逆变器
逆变器

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六、三相逆变器
1. 系统结构图
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六、三相逆变器
2. 控制框图
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六、三相逆变器
2. 控制框图
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六、三相逆变器
3. 门极驱动
浮动栅极驱动电源法
自 举 法
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六、三相逆变器
3. 门极驱动
基本特点 工作电源电压范围:3~20V。 最大正向驱动电流250mA,反向峰值驱动电流500mA。 内部设有过流、过压、欠压、逻辑识别保护 故障能自行封锁脉冲,并输出故障指示信号 采用自举提供高端驱动电压。 上下桥臂间设有2μ s左右的死区
五、高压变频器
采用复合结构
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3.3 感应加热电源
一、感应加热原理
负载相当于一个副边短接的变压器
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3.3 感应加热电源
一、原理
负载相当于一个副边短接的变压器
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3.3 感应加热电源
一、原理
负载相当于一个副边短接的变压器,可以等效为R、L串 联负载
一般情况下感抗远远大于电阻,负载功率因数很低,要 加电容补偿,提高功率因数
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五、单相逆变器实例
设计逆变器要求: 设计逆变器内容要求:
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五、单相逆变器实例
1、性能指标
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五、单相逆变器实例
2、主电路拓扑
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五、单相逆变器实例
3、控制系统
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五、单相逆变器实例
4、驱动电路(浮动栅极驱动)
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五、单相逆变器实例
4、驱动电路(浮动栅极驱动) 防止寄生振荡
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五、单相逆变器实例
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三、逆变器的直流不平衡问题
直流偏磁危害:使输出电压波形畸变率增加,造成变压器
逆变器工作原理

逆变器工作原理逆变器是一种电力电子设备,用于将直流电转换为交流电。
它在太阳能发电系统、风能发电系统、电池组等多种应用中起到关键作用。
本文将详细介绍逆变器的工作原理,包括逆变器的基本构造、工作过程和主要特点。
一、逆变器的基本构造逆变器通常由输入端、控制电路和输出端组成。
输入端接收直流电源,可以是太阳能电池板、电池组或其他直流电源。
控制电路负责监测输入电压和电流,并根据设定的参数控制输出电压和频率。
输出端输出交流电,通常为标准的交流电,可以用于供电给各种电器设备。
二、逆变器的工作过程逆变器的工作过程可以分为三个阶段:整流、滤波和逆变。
1. 整流阶段:在整流阶段,逆变器将输入的直流电源转换为交流电源。
这一过程通常通过使用一组二极管进行实现。
当输入电压为正时,电流通过正向通导的二极管;当输入电压为负时,电流则通过反向通导的二极管。
这样,逆变器将直流电源转换为脉冲形式的交流电。
2. 滤波阶段:在滤波阶段,逆变器通过使用电容器和电感器来滤除脉冲信号中的高频成分,使输出电压变得更加稳定。
电容器负责平滑输出电压,而电感器则用于滤除高频噪声。
3. 逆变阶段:在逆变阶段,逆变器将经过滤波的直流电源转换为交流电源。
这一过程通常通过使用开关管(如晶体管或功率场效应管)进行实现。
开关管的开关动作由控制电路控制,根据设定的参数控制输出电压和频率。
通过逆变阶段,逆变器能够输出符合标准的交流电,以供各种电器设备使用。
三、逆变器的主要特点逆变器具有以下主要特点:1. 高效能:逆变器能够将输入的直流电源高效地转换为交流电源,减少能量损耗。
2. 稳定性:逆变器通过滤波和控制电路的设计,能够保持输出电压和频率的稳定性,以满足不同电器设备的需求。
3. 可控性:逆变器的控制电路可以根据需求设定输出电压和频率,以适应不同的使用场景。
4. 保护功能:逆变器通常具有过流保护、过压保护、短路保护等功能,以保护设备和用户的安全。
5. 可靠性:逆变器的设计和制造经过严格测试和验证,以确保其可靠性和长寿命。
逆变器

