DC_AC逆变器技术及其应用综述
第4讲DC-AC变换及应用
4.3.1 单相电流型逆变电路
四个桥臂构成,电抗器用来限制开通时的di/dt。 工作方式为负载换相。 C L R构成并联谐振电路 输出电流接近矩形波， 一周期内有两个导通阶段和两个换流阶段 工作分析 电流型逆变电路主要特点 t1~t VT1,4稳定导通,iｏ=Id， (1) 直流侧串大电感，电流基 2：
无源逆变
交流侧接电网，为有源逆变。 交流侧接负载，为无源逆变。 电压型，电流型
3、按有无变压器分 隔离式，非隔离式
4、按结推挽式，单端正激，单端反激
单相 三相 多相
二、常见问题
4.1
1、逆变与变频的关系 变频电路：分为交交变频和交直交变频两种。 交直交变频由交直变换（整流）和直交变换两部分 组成，后一部分就是逆变。 2、应用 1）新能源的开发利用，直流电源（如蓄电池、干电池、 太阳能电池）等带交流负载； 2）交流电机调速用变频器； 3）不间断电源、感应加热电源等电力电子装置的核心部 分都是逆变电路； 4）恒频恒压电源（交直交）UPS，航天用400Hz电源 铁路用25Hz电源； 5）有源逆变电源 – 高压直流输电，送电端整流，受电 端逆变； 6）开关电源
4
iVT
2
iVT
3
?t
t1
O
uVT
uVT b)
?t
?t
1
4
负载换流工作波形
四、换流方式分类
4.1
4)强迫换流（Forced Commutation）
设置附加的换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反压或反电流 通常利用附加电容上所储存的能量来实现，因此也称为电容换流。
由换流电路内电容 直接提供换流电压
uG1,4 uG2,3
u o io t1 t2 t t t3 t4 t5 t
DC AC逆变电路及原理总结
单相电压型逆变电路
2) 全桥逆变电路
共四个桥臂，可看成两个半 桥电路组合而成。
两对桥臂交替导通180°。 uG1
O
输出电压和电流波形与半桥 uG2
t
电路形状相同，幅值高出一 O
t
倍。
u G3
O
t
改变输出交流电压的有效值 uG4
O
只能通过改变直流电压Ud来
u o
实现。
io O
io
uo t
5-16
单相电压型逆变电路
阻感负载时，还可采用移 相得方式来调节输出电压 －移相调压。
V3的基极信号比V1落后
uG1
a)
（0＜ ＜180 °）。V3、
O u G2
t
V4的栅极信号分别比V2、
V1的前移180°－。输 出电压是正负各为的脉
O
u G3 O
u G4
t t
冲。
O
t
改变就可调节输出电压。
3
t1 t2
t t
图5-7 单相全桥逆变
b)
电路的移相调压方式
单相电压型逆变电路
2）单相电压型全桥逆变电路的特点
(1)直流侧为电压源或并联大电容，直流侧电压基本无脉 动。
(2)输出电压幅值为Ud的矩形波，负载上的功率为半桥逆 变器的4倍，输出电流因负载阻抗不同而不同。
(3)阻感负载时需提供无功功率。为了给交流侧向直流侧 反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂并联反馈二极管。
电流：I=(1.5~2)(2)1/2i
参数计算与器件选择 例：逆变器输入电压为550V，输出功率为 20KW，逆变器开关频率为20KHz，RLC谐 振负载，
其等效电阻为：R=Ud2/4P=3.78Ω 负载上的电流有效值为：i＝Ud/2R=72.75A 开关管上的电压：U=(2~3)Ud=1100~1650V 电流：I=(1.5~2)(2)1/2i=154~205A
电力电子DC-AC逆变讲解
sin(t )
电力电子技术——DC-AC逆变
4.2.3 变压器中心抽头推挽式单相逆变电路
负载
a A * * O
1
* b B
仅二个开关T1、T2 轮流导电180度
开关管断态电压高一 倍 2VD 要输出变压器
VD
T1
D
D2
T2
变压器中心抽头推挽式单相逆变电路
适用于低压小功率、 须隔离的应用
交流电机调速用变频器、不间断电源、感应加热电源
等电力电子装置的核心部分都是逆变电路。
电力电子技术——DC-AC逆变
4.0.1 逆变电路的基本工作原理
以单相桥式逆变电路为例说明最基本的工 作原理
S1~S4是桥式电路的4个臂，由电力电子器件及辅 助电路组成。
uo
Ud S1 io 负载 S3 uo S 4 io t1 t2 t
S2 a)
b)
逆变电路及其波形举例
电力电子技术——DC-AC逆变
S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压uo为正。 S1、S4断开，S2、S3闭合时，负载电压uo为负。
直流电
交流电
电力电子技术——DC-AC逆变
逆变电路最基本的工 作原理 —— 改变两 组开关切换频率，可 改变输出交流电频率。
电阻负载时，负载电流 io 和uo的波形相同，相位也 相同。
先使晶闸管电流减为零， 然后通过反并联二极管使其 加上反向电压。 也叫电流换流。
电感耦合式强迫 换流原理图
直接耦合式强迫换 流原理图
电力电子技术——DC-AC逆变
4.0.3 PWM
所谓PWM就是在所需的频率周期内，将直流电压调制成等 幅不等宽的系列交流输出电压脉冲，以达到控制频率、 电压、电流和抑制谐波的目的。
电子电子技术第4章 DC-AC变换电路
控制方式：开关器件T1和T2在一个输出电压基波周期 T0内互补地施加触发驱动信号，且两管驱动信号时间 都相等
当T1导通T2关断时 ，当T2导通T1关断时 ，所以电压波形为占空 比为50％的方波。改变T1和T2的驱动信号的频率，即可以改变 输出电压的频率，输出电压的基波频率
输出电压：
开T20 关t 管T0 时T2、，T开3，关当管负T载2、电T3被流触由发a流，向当b负时载，电电流流由经过b流D2向、aD时 3续，流电流流经
瞬时负载电流 ：
iL
n 1,3,5...
