输和利用电能的效率。
在信号干扰方面：
（1）谐波会引起一些保护设备误动作，如继电保护的熔断器等。同时也会导致电气测量仪表计量不准确。
（2）谐波通过电磁感应和传导耦合等方式对邻近的电子设备和通信系统产生干扰，严重时会导致它们无法正常工作。
所以，减轻直至消除这些危害，对于供电和用电设备的节能降耗，乃至于对整个社会能源利用率的提高，都具有极其重要的意义。由于LCL在抑制谐波方面具有的优点，因此研究LCL滤波器具有很重要的现实意义。
三、并网逆变器矢量控制
控制电路的目的就是控制并网逆变器六个开关管的通断，产生与正弦波等效的一系列等幅不等宽的矩形脉冲波形，等效的原则是每一区间的面积相等。如果把一个正弦半波分作n等份，然后把每一等份的正弦曲线与横轴所包围的面积都用一个与此面积相等的等高矩形脉冲来代替，矩形脉冲的中点与正弦波每一等份的中点重合，而宽度是按正弦规律变化。这样，由n个等幅而不等宽的矩形脉冲所组成的波形就与正弦半周等效。同样，正弦波负半周也可用相同方法与一系列负脉冲波来等效。
为了达到控制目的，我们选用矢量控制的方法。矢量控制最初用于控制异步电机，把交流电动机等效为直流电动机控制，后来经过多年的发展，逐渐形成了一套比较完整的矢量控制理论体系。最近二十多年来由于电力电子、计算机及微电子技术的飞速发展，矢量控制技术在高性能交流驱动领域的应用已经越来越广泛。矢量控制大大简化了控制的难度，并会获得较好的控制效果，因此我们将采用矢量控制的方法对并网逆变器进行控制。
我们采用两个电流内环、一个电压外环的双闭环系统，来达到实际需要的精度和动静态性能。这种方法是取直流侧电压与给定电压比较，产生作为输入的直轴电流，取逆变器侧电感电流作为反馈，产生控制逆变器的脉冲信号。当发电机的直流电压不稳定时，通过逆变器侧电感电流的反馈，可以调节逆变器6个开关管通断时间，使其输出与电网电压幅值、相位相吻合。
四、LCL参数设计
逆变器侧是三个电阻为R、电感为L的电抗器，网侧是三个电阻为Rf、电感为Lf的电抗器，网侧电抗器和变流器侧电抗器之间是三个星形联结的电容器Cf。六个功率开关由控制电路产生的脉冲信号控制其通断，从而产生与正弦波等效的等幅矩形脉冲序列波。经逆变器形成的三相交流电经LCL滤波器滤除谐波后并入电网。
由于在LCL参数选择比较复杂，国际上也没有一种统一的设计方法，因此文章综合考虑电网侧电流最大允许脉动、逆变器开关频率和阻尼特性等要求，通过计算的方法得出一种简单有效的设计方案：通过选择逆变器侧所需要的电流纹波来设计内部电感L，通过选择在额定状态下吸收的无功功率来决定电容值，通过选择期望电流纹波减少量来设计Lf。由于逆变器开关管通常工作在高频方式，一般为15kHz，所以该滤波器属于低通滤波器，目的是滤除高频开关纹波。
通过计算得出LCL参数后，我们采用
MATLAB中的SIMULINK模块进行仿真，通过反复实验后得出一个满足要求的实验结果。
五、主动阻尼控制器的设计
由于LCL滤波器是谐振电路，对系统的稳定性有很大影响，如果不采取很好的控制策略，会使电流的谐波畸变率增大。为了抑制LCL滤波器的谐振，可以采取增加滤波器阻尼的方法，但是增加无源元件，如电阻等，会造成功率损耗，降低系统的工作效率。除此之外我们还可以采取增加主动阻尼的方法，所谓主动阻尼，是指主动采取控制策略的方法，达到与被动阻尼相同的效果。
用主动阻尼的方法替代实际的谐振阻尼电阻作用，这样即使主动阻尼的阻值很大，也不会造成功率损耗，降低系统的效率。由于电压电流双闭环控制具有系统对参数变化不敏感，稳定性高的优点。采取这种控制策略与通常的双闭环不同之处在于，增加了对电容器电流的前馈控制。
结语
IEEE1547标准严格限定负载注入电网的电流总谐波畸变要小于5%，35次以上谐波的畸变率要小于0.3%。通过我们对逆变器矢量控制、LCL参数和主动阻尼器的设计，将基本达到这一要求。
参考文献
[1]魏昊,张淼,严克剑.基于空间矢量控制的PWM整流系统的研究[J].广东有色金属学报,2006,16(3).