汽车逆变器
逆变器就是一种将低压(12或24伏或48伏)直流电转 变为220伏交流电的电子设备。因为我们通常是将220 伏交流电整流变成直流电来使用,而逆变器的作用与此 相反,因此而得名。
汽车逆变器的作用
逆变器不仅具有直交流变换功能,还具有最大限度地发 挥太阳电池性能的功能和系统故障保护功能。归纳起来有自 动运行和停机功能、最大功率跟踪控制功能、防单独运行功 能(并网系统用)、自动电压调整功能(并网系统用)、直 流检测功能(并网系统用)、直流接地检测功能(并网系统 用)。这里简单介绍自动运行和停机功能及最大功率跟踪控 制功能。
逆变器特点
• 1.转换效率高、启动快; • 2.安全性能好:产品具备短路、过载、过/欠电压、超温5
种保护功能; • 3.物理性能良好:产品采用全铝质外壳,散热性能好,表
面硬氧化处理,耐摩擦性能好,并可抗一定外力的挤压或 碰击; • 4.带负载适应性与稳定性强
逆变器的使用范围
1.使用办公设备(如:电脑、传真机、打印机、扫 描仪等); 2.使用生活电器(如:游戏机、DVD、音响、摄像 机、电风扇、照明灯具等); 3.或需要给电池(手机、电动剃须刀、数码相机、 摄像机等电池)充电时;
自动运行和停机功能及最大功率跟踪控制功能
1、自动运行和停机功能 早晨日出后,太阳辐射强度逐渐增强,太阳电池的输出也随之增大,当达到逆变器 工作所需的输出功率后,逆变器即自动开始运行。进入运行后,逆变器便时时刻刻 监视太阳电池组件的输出,只要太阳电池组件的输出功率大于逆变器工作所需的输 出功率,逆变器就持续运行;直到日落停机,即使阴雨天逆变器也能运行。当太阳 电池组件输出变小,逆变器输出接近0时,逆变器便形成待机状态。 2、最大功率跟踪控制功能 太阳电池组件的输出是随太阳辐射强度和太阳电池组件自身温度(芯片温度)而变 化的。另外由于太阳电池组件具有电压随电流增大而下降的特性,因此存在能获取 最大功率的最佳工作点。太阳辐射强度是变化着的,显然最佳工作点也是在变化的。 相对于这些变化,始终让太阳电池组件的工作点处于最大功率点,系统始终从太阳 电池组件获取最大功率输出,这种控制就是最大功率跟踪控制。太阳能发电系统用 的逆变器的最大特点就是包括了最大功率点跟踪(MPPT)这一功能。
逆变器简介

交通领域
电动汽车
逆变器是电动汽车的核心组件之一,用于将电池直流 电转换为交流电,驱动电机。
混合动力汽车
逆变器用于将电池直流电转换为交流电,为发动机和 电机提供动力。
轨道交通
逆变器用于将直流电转换为交流电,为列车提供动力 。
工业领域
自动化设备
逆变器用于将直流电转换为交流电,为工业自 动化设备提供动力。
压相对稳定。
响应速度快
由于电压型逆变器采用电容作为储 能元件,因此其响应速度较快,可 以在短时间内达到额定输出功率。
适用范围广
电压型逆变器适用于各种不同类型 负载,如电阻性、电感性和电容性 负载。
电流型逆变器
1 2
输出电流稳定性高
电流型逆变器采用电感作为储能元件,通过电力 电子器件的开关动作将直流电能转化为交流电能 ,输出电流相对稳定。
逆变器可分为直流逆变器和交流逆 变器。
按控制方式
逆变器可分为模拟控制逆变器和数 字可分为单相逆变器和三相逆 变器。
按功率等级
逆变器可分为小功率逆变器和工业 级逆变器等。
04
02
逆变器的工作原理
电压型逆变器
输出电压稳定性高
电压型逆变器采用直流电源,通 过电力电子器件的开关动作将直 流电能转化为交流电能,输出电
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成本较高:逆变器的制造成本较高,价格相对较高。
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维护困难:逆变器的维护和检修相对复杂,需要专业人员进行操作。
04
效率受环境影响:逆变器的效率受到环境温度、湿度等因素的影响, 会影响设备的运行效率。
逆变器的发展趋势
01
向高效节能方向发 展
随着能源紧缺和环保要求的提高 ,逆变器的高效节能技术将继续 得到发展。
逆变器简介介绍