4VD n Zn
sin
(nt
n )
– 其中n次谐波阻抗 Zn R2 (nL)2
且直流侧需要两个电容器串联，工作时还要控制两个电容 器电压的平衡 半桥电路常用于几kw以下的小功率逆变电源
2.电压型单相全桥式逆变电路
电路特点：全桥电路可看作由两个半桥电路组成，有四个桥臂， 包括四个可控开关器件及反并联二极管，在直流母线上通常还 并联有滤波电容。
控制方式：T1和T4同时开通和关断，T2和T3同时开通和关断（存
b) 电流型逆变器：在直流测串联有大电感，可以抑制输出直流电
流纹波，使得直流测可以近似看作一个理想电流源。
按交流输出类型分类：
a) 当变换装置交流侧接在电网上，把直流电逆变成同频率的 交流电回馈到电网上去，称为有源逆变。
b) 当变换装置交流侧和负载连接时，将由变换装置直接给电 机等负载提供频率可变的交流电，这种工作模式被称为无 源逆变。
b) 负载换流：由负载提供换流电压称为负载换流，通常采用 的是负载谐振换流。
c) 强迫换流：通过附加的换流装置，给欲关断的器件强迫施 加反向电压或反向电流的换流方式称为强迫换流。
电力电子DC-AC逆变
4.0.0 引言
逆变的概念
电力电子技术——DC-AC逆变
逆变——与整流相对应，直流电变成交流电。 交流侧接电网，为有源逆变。 交流侧接负载，为无源逆变。
逆变与变频
变频电路：分为交交变频和交直交变频两种。 交直交变频由交直变换（整流）和直交变换两部分组 成，后一部分就是逆变。
主要应用
各种直流电源，如蓄电池、干电池、太阳能电池等。
负载
a A * * O
1
* b B
P
Vd 2
0 Vd 2
VD
D1 T3 ia
a
T1
D
D2
T2
T1
D3 T5
ib
D5 ic
c
推挽式单相逆变电路
b
T4 D4
T6
D6
T2
D2
Q 电压型三相桥式逆变电路
电力电子技术——DC-AC逆变
4.1.2 逆变器输出波形性能指标
(1)谐 波 系 数 n Vn / V1 HF
T 2
t
电力电子技术——DC-AC逆变
4.1.3 其他指标
逆变器的性能指标除输出波形性能指标外，还应包 括：
逆变效率
单位重量（或单位体积）输出功率
可靠性指标
逆变器输入直流电流中交流分量的数值和脉动频率 电磁干扰EMI及电磁兼容性EMC
电力电子技术——DC-AC逆变
4.2 电压型单相方波逆电路工作原理
由换流电路内电容 直接提供换流电压 通过换流电路内的 电容和电感的耦合 来提供换流电压或 换流电流 直接耦合式 强迫换流 电感耦合式 强迫换流
电力电子技术——DC-AC逆变
直接耦合式强迫换流
当晶闸管VT处于通态 时，预先给电容充电。当 S合上，就可使VT被施加 反压而关断。 也叫电压换流。 电感耦合式强迫换流
dc-ac
DC/AC逆变器研究研电1502 1152201009 李鹏宇首先，我们先了解DC/AC逆变器的应用及基本原理：（1）DC/AC逆变技术能够实现直流电能到交流电能的转换，可以从蓄电池、太阳能电池等直流电能变换得到质量较高的、能满足负载对电压和频率要求的交流电能。
DC/AC逆变技术在交流电机的传动、不间断电源(UPS)、变频电源、有源滤波器、电网无功补偿器等许多场合得到了广泛的应用。
（2）DC/AC逆变技术的基本原理是通过半导体功率开关器件(例如SCR,GTO，GTR,IGBT和功率MOSFET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。
由子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的，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。
而多数应用场合要求逆变器输出的是理想的正弦波，因此如何利用半导体功率开关器件的开通和关断的转换，使逆变器输出正弦波和准正弦波就成了DC/AC逆变器技术发展中的一个主要问题。
除此之外，目前很多工程中都要涉及逆变器的并联控制。
而传统的基于有功和无功环流控制的逆变器并联控制方法得到相当多的采用。
其控制思想是由电力系统中同步电机并网理论演变而来，认为各并联模块输出有功功率差主要取决于输出电压相位差，输出无功功率差主要取决于输出电压幅值差。
因此，通过分别调节各模块输出电压的相位和幅值，能够分别调节其输出有功功率和无功功率，实现负载均分。
文献【1】则提出完全相反的观点，认为各并联逆变器输出功率主要取决于输出电压幅值差，输出无功功率差主要取决于输出电压相位差。
因此，通过分别调节各模块输出电压的幅值和相位，能够分别调节其输出有功功率和无功功率。
并且通过比较阅读发现，若传统的基于和无功换流控制的并联方法应用于电压电流双闭环控制逆变器并联系统，有较大的控制误差，甚至会引起控制的不稳定。
目前常用的3大类均流控制结构包括：主从控制、无互联线控制以及分散逻辑控制。
dc转ac逆变器与柴油发电机的配合