正弦波逆变电源篇7
关键词：岸电电源空间矢量算法逆变变压器
中图分类号：TM917 文献标识码：A
1．引言
大型船舶特别是油船和集装箱船靠港时通常使用燃油制品(多为重油)发电，来满足船舶用电需求。近年来随着燃油价格屡创新高，船舶发电成本不断升高，而且重油在燃烧过程中产生大量硫化物和氮氧化物，对周边环境造成严重污染，污染后通过气候作用可以传播至数百公里以外的地区。国内外很多港区都集中在城区附近，到港船舶停靠港口产生污染与城区环境保护的矛盾已经越来越突出。如果采用陆地电网对靠港船舶供电，首先可以大幅减少港区环境污染，建设清洁宜人的绿色港口，其次可以降低船舶靠港时运行费用，增加码头港口及发电部门的供电收入，对于节能减排也具有十分重要的意义。这种技术称为船舶岸电系统。
岸电系统主要有三个部分组成：
（1）岸电电源：船舶电网频率大多为60Hz,我国港口岸电电网频率为 50Hz。岸电电源主要功能是将我国港口电网380V/50Hz交流电变换成适合于外国船舶 440V/60Hz交流电,并且能够实现 50Hz/60Hz双频供电；
（2）电缆连接设备：连接岸电接电箱和船上受电装置间的电缆和设备，电缆连接设备必须满足快速连接和储存的要求，不使用的时候储存在岸边或者驳船；
（3）船舶受电系统：在船上固定安装受电系统，可能包括电缆绞车等相关电气管理系统等。
显然岸电电源是岸电系统的核心，对其基本要求是输入侧不能污染电网，输出侧电能质量能满足船舶供电要求，可靠性高，易于维护。本文提出了一种新型的的1MVA(800KW)岸电电源设计方案，其硬件采用高功率因数整流和逆变模块并联技术，软件采用电压矢量控制技术，完全可以满足岸电系统的供电要求。
2．岸电电源的工作原理及主要结构
2.1岸电电源的主电路原理
岸电电源的主电路原理图如图1所示，三相输入市电接入电源后，首先经过PWM高功率因数整流器变成稳定的直流，采用高功率因数整流器目的是提高网侧功率因数，防止岸电对电网造成污染，整流器采用4套200KW整流模块并联冗余，逆变侧也采用4套200KW逆变模块并联冗余，模块之间采用光纤通讯，逆变器的IGBT受控于空间矢量脉宽调制，其脉冲宽度代表了输出电压幅值。调整脉冲宽度，即调节输出电压。经过IGBT的调制后，直流电源被调制成脉冲波形，此方波通过一个滤波器，变成一个60Hz基波分量的准正弦波。再经逆变变压器进行二次滤波，输出440V/60Hz电压。
图2 主电路原理图
Fig.2 Main circuit diagram
2.2岸电电源结构
本岸电电源采用逆变器+波形预处理器+逆变变压器结构，其结构框图如图1所示。包括交流电抗器、电子开关、IGBT整流器、直流电抗器、直流滤波器、三相桥式逆变器、校正电抗器、逆变变压器等。
图1新型岸电电源结构图
Fig.1 New Shore Power Supply diagram
在三相电源输入端加装交流电抗器，可有效改善输入功率因数，同时防止谐波电流回馈电源，尽可能使干扰降到最小；电子开关可防止刚开始对滤波电容充电时所产生的大电流冲击，对设备的器件起到有效保护作用，同时减轻对电网的影响。采用三相全桥IGBT式整流电路，输出直流电压，且使输入功率因数接近于1；直流电抗器用以保持整流电流连续性，并减少电流脉动；直流滤波器采用额定的耐压与足够大容量的电解电容器，以平滑经滤波电抗器输出的脉动直流电压，使其达到标准要求；三相桥式逆变器的工作方式是将直流电变换成交流电，整个变换过程由数字信号处理器DSP进行控制，当电网输入电压降低或负载电流增加时，SPWM波（正弦脉宽调制）就会调宽，使输出电压保持稳定；校正电抗器可以将逆变输出的SPWM波形校正为准正弦波，同时吸收逆变器所产生的各种多次谐波分量，防止逆变变压器发热；逆变变压器能将三相电压升到440V后经过波形校正电路将波形进一步校正，得到电压值为440V±2.5%，波形失真度≤5%的稳压电源。