逆变器的工作原理
• 逆变器通过控制开关管的导通和关断,使得直流电源在开关管 的作用下形成交流脉冲波形,然后通过滤波电路得到平滑的交 流输出电压。其工作过程涉及到复杂的电子电路控制和电力电 子技术。
逆变器的分类
根据输出交流电的性质,逆变器可分为正弦波逆变器和方波 逆变器两大类。正弦波逆变器的输出波形接近正弦波,而方 波逆变器的输出波形为方波或修正波。
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逆变器简介介绍
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目录Βιβλιοθήκη • 逆变器的基本概念 • 逆变器的主要类型 • 逆变器的应用领域 • 逆变器的技术发展趋势 • 逆变器的选择和使用注意事项
01
逆变器的基本概念
逆变器的定义
• 逆变器(Inverter)是一种电力电子装置,它能够 将直流电源转换为交流电源,以满足各种交流负 载的需求。
根据直流电源的性质,逆变器可分为电压源型逆变器和电流 源型逆变器。电压源型逆变器直流侧为电压源,或近似为电 压源,而电流源型逆变器直流侧为电流源,或近似为电流源 。
02
逆变器的主要类型
逆变器的主要类型
• 逆变器是一种电力电子装置,它能够将直流电源转换为交流电源,以满足各种电子设备和应用的需求。逆变器的应用范围 广泛,包括太阳能发电、风能发电、电动汽车、轨道交通、工业电源等领域。
03
逆变器的应用领域
逆变器的应用领域
• 逆变器是一种电力电子装置,它能够将直流电(DC)转换 为交流电(AC)。在现代工业和生活中,逆变器扮演着重 要的角色,其应用领域广泛,包括但不限于以下几个方面。
04
逆变器的技术发展趋势
逆变器的技术发展趋势
• 逆变器是一种电力电子装置,主要用于将直流电源 转换为交流电源,以满足各种电子设备和应用的需 求。随着新能源和可再生能源的快速发展,逆变器 作为其核心转换装置,其技术和发展趋势也日益受 到关注。
什么是逆变器-逆变器原理图_逆变器工作原理

什么是逆变器?逆变器原理图_逆变器工作原理逆变器(Inverter),又称为变流器、反流器,与整流器刚好相反,是一种可将直流电转变为220V沟通电的仪器。
可分为半桥逆变器、全桥逆变器等,现已广泛适用于电脑、电视、空调、冰箱、风扇等设备中。
一、逆变器原理图逆变器由逆变桥、掌握规律和滤波电路组成,其原理图如下图所示,包括输入接口、电压启动回路、MOS开关管、直流变换回路、PWM掌握器、反馈回路、LC振荡及输出回路、负载等几个部分。
二、逆变器原理首先,让我们先来看看逆变器的各个组成部分起到的都是什么作用吧1、输入接口:在输入部分有三个接口,分别输入12V直流电压VIN、工作使能电压ENB、Panel电流掌握DIM三种信号。
其中VIN 由Adapter(适配器)供应;ENB由MCU(单片机)供应,其值为0或3V,当ENB为0V时,表示逆变器未处于正常工作状态,当ENB为3V时,表示逆变器处于正常工作状态;DIM由主板供应,其值在0~5V间变化,反馈给PWM掌握器的DIM值越小,逆变器向负载供应的电流越大。
2、电压启动回路:接收工作使能电压ENB,当ENB为3V时,点亮Panel的背光灯灯管,表示逆变器处于正常工作状态。
3、PWM掌握器:接收Panel电流掌握DIM信号,完成过压爱护、欠压爱护、短路爱护、脉冲宽度调制等功能。
4、直流变换回路:由MOS开关管和储能电感构成,当接收到12V直流电压VIN后,MOS管便开头做开关动作,使得直流电压对电感进行循环的充电放电,从而得到沟通电压。
5、LC振荡及输出回路:用以保证灯管启动时需要的1600V电压,并在其启动后将电压降至800V。
6、反馈回路:当逆变器处于正常工作状态时,用以稳定其电压输出。
总而言之,逆变器的工作原理就是首先通过震荡电路将直流电变为沟通电,其次通过线圈升压得到方形波沟通电,最终通过整流得到正弦波沟通电的过程。
逆变器的基础知识

逆变器的基础知识随着现代科技的进步,逆变器的出现为大家的生活提供了不小的便利,逆变器是把直流电能(电池、蓄电瓶)转变成交流电(一般为220V,50Hz正弦波),它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成,广泛适用于空调、家庭影院、电动砂轮、电动工具、缝纫机、DVD、VCD、电脑、电视、洗衣机、抽油烟机、冰箱,录像机、按摩器、风扇、照明等,在国外因汽车的普及率较高外出工作或外出旅游即可用逆变器连接蓄电池带动电器及各种工具工作。
下面为大家介绍一下逆变器的作用、特点、工作原理、分类、使用注意、安装使用方法、常见问题与处理方法。
一、逆变器的作用1、逆变器是把直流电能(电池、蓄电瓶)转变成交流电(一般为220v50HZ正弦或方波)。
通俗的讲,逆变器是一种将直流电(DC)转化为交流电(AC)的装置。
它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成。
2、广泛适用于空调、家庭影院、电动砂轮、电动工具、缝纫机、DVD、VCD、电脑、电视、洗衣机、抽油烟机、冰箱,录像机、按摩器、风扇、照明等。
3、简单地说,逆变器就是一种将低压(12或24伏或48伏)直流电转变为220伏交流电的电子设备。
因为我们通常是将220伏交流电整流变成直流电来使用,而逆变器的作用与此相反,因此而得名。
我们处在一个"移动"的时代,移动办公,移动通讯,移动休闲和娱乐。
在移动的状态中,人们不但需要由电池或电瓶供给的低压直流电,同时更需要我们在日常环境中不可或缺的220伏交流电,逆变器就可以满足我们的这种需求。
二、逆变器的特点1、转换效率高、启动快;2、安全性能好:产品具备短路、过载、过/欠电压、超温5种保护功能;3、物理性能良好:产品采用全铝质外壳,散热性能好,表面硬氧化处理,耐摩擦性能好,并可抗一定外力的挤压或碰击;4、带负载适应性与稳定性强。
三、逆变器工作原理1、逆变器是一种DC to AC的变压器,它其实与转化器是一种电压逆变的过程。
转换器是将电网的交流电压转变为稳定的12V直流输出,而逆变器是将Adapter输出的12V直流电压转变为高频的高压交流电;两个部分同样都采用了用得比较多的脉宽调制(PWM)技术。
逆变器基础知识