dc转ac逆变器与柴油发电机的配合直流转交流逆变器（DC to AC Inverter）与柴油发电机的配合是一种常见的发电系统配置，特别适用于需要备用电源的场合，如露天采矿、建筑工地等。
本文将从配合方式、工作原理、优缺点以及应用实例等方面，一步一步地回答这个主题。
一、配合方式DC转AC逆变器与柴油发电机的配合方式主要有两种：并联式和串联式。
并联式配置是将多个逆变器与柴油发电机并联输出，提供更大的输出功率；串联式配置则是将逆变器与柴油发电机串联，逆变器将柴油发电机输出的直流电转换为交流电供电使用。
两种方式各有优劣，根据实际需求选择适合的配合方式。
二、工作原理1. DC到AC逆变器工作原理：逆变器是一种电子装置，可将直流电能转换为交流电能。
它将直流输入电源通过电子开关器件（如MOSFET、IGBT等）进行开关调制，并经过滤波、放大等过程形成纯正弦波的交流输出电流。
2. 柴油发电机工作原理：柴油发电机是将燃油燃烧产生的热能转换为机械能，再经过发电机部分将机械能转换为电能。
柴油发电机通过燃烧室内的柴油燃料，利用内燃机的工作原理，通过活塞的上下运动引起曲轴旋转，进而带动发电机旋转产生电能。
3. 配合原理：配合时，柴油发电机先将燃油转化为机械能，输出交流电，然后通过逆变器将柴油发电机输出的直流电转换为交流电，实现电能的稳定供应。
三、优缺点1. 优点：（1）稳定可靠：柴油发电机作为主要的供电设备具备稳定的输出功率和可靠性，逆变器通过稳定直流转换为交流输出，进一步提高了供电的稳定性。
（2）燃油经济性：柴油发电机可以使用廉价的柴油燃料，经济性较高。
（3）环保节能：逆变器可以将柴油发电机输出的直流电转换为交流电，减少了能源的浪费，并减少了对环境的污染。
2. 缺点：（1）成本较高：与单一柴油发电机相比，DC转AC逆变器的价格较高，增加了系统的成本。
（2）功率限制：逆变器的输出功率有一定限制，无法应对大功率设备的需求。
DC-AC逆变器DC-AC逆变器的基本原理
DC/AC逆变器,DC/AC逆变器的基本原理背景知识：DC/AC逆变技术能够实现直流电能到交流电能的转换，可以从蓄电池、太阳能电池等直流电能变换得到质量较高的、能满足负载对电压和频率要求的交流电能。
DC/AC逆变技术在交流电机的传动、不间断电源(UPS)、变频电源、有源滤波器、电网无功补偿器等许多场合得到了广泛的应用。
DC/AC逆变技术的基本原理是通过半导体功率开关器件(例如SCR,GTO，GTR,IGBT 和功率MOSF ET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。
由子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的，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。
而多数应用场合要求逆变器输出的是理想的正弦波，因此如何利用半导体功率开关器件的开通和关断的转换，使逆变器输出正弦波和准正弦波就成了DC/AC逆变器技术发展中的一个主要问题。
基本原理：常用逆变器主电路的基本形式有两种分类方法：按照相数分类，可以分为单相和三相；按照直流侧波形和交流侧波形分类，可以分为电压型逆变器和电流型逆变器。
具体如下：DC/AC逆变器按拓扑结构划分，分为Buck型DC/AC逆变器，Boost型DC/AC逆变器，Buck-Boost型DC/AC逆变器。
1，Buck型D C/AC逆变器Buck型D C/AC逆变器电路基本拓扑如图所示。
采用了两组对称的Buc k电路，负载跨接在两个Buck变换器的输出端，并以正弦的方式调节Bu ck变换器的输出电压，进行DC/AC的变换。
它包括直流供电电源Vm，输出滤波电感L1和L2，功率开关管S1-S4 。
滤波电容C1和C2，续流二极管D1-D4，以及负载电阻R。
DCAC逆变器装置综述
DC/AC逆变器装置综述1.使用背景DC/AC逆变器是应用功率半导体器件,将直流电能转换成恒压恒频交流电能的一种静止变流装置,供交流负载用电或与交流电网并网发电。
随着石油、煤和天然气等主要能源的大量使用,新能源的开发和利用越来越得到人们的重视。
利用新能源的关键技术-逆变技术能将蓄电池、太阳能电池和燃料电池等其它新能源转化的电能变换成交流电能与电网并网发电。
因此,逆变技术在新能源的开发和利用领域有着至关重要的地位。
2.逆变技术传统的DC/AC逆变器采用低频环节逆变技术,主要有方波逆变器、阶梯波合成逆变器、正弦脉宽调制SPWM逆变器。
1方波逆变器方波逆变器主要有推挽式、全桥式电路结构。
推挽式方波逆变器由推挽逆变器、交流调压开关和输出滤波器构成,如图1(a)所示。
推挽式方波逆变器主要是通过调节逆变器输出电压脉宽来实现调压功能的。
一种调压方法是调节功率开关S1、S2驱动信号占空比,从而改变输出电压uAB即uCD的脉宽,如图1(b)所示。