3.软件控制策略
本岸电电源逆变器控制采用空间矢量算法，SVPWM的理论基础是平均值等效原理，即在一个开关周期内通过对基本电压矢量加以组合，使其平均值与给定电压矢量相等。在某个时刻，电压矢量旋转到某个区域中，可由组成这个区域的两个相邻的非零矢量和零矢量在时间上的不同组合来得到。通过控制各个电压矢量的作用时间，使电压空间矢量接近按圆轨迹旋转，就可以使逆变器输出近似正弦波电压[5]。
将三相相电压ua、ub、uc分别加在空间上互差1200的三相平面静止坐标系上，可以定义三个电压空间矢量ua (t)、ub (t)、uc(t)，它们的方向始终在各相的轴线上，而大小则随时间按正弦规律做变化，时间相位互差1200。假设U为相电压有效值，f为电源频率，则有：
(1)
则三相电压空间矢量相加的合成空间矢量u(t)就可以表示为：
(2)
可见u(t)是一个旋转的空间矢量，它的幅值不变，为相电压峰值，且以角频率ω=2πf按逆时针方向匀速旋转，其在三相坐标轴(a，b，c)上的投影就是对称的三相正弦量。
三相逆变器的开关信号(Sa、Sb、Sc)可以产生8种基本工作状态，即：100、110、010、011、001、101、111、000。利用这8种基本工作状态可以求出对应8种输出电压状态，可分别命名为U0(000)、U1 (001)、U2(010)、U3(011)、U4(100)、U5(101)、U6(1l0)、U7(111)，其中U0、U7称为零矢量，其余六个基本电压矢量是有效的，称做非零矢量。图4给出了八个基本电压空间矢量的大小和位置。其中非零矢量的幅值相同，相邻的矢量间隔600，而两个零矢量幅值为零，位于中心。在每一个扇区，选择相邻的两个电压矢量以及零矢量，按照伏秒平衡的原则来合成每个扇区内的任意电压矢量，即：
(3)
其中，Ur为期望电压矢量；T为采样周期；Tx、Ty、T0分别为对应两个零电压矢量Ux、Uy和零电压矢量U0在一个采样周期的作用时间；其中U0包括了U0和U7两个零矢量。式(3)的意义是矢量Ur在T时间内所产生的积分效果和Ux、Uy以及零矢量作用时间Tx、Ty、T0、T7的积分相加总和值效果相同。
利用坐标变换 [5]可将三相静止平面坐标系(a，b，c)中的相电压转换到两相垂直平面坐标系(α、β)中去。转换结果见图3。
图3 八个基本电压矢量分布图
Fig.3 eight basic voltage vector distribution
图4电压空间矢量图
Fig.4 Voltage space vector
由于三相正弦波电压在电压空间向量中合成一个等效的旋转电压，其旋转速度是输入电源角频率，等效旋转电压的轨迹将是如图4所示的圆形。所以要产生三相正弦波电压，可以利用电压向量合成技术，将设定的电压向量由U4(100)位置开始，每一次增加一个小增量，每一个小增量设定电压向量可以用该区中相邻的两个基本非零向量与零电压向量予以合成，如此所得到的设定电压向量就等效于一个在电压空间向量平面上平滑旋转的电压空间向量，从而达到电压空间向量脉宽调制的目的。
4.参数测试及分析
为了验证所设计岸电电源的可行性，对其输出进行了实验测试。网侧输入电压380V/50Hz，带在功率800KW,图5(a)为采用FLUKE32电能质量分析仪实测输出波形图，得到输出电压稳定度为±1%，输出侧电流总谐波含量THD为2.0%，可以看出本岸电电源输出品质很好的60Hz正弦波。另对该岸电电源的其他电气参数进行了实验测试，输出频率稳定度为60HZ±0.1%，突加突减负载时，瞬态电压变化
（a）输出三相电压波形
(b)输出波形谐波含量
图5输出电压的实测波形
Fig.5 output voltage waveform
5.结论.