PART 04
逆变器的性能指标
REPORTING
WENKU DESIGN
输出电压范围
输出电压范围
逆变器的输出电压范围决定了其能够适应的负载范围。一般来说, 输出电压范围越宽,逆变器的应用场景就越丰富。
逆变器基础知识
https://
REPORTING
• 逆变器概述 • 逆变器的主要部件 • 逆变器的应用场景 • 逆变器的性能指标 • 逆变器的常见问题与维护 • 逆变器的发展趋势与未来展望
目录
PART 01
逆变器概述
REPORTING
WENKU DESIGN
定义与作用
按输出波形
可分为正弦波逆变器和方 波逆变器。
按应用领域
可分为并网逆变器、离网 逆变器、储能逆变器等。
逆变器的工作原理
01
02
03
04
整流
将输入的直流电通过整流电路 转换为脉动直流电。
滤波
通过滤波电路平滑输出脉动直 流电,得到更加稳定的直流电
。
逆变
将稳定的直流电输入到逆变电 路中,转换为交流电。
调制与控制
噪音与振动
噪音
逆变器运行时的噪音水平是衡量其性能的重要指标之一。低噪音的逆变器能够减少对环境的干扰,提高运行舒适 度。
振动
逆变器运行时的振动水平也是衡量其性能的重要指标之一。高振动的逆变器不仅会影响其自身寿命,还会对周围 设备和人员造成安全隐患。
PART 05
逆变器的常见问题与维护
REPORTING
在UPS中,逆变器起到将直流电转换为交流电的作用,以确保输出电源的质量和 稳定性。UPS对于保障关键设施的可靠性和安全性具有重要作用,而逆变器技术 的发展则有助于提高UPS的性能和能效。
逆变器参数解读

逆变器的参数主要包括以下几个方面:
1. 逆变效率:衡量逆变器性能的一个重要参数,用来表征其自身损耗功率的大小,通常以百分比来表
示。
2. 额定输出容量:表征逆变器向负载供电的能力。
额定输出容量值高,则逆变器带负载能力越强。
这个
值只是针对纯电阻性负载的一个参考,如果逆变器所带的负载不为纯限性时,逆变器带负载能力将小于给出的额定输出容量值。
3. 输出电压稳定度:指逆变器输出电压的稳定能力,即当负载从0%变化至100%时,逆变器输出电压的
电压偏差(通常称为负载调整率)。
4. 可靠性:在太阳能光伏发电系统运行中,逆变器的可靠性是影响系统可靠性的主要因素之一。
5. 启动性能:指逆变器带负载启动的能力和动态工作的性能。
逆变器在额定负载下应能保证其正常启
动。
一般来说,电阻性负载工作时,逆变器启动性能较好。
6. 散热方式:逆变器的散热方式也很重要,它决定了逆变器的运行温度和噪音等级。
例如,一些逆变器
采用无风扇、自然散热的方式,可以实现超静音运行和低损耗。
7. 防护等级:表示逆变器的防水防尘能力,以IP等级来表示,例如IP65表示逆变器可以户外安装使用。
8. 人机交互:指逆变器的人机操作界面,如LED灯、APP控制等,方便用户查看逆变器运行状态和操作
逆变器。
逆变器