但这种调压方法存在明显缺点,即感性负载储能回馈到电网时,变压器T 副边绕组感应有阴影部分电压,这部分电压随感性负载电感分量加大而加宽,纯电感负载时有效脉宽调节范围为0～Ts/4,而纯电阻负载时有效脉宽调节范围为0～Ts/2。
另一种调压方法是在变压器副边与输出交流滤波器之间加交流调压开关S3,调节功率开关S3驱动信号占空比,即可调节输出矩形波脉宽,交流开关将方波电压变成脉宽可调的矩形波电压。
2阶梯波合成逆变器为了减小方波逆变器输出波形谐波含量,可采用DC/DC变换器和阶梯波合成逆变器级联式电路结构,如图2(a)所示。
阶梯波的阶高按正弦规律变化,如果每个周期阶梯波的阶梯数为2N,则需要N台单相逆变器或N/3台三相逆变器。
每个单相功率电路相同,可采用推挽、桥式或三相桥式电路。
大功率逆变器阶梯波合成常用的方法是移相迭加法,即将N个依次相移P/N、不同幅值的方波或矩形波迭加合成,最大限度地将某些低次谐波互相抵消,使合成波的谐波含量最小。
浅谈DC—AC逆变器技术在电力中的应用
报纸版面的视觉中心与视觉强势的重要作用从 上个世 纪 ９ ０ 年代初为我国报 界所知 晓并 开始进行尝试 和应用 ，在经历 了五六 年对 “ 大黑粗奇 ”的 “ 强 势” 版面尝试后 ，对强势概念 的使用渐归理性 。但是 ， 依靠视觉强 势夺 人眼球仍 旧 是我 国报纸版 面设计者拿手 的法宝之一 。特别是在头 版封面化 、海 报化的趋 势 下 ，视觉强势 的应用更加 自由大 胆 ， 往往 超过 了报 纸版面的风格承受限度和信 息 的涵盖范 围，一味求冲击力，成为 当年 “ 大黑粗奇”现象的变种版本 。 报纸版 面的价值在 于传 递信息 ，而头版的价值 在于引导受众 接受信息 ，适 当的视觉 冲击 力有利 于吸引读者 阅读新 闻，但过度夸 张的形式却往 往会使读 者 不知所 云，或者产生 图大于文、被欺骗 的负面感觉 ， 从 而对此 报的公信力水平 产生怀 疑。冲击力 在于意义的创新 而非形式的夸大 ，这是报纸版面设计中应该 有所警戒 的。 ２ 头条新 闻低俗 “ 吸引眼球 ”在很 长时期内被 我国报界认 为是报纸头版的唯一功能 ，在这 种认知 和设 计水平 有限的情况下 ，版面设计往 往会 寻找当天新 闻中最能 “ 吸引 眼球 ”的信息做文章 ，将其图片化 、标题化置于头版以吸引 目光 ，这种做法往 往导致 了低俗新闻成为当 日报纸的头条。头条选择一向以来被认为是能够体现 报纸 立场 、价值观和水准的重点所在 ，为追求眼球效应而使报纸整体沦落为低 俗小报 ，实在不是明智之举。 ３ ． 广告湮没新 闻 在我国 ，虽然广告侵 占报纸版面早 已不是一个新鲜的现象 ，但是却在近年 报业经济整体下滑的不景气时刻变得尤为突出 。不少 国内报纸除 了整版整版的 广告外 ，头版也会刊登大幅的广告或者整个让位给广告。广告设计与版面设计 不相符的现象也经常 出现 。 对于进入激烈的商业化竞争的报社而言 ，广告往往是养活报社 的最主要经 济来源 。然而对于报纸版面而言 ，广告确有其不可逆转的损伤性 。报纸的最首
电力电子技术41逆变
1
U1
n2,3
Un n2
2 2
考察第n次谐波对波形畸变的影响程度，可定义第n次谐波的
整流器
逆变器
市电
负载
蓄 电 池
电力电子技术 4.1 概述
重点学习内容:
1. 逆变器的电路结构、分类及主要性能指标。 2. 逆变器的三种基本变换方式——方波变换、阶梯波变换、正弦波
变换。 3. 方波逆变器的基本电路及其特点。 4. 阶梯波逆变器的基本电路及其特点。 5. 正弦波逆变器及其SPWM控制。 6. 空间矢量PWM控制的基本问题——原理、矢量分布、矢量合成。
电力电子技术
Power Electronics
电力电子技术 第4章 DC－AC变换器
基本内容
1 概述 2 电压型逆变器（VSI） 3 空间矢量PWM控制
4 电流型逆变器
电力电子技术
4.1 概述
DC-AC变换器是指能将一定幅值的直流输入电压（或电流） 变换成一定幅值、一定频率的交流输出电压（或电流）， 并向无源负载（如电机、电炉、或其它用电器等）供电的 电力电子装置。
的的T输HD出—波—形T的oTtaHlDH要ar低m呢on？ic Distortion，衡量
因此，为减少D谐C-波AC含变量换的时重的要交指流输标出谐波，可以考虑采用方
波变换叠加以增加输出交流波形的输出电平数 。
a)
b)
电力电子技术
4.1.1 逆变器的基本原理
u
Um
阶梯波
2. 阶梯波变换方式
正弦波
由于这种多电平输出的交流波形形
o
π
2π t
似阶梯波形，因此采用方波叠加的
DC-AC变换方式即为交流阶梯波变
DC-AC逆变器_DC-AC逆变器的基本原理
DC/AC逆变器,DC/AC逆变器的基本原理背景知识：DC/AC逆变技术能够实现直流电能到交流电能的转换，可以从蓄电池、太阳能电池等直流电能变换得到质量较高的、能满足负载对电压和频率要求的交流电能。
DC/AC逆变技术在交流电机的传动、不间断电源(UPS)、变频电源、有源滤波器、电网无功补偿器等许多场合得到了广泛的应用。