设计了一种船舶岸电电源系统方案，实际运行结果表明该电源能够很好的满族船舶供电要求，且由于采用的是逆变变压器，具有变压、正弦波滤波、电网间电气隔离等多种功能，设备整体效率高，另还具有可靠性高、保护性能好、抗干扰能力强等优点。
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正弦波逆变电源篇8
关键词：汽油发电机；逆变器；IGBT驱动
中图分类号：TM464 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）09-0046-01
1 逆变器的发展技术概况
汽油发电机逆变器作为逆变电源的一种，其发展与逆变电源相同。逆变电源出现于电力电子技术飞速发展的20世纪60年代，逆变器的发展和电力电子器件的发展是相辅相成的。最开始的逆变器是应用晶闸管（SCR）作为逆变器的开关元件，称为可控硅逆变电源。因为晶闸管没有自关断能力，所以必须使用换流电路的方式来关断闸管，这种方式限制了逆变器的进一步发展。随着电力电子技术的发展，有自关断能力的电力电子器件脱颖而出，后来出现了电力晶体管（GTR），可关断晶闸管（GTO）、功率场效应晶体管（MOSFET）、绝缘栅极型晶体管（IGBT）等等。
2 逆变器整体设计方案初步分析
汽油发电机常被作为移动式的独立电源硎褂茫主要由汽油机、同步交流发电机和控制器组成。本设计中用的电源是汽油机发出的三相交流电整流后经过降压环节（降压变换器）得到的350V左右的直流电，通过逆变环节和LC滤波器变换成220V/50Hz的交流电供负载使用。进过初步分析汽油发电机逆变器的主电路包括[1]：
（1）电源电路：用于产生电压稳定的直流电源，给其他电路供电。（2）控制电路：用于产生SPWM信号、处理反馈信号并发送逆变器的状态信息。（3）驱动电路：用于将逻辑电压的SPWM信号转换为控制开关器件通断的驱动电压。（4）反馈信号处理电路：用于处理逆变器的电压、电流、频率等反馈信号。（5）显示电路：用于逆变器的电压、电流、频率等信息的输出。（6）滤波电路：用于将逆变器产生的高频率的SPWM波变为可供负载使用的正弦交流电。
3 硬件电路设计
3.1 逆变主电路设计
汽油发电机输出的三相交流电经三相整流桥整流为直流电，把直流母线电压引入后先用一个大电容滤波，消除直流侧电压的脉动，再加至由MOSFET构成的H桥式逆变电路，该直流高压经逆变电路逆变为脉宽按正弦波规律变化的高频脉冲波，再由输出滤波器滤掉高频谐波，得到正弦波提供给负载。SPWM脉冲波由主控制电路产生并根据输出反馈电压和反馈电流来改变脉冲波的宽度，从而保证输出电压的稳定。
3.2 控制电路设计
EG8010芯片的工作模式分为单极性调制方式和双极性调制方式，在全桥逆变电路中，单极性制时仅两个桥臂（受EG8010引脚SPWMOUT3，SPWMOUT4控制）做SPWM调制输出，另两个桥臂（受EG8010引脚SPWMOUT1，SPWMOUT2控制）做基波输出，应用时滤波电感需要接在SPWM调制桥臂输出端，电压取样反馈电路同样需要接在SPWM调制桥臂电感的输出端。双极性调制时左右桥臂同时做SPWM调制输出，应用时使用两路电感滤波特性将会更好，电压取样反馈电路需要两路分压网络做差分反馈处理[2]。单极性调制模式时，EG8010芯片的电压反馈处理是通过引脚（13）VFB测量逆变器输出的交流电压，FRQADJ/VFB2引脚（引脚16）仅为调频模式下的调节频率功能，电压采样反馈部分，测量反馈的峰值电压和内部基准正弦波峰值电压3V进行误差计算，对输出电压值作出相应调整，当输出电压升高时，该引脚电压也随之升高，经内部电路误差值计算后调整幅度因子乘法器系数，实现降低输出电压达到稳压过程，反之，当该引脚的电压减低时，芯片会作出升高输出电压的反应。
3.3 驱动电路设计
驱动电路逻辑输入部分VCC使用5V电源，功率管门极驱动电源使用12V，自举电容C5、C10选择10uF的电解电容，滤波电容C6、C11也选用10uF的电解电容。D3和D4选用1N4148高速二极管。SPWM2H、SPWM2L、SPWM1H、SPWM1L来自EG8010芯片的输出。封锁信号SD接到了过流保护的输出端，当主电路发生过流情况时，SD变为高电平，输入信号被封锁，及时保护主电路。VS1、VS2分别接到全桥逆变的左右两个桥臂的中点。2HO和1HO联接到上桥臂的栅极，2LO和1LO联接到下桥臂的栅极。