利用TL494组成的400W大功率稳压逆变器电路
二极管在逆变器中的应用
逆变器中的IGBT失效原因一、引起IGBT失效的原因
二 、IGBT保 护 方 法
逆变器的作用
逆变器的类
相关术语感性负载
准正弦波
持续输出功率、峰值输出功率
逆变器的效率
逆变器与变频器
逆变器的日常用途
[编辑本段]二极管在逆变器中的应用
高效率和节能是家电应用中首要的问题。三相无刷直流电机因其效率高和尺寸小的优势而被广泛应用在家电设备中以及很多其他应用中。此外,由于采用了电子换向器代替机械换向装置,三相无刷直流电机被认为可靠性更高。 标准的三相功率级(power stage)被用来驱动一个三相无刷直流电机,如图1所示。功率级产生一个电场,为了使电机很好地工作,这个电场必须保持与转子磁场之间的角度接近90°。六步序列控制产生6个定子磁场向量,这些向量必须在一个指定的转子位置下改变。霍尔效应传感器扫描转子的位置。为了向转子提供6个步进电流,功率级利用6个可以按不同的特定序列切换的功率MOSFET。下面解释一个常用的切换模式,可提供6个步进电流。 MOSFET Q1、Q3和Q5高频(HF)切换,Q2、Q4和Q6低频(LF)切换。当一个低频MOSFET处于开状态,而且一个高频MOSFET 处于切换状态时,就会产生一个功率级。 步骤1) 功率级同时给两个相位供电,而对第三个相位未供电。假设供电相位为L1、L2,L3未供电。在这种情况下,MOSFET Q1和Q2处于导通状态,电流流经Q1、L1、L2和Q4。 步骤2)MOSFET Q1关断。因为电感不能突然中断电流,它会产生额外电压,直到体二极管D2被直接偏置,并允许续流电流流过。续流电流的路径为D2、L1、L2和Q4。 步骤3)Q1打开,体二极管D2突然反偏置。Q1上总的电流为供电电流(如步骤1)与二极管D2上的恢复电流之和。 显示出其中的体-漏二极管。在步骤2,电流流入到体-漏二极管D2(见图1),该二极管被正向偏置,少数载流子注入到二极管的区和P区。 当MOSFET Q1导通时,二极管D2被反向偏置, N区的少数载流子进入P+体区,反之亦然。这种快速转移导致大量的电流流经二极管,从N-epi到P+区,即从漏极到源极。电感L1对于流经Q2和Q1的尖峰电流表现出高阻抗。Q1表现出额外的电流尖峰,增加了在导通期间的开关损耗。图4a描述了MOSFET的导通过程。 为改善在这些特殊应用中体二极管的性能,研发人员开发出具有快速体二极管恢复特性MOSFET。当二极管导通后被反向偏置,反向恢复峰值电流Irrm较小。 我们对比测试了标准的MOSFET和快恢复MOSFET。ST推出的STD5NK52ZD(SuperFREDmesh系列)放在Q2(LF)中,如图4b所示。在Q1 MOSFET(HF)的导通工作期间,开关损耗降低了65%。采用STD5NK52ZD时效率和热性能获得很大提升(在不采用散热器的自由流动空气环境下,壳温从60°C降低到50°C)。在这种拓扑中,MOSFET内部的体二极管用作续流二极管,采用具有快速体二极管恢复特性MOSFET更为合适。 SuperFREDmesh技术弥补了现有的FDmesh技术,具有降低导通电阻,齐纳栅保护以及非常高的dv/dt性能,并采用了快速体-漏恢复二极管。N沟道520V、1.22欧姆、4.4A STD5NK52ZD可提供多种封装,包括TO-220、DPAK、I2PAK和IPAK封装。该器件为工程师设计开关应用提供了更大的灵活性。其他优势包括非常高的dv/dt,经过100%雪崩测试,具有非常低的本征电容、良好的可重复制造性,以及改良的ESD性能。此外,与其他可选模块解决方案相比,使用分立解决方案还能在PCB上灵活定位器件,从而实现空间的优化,并获得有效的热管理,因而这是一种具有成本效益的解决方案。 市面上现在有很多逆变器,比较专业的品牌 如:湖北蓝公司维尔仕分公司生产的维尔仕系太阳能逆变器 车载逆变器 上海力友电气有限公司系列产品太阳能逆变器 车载逆变器
逆变器简介