DC/AC逆变技术的基本原理是通过半导体功率开关器件(例如SCR,GTO，GTR,IGBT 和功率MOSFET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。
由子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的，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。
而多数应用场合要求逆变器输出的是理想的正弦波，因此如何利用半导体功率开关器件的开通和关断的转换，使逆变器输出正弦波和准正弦波就成了DC/AC逆变器技术发展中的一个主要问题。
基本原理：常用逆变器主电路的基本形式有两种分类方法：按照相数分类，可以分为单相和三相；按照直流侧波形和交流侧波形分类，可以分为电压型逆变器和电流型逆变器。
具体如下：DC/AC逆变器按拓扑结构划分，分为Buck型DC/AC逆变器，Boost型DC/AC逆变器，Buck-Boost型DC/AC逆变器。
1，Buck型DC/AC逆变器Buck型DC/AC逆变器电路基本拓扑如图所示。
采用了两组对称的Buck电路，负载跨接在两个Buck变换器的输出端，并以正弦的方式调节Buck变换器的输出电压，进行DC/AC的变换。
它包括直流供电电源Vm，输出滤波电感L1和L2，功率开关管S1-S4 。
滤波电容C1和C2，续流二极管D1-D4，以及负载电阻R。
通过滑模控制，使输出电容电压V1和V2随参考电压的变化而变化，从而使两个Buck变换器各产生一个有相同直流偏置的正弦波输出电压，并且V1和V2在相位上互差180度。
由于负载跨接在K和代的两端，则DC/AC变换器的输出电压玲为如下式所示的正弦波，图2所示即为逆变器的基本工作原理。
双向DC-AC变流器及其运用综述
Ｌ ｔ ｄ ． ， Ｘ ｉ ａ ｍ ｅ ｎ ３ ６ １ ０ ０ ０ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔ ｈ ｅ ｂ ｕ ｓ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｏ ｆ ＤＣ ｍｉ ｃ ｒ ｏ ・ ｇ ｒ ｉ ｄ ａ ｎ ｄ ＡＣ ／ ＤＣ ｈ ｙ ｂ ｉ ｒ ｄ ｍｉ ｃ ｒ ｏ － ｄ ｉ ｓ ｔ ｈ ｅ ｍｏ ｓ ｔ ｉ ｍｐ ｏ ｒ ｔ ａ ｎ ｔ ｐ ａ ｒ ｔ ｏ ｆ ｍｉ ｃ ｒ ｏ 一
＜电气开关＞ （ ２ ０ １ ７ ． Ｎ ｏ ． ３ ）
文 章编 号 ： １ ０ ０ ４—２ ８ ９ Ｘ（ ２ ０ １ ７ ） ０ ３— ０ ０ ０ １ — ０ ４
双向 Ｄ Ｃ— Ａ Ｃ变流器及其运用综 述
卢 德祥 ， 杜伟
（ １ ． 福 州大 学 电气工程 与 自动化 学院 ， 福建 福州 ３ ５ ０ １ １ ６ ； ２ ．厦 门科 华恒盛股份
Ｒｅ ｖ ｉ ｅ ｗ ｏ ｆ Ｂｉ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ＤＣ — — ＡＣ Ｃｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ ａ ｎ ｄ Ｉ ｔ ｓ Ａｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
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（ １ ． Ｆ ｕ ｚ ｈ ｏ ｕ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｆ ｕ ｚ ｈ ｏ ｕ ３ ５ ０ １ １ ６ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ；ｅ ｎ ｇ Ｃ ｏ ． ，
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dc转ac逆变器原理
dc转ac逆变器原理
直流（DC）到交流（AC）逆变器是一种电子装置，它将直流电源转换为交流电源。
它的原理基于使用电子开关将直流电压转换为交流信号。
主要原理如下：
1. 步骤1：整流：在直流输入端使用整流电路将交流电源转换为直流电压。
2. 步骤2：滤波：使用滤波电路将整流后的直流信号的波动降低，使其转换为平滑的直流电压。
3. 步骤3：逆变：使用逆变电路将平滑的直流电压转换为交流信号。
逆变电路通常使用可控开关（如晶体管或场效应管）来切换电流流向和极性，根据所需的输出电压和频率来生成所需的交流信号。
4. 步骤4：输出滤波：通过输出滤波电路去除逆变器产生的交流信号中的杂波和谐波，使其成为纯净的交流电源。
总体原理是通过整流-滤波-逆变-输出滤波的步骤将直流电源转换为交流电源。
这使得直流电源可以被用来驱动交流设备，如电动机、电器等。