3.4 印制电路板设计
印制电路板，又称印刷电路板、印刷线路板，简称印制板，英文简称PCB或PWB，它以绝缘板为基材，切成一定尺寸，其上至少附有一个导电图形，并布有孔（如元件孔、紧固孔、金属化孔等），用来代替以往装置电子元器件的底盘，并实现电子元器件之间的相互连接。由于这种板是采用电子印刷术制作的，故被称为“印刷”电路板。印制电路板是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体。
参考文献
正弦波逆变电源篇9
【关键词】三相逆变电源;DSP IC;全数字控制;设计
在当前，随着电力电子技术的高速发展，尤其是逆变技术在多领域的广泛应用，人们对逆变电源的性能要求也较过去有了较大程度的提高，不仅要求输出的波形质量尽量好，而且对其稳态与动态性能的要求也日益更高。基于此，本研究成功设计了一种基于DSP IC全数字控制的三相逆变电源，现对其技术方案简要陈述如下，以供业内人士参考。
1.本三相逆变电源的总体设计思路
在本设计方案中，主要包括的几个部分为：
①括主控制电路;
②驱动保护电路;
③工作电源;
④三相逆变电路;
⑤输出滤波电路;
⑥稳压电路;
⑦前级处理电路。
其具体设计思路如图1所示。
图1 三相逆变电源的总体设计思路
2.硬件设计
2.1 主控制芯片的选择及其特性简述
本设计选用的是美国微芯科技公司生产的DSP IC数字信号控制器（DSC）为电源的主控芯片，同时该芯片为16位闪存单片机设计，其快速中断处理能力与对设备的切断功能均颇为强大，另还兼具了数字信号处理设备（DSP）的数据吞吐和运算功能，进而在运算速度与数字信号处理方面有非常不错的表现，对指令的执行速度甚至超过了30MIPS。此外，该芯片还配备了自编程闪存，可耐受的工作环境温度可达到工业级。
2.2 电源开关元件的选择及其特性简述
本设计采用绝缘栅双极型晶体管（IGBT）作为电源开关元件，IGBT不但具有效应管（MOSFET）的高速开关功能，而且还具有电力晶体管（GTR）的低通压降优点，是一种集多方面优点于一身的复合型开关元件。
2.3 主控制电路的设计
在主控制电路的设计中，将复位、晶振、六路PWM输出以及报警等等多项功能考虑进其中，具体详见图2所示。
图2 主控制电路原理图
2.4 逆变电源开关元件（IGBT）的驱动电路设计
IGBT的门极驱动电路在很大程度上影响着其开关时间、功耗以及承受短路电路的能力，是关系到IGBT静、动态性能的关键部件，故其对应的驱动保护电路设计尤为重要，本次详细设计如图3所示。
图3 IGBT驱动电路设计图
2.5 逆变电源的保护电路设计
一旦出现输入（出）电流与电压不稳定以及电源开关元件温度过度升高的情况，有可能对整个逆变系统造成破坏性的损坏，故在本设计中，分别设计了电源的输入过流保护电路（如图4所示）与超温保护电路（如图5所示），其中，以超温保护电路为例，一旦IGBT的温度超过了额定温度，主控芯片立即发出故障信号并自动将所有的IGBT切断，同时还将通过指示灯发出警报以提示已有异常发生。
图4 输入过流保护电路设计
图5 超温保护电路设计
2.6 逆变电路的稳压电路设计
在本设计中，为便于逆变控制系统调节输出电压的大小及波形，继而采用了闭环控制策略，具体详见图6所示。逆变电压经变压器降压整流后，再经分压电阻分压采样，形成闭环。
图6 稳压电路设计图
3.软件设计
综合借助DSPIC对数字信号的处理功能及其快速的计算能力，同时采用了SPWM脉宽调制技术，对六路PWM值实时计算，再将计算的结果传输到内部的PWM控制模块产生PWM波形。其中，开关频率选用20kHz，其周期为50μs，通过软件对所产生的PWM波形的正弦数值进行分析并生成表格，将其提前存储到控制芯片当中。存储正弦数字表为180个数值，根据波形的对称性和三相相位相互差120度的特性，在0到180的正弦数值表中加入一定计算就可以得到所需要角度的对应数值。控制芯片根据回馈采样，利用PI调节，对正弦数值表中的每个值进行重新计算后送如PWM模块，以达到稳压的目的。同时每1毫秒对所有输入采样和各种保护进行处理，若有保护信号动作，立即关闭PWM模块，使驱动波形变为无效，进而达到及时保护IGBT的目的。此外，为了最大程度减少启动器对器件产生的冲击，本设计在软件方面还特地增设了一个软启动程序，进而确保其输出的电压不会徒然升至过高。