10、按直流环特性分类 (1)低频环节逆变器 (2)高频环节逆变器
逆变器发展历程
逆变器的技术原理早在1931年就有人研究过,从1948年美国西屋电气工程公 司研制出第一台3KHZ感应加热逆变器至今已有60年的历史了,而晶闸管(SCR) 的诞生为正弦波逆变器的发展创造了条件,到了20世纪70年代,可关断晶闸管 (GTO)、电力晶体管(BJT)的问世使得逆变技术得到发展应用。到了20世纪 80年代,功率场效应管(MOSFET)、绝缘栅极晶体管(IGBT)、MOS控制晶体 管(MCT)以及静电感应功率器件的诞生为逆变器向大容量方向发展奠定了基础, 以此电力电子器件的发展为逆变技术高频化,大容量化创造了条件。进入80年代 后,逆变技术从应用低速器件、低开关频率逐渐向采用高速器件,提高开关频率方 向发展。逆变器的体积进一步减小,逆变器效率进一步提高,正弦波逆变器的品质 指标得到了很大提高。 另一方面,微电子技术的发展为逆变技术的实用化创造了平台,传统的逆变技 术需要通过许多的分立元件或模拟集成电路加以完成,随着逆变技术复杂程度的增 加,所需处理的信息量越来越大,而微处理器的诞生正好满足了逆变技术的发展要 求,从8位的带有PWM口的微处理器到16位单片机,发展到今天32位DSP器件, 使先进的控制技术如矢量控制技术、多电平变换技术、重复控制、模糊逻辑控制等 在逆变领域得到了较好的应用。 总之,逆变技术的发展是随着电力电子技术、微电子技术和现在控制理论的发 展而发展,进入二十一世纪,逆变技术正向着频率更高、功率更大。效率更高、体 积更小的方向发展。
逆变器发展历程
逆变器主要技术指标
1、额定容量 2、额定功率 3、输出功率因数 4、逆变效率 5、额定输入电压、电流 6、额定输出电压、电流 7、输出频率 8、电压调整率 9、负载调整率,过载能力 10、输出波形,波形失真度 11、总谐波畸变率,畸变因数,谐波因数 12、峰值子数
光伏常用逆变器规格

光伏常用逆变器规格
光伏逆变器是将光伏发电系统产生的直流电转换为交流电的关键设备。
逆变器的规格通常包括以下几个方面:
1. 输入电压范围,逆变器能够接受的直流电输入电压范围。
这个范围通常取决于光伏组件的配置和光照条件。
2. 输出功率,逆变器能够输出的交流电功率。
这个规格通常以千瓦(kW)为单位,不同型号的逆变器输出功率不同。
3. 防护等级,逆变器通常需要具备一定的防护等级,以保证在户外环境中能够正常运行。
常见的防护等级包括IP65等级,能够有效防止灰尘和水的侵入。
4. 效率,逆变器的转换效率是一个重要的规格,它表示了从直流到交流的能量转换效率。
高效的逆变器能够最大限度地提高光伏发电系统的发电效率。
5. 尺寸和重量,逆变器的尺寸和重量也是常用的规格之一,特别是在安装和布置光伏发电系统时需要考虑。
6. 通信接口,一些先进的逆变器配备有通信接口,可以与监控
系统进行数据通信,实现远程监控和故障诊断。
总的来说,光伏逆变器的规格涵盖了输入电压范围、输出功率、防护等级、效率、尺寸和重量、通信接口等方面,这些规格需要根
据具体的光伏发电系统设计和实际需求进行选择。
逆变器工作原理

逆变器工作原理引言概述:逆变器是一种电子设备,用于将直流电转换为交流电。
它在现代电力系统中起着至关重要的作用。
本文将详细介绍逆变器的工作原理,包括逆变器的基本原理、构成要素、工作过程以及应用领域。
一、逆变器的基本原理1.1 逆变器的定义:逆变器是一种电力电子设备,它能够将直流电能转换为交流电能。
它通过改变电流的方向和频率,实现了直流到交流的转换。
1.2 逆变器的分类:逆变器可以根据输出波形的特点进行分类。
常见的逆变器有方波逆变器、脉宽调制逆变器和正弦波逆变器等。
1.3 逆变器的基本原理:逆变器的基本原理是利用电力电子器件(如晶闸管、IGBT等)对直流电进行开关控制,通过改变开关状态来改变输出电压的形状和频率。
二、逆变器的构成要素2.1 电源:逆变器的电源通常是直流电源,可以是电池、太阳能电池板或者其他直流电源。
2.2 控制电路:逆变器的控制电路用于控制电力开关器件的开关状态,实现对输出电压的调节和控制。
2.3 输出滤波电路:逆变器的输出滤波电路用于滤除输出电压中的高频噪声和谐波成份,使输出电压更加纯净和稳定。
三、逆变器的工作过程3.1 开关状态:逆变器通过控制电力开关器件的开关状态来改变输出电压的形状和频率。
当开关器件导通时,输出电压为正;当开关器件断开时,输出电压为零或者负。
3.2 脉宽调制:逆变器通常采用脉宽调制技术,通过改变开关器件导通的时间比例来控制输出电压的大小。
3.3 输出滤波:逆变器的输出滤波电路用于平滑输出电压,滤除高频噪声和谐波成份,使输出电压更加稳定和纯净。
四、逆变器的应用领域4.1 可再生能源:逆变器广泛应用于可再生能源系统中,如太阳能发电系统、风能发电系统等,将直流电能转换为交流电能并注入电网。
4.2 电动汽车:逆变器也被广泛应用于电动汽车中,将电池的直流电转换为交流电,驱动电动汽车的机电运转。
4.3 工业应用:逆变器在工业控制领域也有重要应用,如变频器、UPS电源等,用于控制机电的转速和保障电力系统的稳定运行。
逆变器