第6章DCAC变换技术资料精品文档
如果Q1或Q2导通时间超过TS/4，波形为1800方波， 电感电流成为正负面积对称的三角波，不再受或 导通时间变化的影响，如图6-9（c）所示。
2、单相全桥逆变电路
单相全桥逆变电路如图6-10所示，有四个功 率管、四个反并联二极管组成，其控制方 式有双极性控制、有限双极性控制和移相 控制三种。
角度的方波交流电，宽度等于Ton（Q1或Q2
的导通时间）。频率等于开关频率 开关周期。
是 f s
1 Ts
, Ts
在纯电阻负载R情况下，D1或D2都不参与
导通，Q1和Q2互相轮流导通，输出波形为 方波，其幅值为V2in ，为保证电路正常工作， Q1和Q2不能同时导通，否则将出现直流侧 短路现象。改变Q1和Q2的激励信号的频率， 输出电压的频率也随之改变。
负载电流开始反向流过，负载L的电流从零反向增
加，该电流在t=ton时达到最大值，即在Q2和Q3 将关断时达到最大值，Q2和Q3关断后，由于电感 电流不能突变，电感电流仍将按原来方向流动，
因此D1和D4导通续流，于是vAB=Vin 。
由于D2、D3(或D1、D4)续流，电压形成一个与导通期间伏 秒积相等的负(正)的面积。如果Q1和Q4（Q2和Q3）导通 时间超过Ts/4，波形为1800方波，电感电流成为正负面积
图6-3 电流源逆变器
电压源逆变器又可分为： a、具有可变直流电压环节（Variable DC link）的电压源
逆变器，如图6-4所示。由DC-DC变换器或可控整流获得 可变的直流电压，输出电压幅度取决于输入可变直流电压， 输出电压频率由逆变器决定。一般情况下，该变换器输出 电压为方波。 b、具有恒定直流电压环节（Fixed DC link）的电压源逆 变器，方块图如图6-5所示。其直流电压恒定，输出电压 幅度和频率利用PWM技术同步调整。
浅谈DC—AC逆变器技术在电力中的应用
浅谈DC—AC逆变器技术在电力中的应用摘要：本文主要对逆变类电力电子成套装置中的DC-AC逆变器进行研究。
回顾了逆变技术在电力中的应用，以及电力半导体器件的发展对电力电子成套装置更新换代的影响，重点研究了DC-AC主电路拓扑结构。
分别对低频逆变器、高频逆变器的电路拓扑结构、原理进行描述，在说明其优点的同时又指出存在的不足，认为高频逆变器必将取代低频逆变器而有更好的应用前景。
关键词：电力电子技术逆变器拓扑结构软开关前言：随着电力半导体器件的发展，DC-AC逆变技术广泛的应用于航空、航天、航海等重要领域，特别是随着石油、天然气等主要能源日益紧张，新能源的开发和利用越来越受到人们的重视。
因为DC-AC逆变器可以实现将蓄电池、太阳能和燃料电池等其他新能源转化为交流能源，这对将直流转变为交流的逆变技术更是起着至关重要的作用。
电力半导体器件的发展对电力电子技术的发展有着极为重要的作用，DC-AC逆变器是将直流电能变换成交流电能的交流装置，供交流负载用电或交流电网并网发电，逆变器的发展决定着逆变技术的改进。
1、电力电子技术电力电子技术是一种高新技术，它是利用电力半导体器件对电力的电压、电流、频率、相位、相数等进行变换和控制的技术。
是以电力为对象，以微电子技术、自动控制技术为手段，研究电力（电能）在产生、输送、分配、变换、应用等过程中进行电力再加工的技术。
1.1电力电子技术与绿色能源电力电子技术是一门多学科技术，它主要由电力半导体器件、电力变流电路和控制技术构成。
电力电子技术是电力变换及控制的电子技术，电力电子技术是以半导体器件为基础，所以又称其为电力半导体器件及其应用技术。
电力电子技术是高效节能技术，电动机调速节能和照明灯节能是两大节能重点。
发展并推广应用电动汽车（绿色汽车），是改善大气环境的重要手段。
利用风能、太阳能、潮汐能、地热能等绿色能源发电，可避免火力发电导致的严重污染。
将电网交流电能变成直流电能储存，然后将直流电能逆变成交流电能供负载使用，均与电力电子技术密切相关。
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文章编号:1004—289X(2004)06-0018-05DC A C逆变器技术及其应用综述张友军(苏州大学,江苏 苏州 215021)摘 要:系统地论述了DC A C逆变器技术的发展、现状与应用,并指明了它们的优缺点。
高频环节逆变技术取代低频环节逆变技术是发展的必然趋势。