4.实验结果
图7、图8所示为经过LC滤波前后的三相逆变电压线电压波形，频率为50HZ，符合设计要求。
图7 LC滤波前的逆变电压波形
图8 LC滤波后的逆变电压波形
5.结束语
本研究成功设计了一种基于DSPIC的全数字控制三相逆变电源，其样品目前已通过检测，检测结果显示，本产品采用DSPIC进行控制，其可控性、可靠性以及波形质量与带负载能力等，均显著优于传统电路设计，建议将其作为新一代逆变电源产品进行批量生产并推广应用。
参考文献
正弦波逆变电源篇10
变频调速具有优良的调速性能，而数字变频调速则使得变频调速的应用技术更加先进。μPD789842是NEC公司生产的专用于控制三相逆变器的单片机。它有三相PWM输出，可驱动IPM智能功率模块，实现交－直－交数字变频调速。与使用普通单片机实现交－直－交数字变频调速的方法相比，用μPD789842实现交－直－交数字变频调速具有硬件功能更强、软件编程更加方便的特点。下面以μPD789842在变频空调控制器中的应用为例说明用μPD789842 实现数字变频调速的方法。
1 μPD789842的功能
1．1 μPD789842的资源配置
μPD789842的管脚排列如图1所示。其内部资源配置如下：
ROM：8kB；
RAM：256字节；
SFR：256字节；
I／O口：P0?8位）?P1（8位），P2（6位多功能口），P6（8位多功能口）；
UART：1路；
定时器：6路。其中10位逆变器控制定时器1路，8位定时器／事件计数器2路，8位定时器计数器1路，计时定时器1路，看门狗定时器1路；
8位A／D转换：8路；
乘法器：10位×10位；
矢量中断源：15个；
电源电压：4．0～5．5V；
晶振：8．38MHz（最小指令执行时间为0．96μs?。
1．2 μPD789842的功能
采用μPD789842作变频空调室外机的MCU的原理图如图2所示。图中，μPD789842的TO70～TO75输出的三相PWM信号可用于驱动IPM，而从TOFF7输入到IPM的故障信号则用于保护IPM。环境温度和电流电压等模拟量从P6口输入。工作时，μPD789842将检测到的信息通过UART传给室外机。本设计将室外机作为上位机，室内机作为下位机。当室外机将频率信号传给室内机后，室内机即可输出所希望的正弦PWM信号（SPWM）。
2 SPWM的实现
2．1 逆变器控制定时器
逆变器控制定时器的功能框图如图3所示。其中定时器TM7为10位加减计数器，其值的大小决定着载波频率；CM0～CM3为10位比较寄存器，其值大小决定方波的占空比；BFCM0～BFCM3为缓冲寄存器；DTIME为死区时间重载寄存器；DTM0～DTM2为死区时间定时器。
2．2 PWM波形的产生
用定时器TM7产生PWM波形的原理如图4所示。由该波形图可见：当定时器TM7向上／下计数到与CM0～CM2比较寄存器的值相等时，TO70～TO75输出将发生翻转，而当定时器TM7向下计数到零时，系统将产生中断，这时，各寄存器将重新赋值，为下一轮输出作准备。
图4 PWM波形原理图
2．3 SPWM波形的产生
在输出PWM波形的基础上，当CM0～CM2比较寄存器的值按正弦规律变化时，TO70～TO75将输出正弦PWM波形。因而可先作一张正弦函数表放在ROM或外部E2PROM中用于查表。室外机频率值和载波频率决定载波比λ，然后由λ计算出查正弦函数表的步长（即调频）；而在调压时，则可根据异步电机的工作原理和V／F控制原则，制作一张V／F曲线表放在ROM中，然后由室外机频率值查表得到电压值，并由电压值计算出对应的调制度α。如需考虑直流电压变化，还可根据其变化对调制度α进行补偿。图5给出了变频控制模块的软件流程图。