答:使用150瓦以下的电器可直接将150瓦逆变器插头插至点烟器插座后使用。超过150瓦的逆变器通过鳄鱼夹导线直接接到电瓶上,红线接电瓶正极,黑线接电瓶负极(不可接反,切记!)如果用电地点离电瓶较远,逆变器的连线原则是:逆变器同电瓶的连线应尽可能的短,而220伏交流电的输出线长些无妨。
1. 问:什么是逆变器,它起什么作用?
答:简单地说,逆变器就是一种将低压(12或24伏)直流电转变为220伏交流电的电子设备。因为我们通常是将220伏交流电整流变成直流电来使用,而逆变器的作用与此相反,因此而得名。我们处在一个“移动”的时代,移动办公,移动通讯,移动休闲和娱乐。在移动的状态中,人们不但需要由电池或电瓶供给的低压直流电,同时更需要我们在日常环境中不
12. 问:如何知道电瓶的容量?
答:电瓶上印有很多字母和数字,只要找到XXAH的字样就可以知道这是一块多大容量的电瓶。先说AH的含义,A代表安培(amp.),即电流的单位,H代表小时(hour)。两个字母在一起的意思就是"安培小时",即在一小时的时间内可持续输出多少安培的电流。前面的XX通常为两个数字,即安培的数量。举例来讲,45AH代表这块电瓶可以在一个小时的时间内输出
8. 问:汽车点烟器插口能够输出多大功率的电能?
答:从点烟器插口取电,逆变器应该能够驱动功率为一百余瓦的用电器具。但有客户反映,接P4笔记本电脑几分钟后,逆变器即自动断电并报警。我们知道,P4笔记本电脑的耗电大约在90瓦左右,是较高的。由于有些车型在从电瓶到点烟器插座这段电路上使用了不符合规定的导线和点烟器插座,在电流较大时电路中的损耗剧增,使供给逆变器的电压急剧下降到欠压保护电路动作的临界点--10伏,导致逆变器停止供电。为解决这一问题,并确保今后正常、安全、可靠地使用逆变器,建议用户将上述电路的导线换为铜芯截面积2.5平方毫米以上的优质线,并在必要时一并更换点烟器插座。
逆变器培训课件

逆变器培训课件2023-11-12contents •逆变器基础概念•逆变器技术要点•逆变器应用案例•逆变器维护与故障排除•逆变器市场与发展趋势•总结与展望目录01逆变器基础概念定义逆变器是一种电力电子装置,它能够将直流电源转换为交流电源,以满足各种交流负载的需求。
工作原理逆变器通过控制开关管的导通和关断,使得直流电源在逆变器内部形成交流电势,并通过滤波电路输出正弦波或方波交流电。
逆变器的定义与工作原理电力调节与控制逆变器可用于电力系统的电压调节、频率控制以及功率因数校正等方面,提高电力系统的稳定性和效率。
再生能源并网逆变器在太阳能和风能发电系统中扮演着重要角色,将发电系统产生的直流电转换为与电网同步的交流电,并实现并网功能。
工业驱动与电源逆变器可作为电动机驱动系统的核心部件,实现交流电动机的变速和矢量控制;同时,也可为电子设备提供稳定可靠的交流电源。
逆变器在电力系统中的应用逆变器的分类与特点分类根据输出波形的不同,逆变器可分为正弦波逆变器和方波逆变器;根据控制方式的不同,可分为PWM控制逆变器和MPPT控制逆变器等。
特点正弦波逆变器输出波形纯净,谐波含量低,适用于对电能质量要求较高的场合;方波逆变器结构简单,成本低,但输出波形较差,适用于一些对电能质量要求不高的场合。
PWM控制逆变器具有动态响应快、控制精度高等优点;MPPT控制逆变器则能够实现最大功率点跟踪,提高太阳能和风能发电系统的发电效率。
02逆变器技术要点半桥式逆变器采用两个开关管,通过控制开关管的通断来实现输出电压的调节。
具有结构简单、成本低廉等优点,但输出电压波形不够平滑。
半桥式逆变器全桥式逆变器采用四个开关管,通过控制开关管的组合来实现输出电压的调节。
相比半桥式逆变器,输出电压波形更平滑,但成本较高。
全桥式逆变器逆变器电路拓扑结构PWM调制技术PWM(脉宽调制)是逆变器中常用的调制技术,通过调节开关管的通断时间,控制输出电压的占空比,从而实现对输出电压的精确控制。
逆变器的作用是什么