关键词:逆变器;拓扑;低频环节;高频环节中图分类号:TM464 文献标识码:BSumm arizati on of DC A C Inverter T echno logy and A pp licati onZH A N G Y ou-jun(Suzhou U n iversity,Suzhou J iangsu215021,Ch ina)A b stract:T he developm en t of DC A C inverter techno logy and app licati on is summ arized in th is p ap er and its character is show ed in detail.It is inevitab le fo r inverter to app ly h igh frequency link techno logy in stead of low frequency link techno logy.Key w o rds:inverter;topo logy;low frequency link;h igh frequency link1 引言DC A C逆变器是应用功率半导体器件,将直流电能转换成恒压恒频交流电能的一种静止变流装置,供交流负载用电或与交流电网并网发电。
随着石油、煤和天然气等主要能源的大量使用,新能源的开发和利用越来越得到人们的重视。
利用新能源的关键技术-逆变技术能将蓄电池、太阳能电池和燃料电池等其它新能源转化的电能变换成交流电能与电网并网发电。
因此,逆变技术在新能源的开发和利用领域有着至关重要的地位。
2 低频环节逆变技术传统的DC A C逆变器采用低频环节逆变技术,主要有方波逆变器、阶梯波合成逆变器、正弦脉宽调制SPWM逆变器。
2.1 方波逆变器方波逆变器主要有推挽式、全桥式电路结构。
推挽式方波逆变器由推挽逆变器、交流调压开关和输出滤波器构成,如图1(a)所示。
推挽式方波逆变器主要是通过调节逆变器输出电压脉宽来实现调压功能的。
一种调压方法是调节功率开关S1、S2驱动信号占空比,从而改变输出电压u AB即u CD的脉宽,如图1 (b)所示。
但这种调压方法存在明显缺点,即感性负载储能回馈到电网时,变压器T副边绕组感应有阴影部分电压,这部分电压随感性负载电感分量加大而加宽,纯电感负载时有效脉宽调节范围为0～T s 4,而纯电阻负载时有效脉宽调节范围为0～T s 2。
另一种调压方法是在变压器副边与输出交流滤波器之间加交流调压开关S3,调节功率开关S3驱动信号占空比,即可调节输出矩形波脉宽,交流开关将方波电压变成脉宽可调的矩形波电压。
桥式方波逆变器电路拓扑及其原理波形如图2所示。
改变功率开关驱动信号相位,即可得到矩形波输出电压,调节Α角可实现输出电压的稳定。
方波逆变器电路的特点为:1)工频变压器体积、重量大,推挽式原边绕组利用率低,桥式绕组利用率高;2)输出四阶交流滤波器体积、重量大,位于功率通道的L f1、C f1有较大的损耗;3)对于电网电压和负载的波动,系统动态响应特性差;图1 推挽式逆变器电路拓扑及其原理波形图2 桥式方波逆变器电路拓扑及其原理波形4)变压器和输出滤波电感产生的音频噪音大;5)推挽式电路拓扑简洁,功率开关电压应力高(2U i ),适用于低输入电压逆变场合。
桥式电路功率开关数多,开关电压应力低(U i ),适用于高输入电压逆变场合。
2.2 阶梯波合成逆变器为了减小方波逆变器输出波形谐波含量,可采用DC DC 变换器和阶梯波合成逆变器级联式电路结构,如图3(a )所示。
阶梯波的阶高按正弦规律变化,如果每个周期阶梯波的阶梯数为2N ,则需要N 台单相逆变器或N 3台三相逆变器。
每个单相功率电路相同,可采用推挽、桥式或三相桥式电路。
大功率逆变器阶梯波合成常用的方法是移相迭加法,即将N 个依次相移Π N 、不同幅值的方波或矩形波迭加合成,最大限度地将某些低次谐波互相抵消,使合成波的谐波含量最小。
因此,阶梯波合成逆变器又称为应用“谐波抵消”(H ar 2m on ic cancellati on )的逆变器。
每相输出变压器变比和绕组的联接方式由“谐波抵消”理论确定,N =6时变压器绕组联接方式及阶梯波合成波形,如图3(b )、(c )所示。
阶梯波合成逆变器电路的特点为:1)工频变压器体积、重量大,产生的音频噪音大;2)输出电压谐波含量很小,输出交流滤波器体积、重量小;3)对于电网电压和负载的波动,系统动态响应特性好;4)输出滤波电感产生的音频噪音得到改善;5)电路拓扑复杂,功率开关数目多;6)逆变电路本身无调压功能,输出电压调节只能由前级DC DC 变换器来实现;7)整机体积、重量仍较大。
2.3 正弦脉宽调制SPWM 逆变器将正弦波(调制波)与高频载波(三角波)相交生成的正弦脉宽调制信号用来控制驱动逆变桥功率开关,便可得到脉宽宽度按正弦规律分布的SPWM 波u AB ,如图4所示。
图4(b )为单极性正弦脉宽调制波,图4(c )为双极性正弦脉宽调制波。
图3 阶梯波合成逆变器电路结构及其N =6时原理波形正弦脉宽调制SPWM 逆变器电路的特点为:1)变压器仍工作在工频,体积大且笨重,体积与重量仅和输出电压频率有关,与逆变器开关频率无关,提图4 正弦脉宽调制逆变器电路拓扑及其原理波形高逆变器开关频率并不能减小变压器体积和重量;2)输出滤波器体积、重量小;3)对于输入电压和负载的波动,系统的动态响应特性好;4)变压器和输出滤波电感产生的音频噪音得到改善;5)功率器件开关频率高,开关损耗增加,降低了系统变换效率。
在低频环节DC A C 逆变技术中,由于工频变压器的体积和逆变器的开关频率无关,只和输出电压的频率有关。
为克服此缺点,必须采用高频环节逆变技术。
3 高频环节逆变技术为了克服低频环节逆变技术的缺点,M r .E s 2p elage 于1977年提出了可变高频环节逆变技术新概念[2]。
该系统由一个并联逆变器和十二个晶闸管组成的周波变换器构成,具有简单的自适应换流、高频电气隔离、独立的有功能量和无功能量控制、固有的四象限工作能力等优点,如图5所示。
受当时半导体器件的限制,谐振储能电路工作频率局限在2k ～4kH z 范围,未完全体现高频环节逆变技术的优越性。
用高频变压器替代低频环节逆变技术中的工频变压器,克服了低频环节逆变技术的缺点,显著提高了逆变器特性。
因此,该技术引起了人们的极大研究兴趣。
按照功率传输方向,高频环节逆变技术可分为单向型(U n idirecti onal Pow er F low M ode )和双向型(B i -directi onal Pow er F low M ode )两类;按照功率变换器类型,高频环节逆变技术可分为电压源(V o ltage M ode 或B uck M ode )和电流源(Cu rren t M ode 或B uck -Boo st M ode )两类。
必须强调,这里的B uck 、B uck -Boo st M ode 已不是传统意义上完整的B uck 、B uck -Boo st 变换器。
图5 可变高频环节逆变系统3.1 电压源高频环节逆变技术1)单向电压源高频环节逆变技术在直流电源和逆变器之间加入一级高频电气隔离DC DC 变换器,使用高频变压器实现电压比调整和电气隔离,省掉了体积庞大且笨重的工频输出变压器,降低了音频噪音。
单向电压源高频环节逆变器[3、4]如图6所示。
该电路结构具有单向功率流、三级功率变换(DC H FA C DC L FA C )、变换效率和可靠性不够理想、但应用较广泛等特点。
图6 单向电压源高频环节逆变器电路结构针对单向电压源高频环节逆变器,各国学者提出了多种控制策略或改进。
其中相控谐振式单向电压源高频环节逆变器,使得功率器件实现了软开关,降低了开关损耗和系统的电磁干扰E M I 。
但该电路拓扑十分复杂,降低了系统变换效率和可靠性。
南京航空航天大学陈道炼博士提出了高频脉冲直流环节逆变器电路拓扑[53],它将图6中整流器后的电感电容或电容滤波器换成了无功吸收支路,如图7所示。
这类软开关逆变器由高频脉冲直流环节电路与DC A C 逆变桥级联而成,前级输出的高频脉冲直流电压波为DCA C 逆变桥功率器件实现Z V S 开关创造了条件。
图7 高频脉冲直流环节逆变器电路结构2)双向电压源高频环节逆变技术双向电压源高频环节(高频脉冲交流环节)逆变器[1、7]如图8所示。
它具有双向功率流、两级功率变换(DC H FA C L FA C )等特点,这对提高逆变器效率和可靠性起到了关键作用。
该电路特别适用于有双向功率流的场合,可以用来构成U PS 。
高频脉冲交流环节逆变器采用传统的PWM 技术时周波变换器器件换流将打断漏感中连续的电流而造成不可避免的电压过冲。
由于这个原因,这类方案都需另外采用一些缓冲电路或有源电压箝位电路来吸收存储在漏感中的能量[7]。
有源电压箝位电路是以增加功率器件数和控制电路的复杂性为代价的,故不十分理想。
图8 高频脉冲交流环节逆变器 文献[8、9]提出了串联谐振式双向电压源高频环节逆变器,如图9所示。
尽管串联谐振逆变器功率开关工作在电流过零点,但仍可以通过控制功率传输和回馈的时间比来控制谐振储能电路的功率。
而且只要双向开关S 5和S 6也和电流过零点同步,就可以同时解决开关损耗和电磁干扰(E M I )问题。
然而,该电路系统为变频控制方式,电路设计难以优化。
图9 串联谐振式双向电压源高频环节逆变器因此,在不增加电路拓扑复杂程度的前提下,如何解决高频脉冲交流环节逆变器固有的电压过冲问题和实现周波变换器的软换流技术,是高频环节逆变技术的一个研究重点。
为此,作者提出了单极性、双极性移相控制高频环节逆变技术,分别使得逆变器开关实现Z V S (零电压)或Z V ZCS (零电压、电流)软开关,并已研制出1kVA 原理样机[14、15]。
3.2 电流源高频环节逆变技术浙江大学黄敏超博士提出了基于F lyback 变换器的电流源高频环节逆变器新概念[10]及其电路结构,如图10所示。
该逆变器由高频逆变器、储能式变压器和周波变换器三部分组成。
高频逆变器将直流电压能量变换成脉动的电流能量储存在储能式变压器中,周波变换器将此高频脉动电流低频解调,经输出滤波电容滤波后供给负载,具有电路拓扑简洁、两级功率变换(DCH FA C L FA C )、DC M 工作模式、易并联、变换效率高、动态响应速度快、可靠性高等特点,但功率开关电流应力大,仅适用于小功率逆变场合。