逆变器的作用是什么
逆变器是一种电子设备,其作用是将直流电(DC)转换为交流电(AC)。
具体来说,逆变器通过电子开关技术将输入的直流电源转换为所需的交流电源,可以用于各种电子设备和系统中。
逆变器的作用有以下几个方面:
1. 电力转换:逆变器可以将电池、太阳能电池板等直流能源转换为交流电,并提供给家庭、办公室以及工业设备供电。
2. 网络应急电源:逆变器可以将备用电池的直流电能转换为交流电能,提供给电网中断或故障时的紧急电力需求。
3. 高效能源利用:逆变器可以优化能源利用效率,将不同电压和频率的AC电源转换为符合设备或系统需求的电源。
4. 电力传输:逆变器可以将电能从一个电力系统传输到另一个电力系统,实现能源之间的互联和能量调度。
5. 电子设备适配:逆变器可以将不同电压和频率的交流电源转换为适合特定设备需求的电源,保证电子设备的正常运行。
需要注意的是,逆变器的性能和功能取决于其设计和规格。
逆变器有不同的类型和功能,包括纯正弦波逆变器、修正正弦波逆变器等。
具体使用场景和要求决定了选择逆变器的类型和功能。
什么是逆变器?

什么是逆变器?一、逆变器的基本原理逆变器是指能够将直流电转换成交流电的一种电子设备。
它利用电子电路中的晶体管、继电器等元件,通过逆变的方式改变电流的方向。
逆变器主要分为硬件逆变和软件逆变两种类型,同时根据其输出特性,还可以分为单相逆变器和三相逆变器。
逆变器的基本原理是通过高频开关技术将直流电通过逆变操作转化为交流电。
逆变器的工作过程可以简单概括为四个步骤:首先,直流电源输入逆变器中;其次,逆变器中的开关元件控制电流的开关状态;接着,通过逆变操作将直流电转化为交流电;最后,输出交流电供应给设备使用。
逆变器在电力转换过程中具有高效、稳定的特点,是现代电力系统不可或缺的重要组成部分。
二、逆变器在太阳能发电中的应用逆变器在太阳能发电中扮演着重要的角色。
太阳能发电系统中,光伏电池板会将光能转化为直流电。
然而,当我们需要使用电器设备时,往往需要交流电。
这时就需要逆变器来将直流电转换为交流电。
逆变器的输出频率、电压和波形需要和电网的标准一致,以保证太阳能发电系统的正常运行。
三、逆变器在电动汽车中的重要性逆变器也在电动车中起到了至关重要的作用。
电动车的电池输出的是直流电,但是车内的一些设备需要交流电才能正常运行。
逆变器能够将电动车电池输出的直流电转化为交流电,为车内设备提供电力。
同时,逆变器还具备电子变速器的功能,能够根据车速和负载的情况实时调整输出电流的频率和大小。
四、逆变器在家用电器中的应用逆变器还广泛应用于家用电器领域。
现代家庭中,很多电子设备需要使用交流电才能正常运行,而我们家庭中的电源通常是交流电源。
然而,在一些特殊情况下,如露营、旅行或外出野营等,交流电源并不方便提供。
这时,逆变器就可以将直流电源转换为交流电源,满足我们家用电器的使用需求。
逆变器使得家庭中的电子设备更加便携、灵活,并提供了便利的电力供应方式。
五、逆变器的未来发展趋势随着科技的不断进步,逆变器的性能和技术也在不断提升。
在未来,逆变器将更加高效、智能化。
逆变器名词解释

逆变器名词解释
逆变器是一种电子设备,其作用是将直流电能转换为交流电能。
它在许多领域中被广泛应用,包括太阳能发电系统、电动车辆、无线通信系统等。
逆变器的主要功能是改变电流的频率、电压和波形,以适应不同设备和电网的要求。
逆变器的工作原理基于电子器件如晶体管、场效应管等的开关操作。
当输入的直流电源经过逆变器时,晶体管或场效应管会根据控制信号的指示进行开关,使得电流在不同电路中流动。
通过不断开关和调整电路元件的状态,逆变器能够将直流电源转换为交流电源。
交流电源的频率、电压和波形可以根据需求进行调整。
逆变器的输出电流可以是纯正弦波、修正正弦波或方波。
纯正弦波逆变器产生的输出电流具有高质量,适用于对电源质量要求较高的设备,如医疗设备、精密仪器等。
修正正弦波逆变器产生的输出电流相对较平滑,适用于大部分家用电器。
方波逆变器产生的输出电流较为粗糙,适用于一些基础电气设备的供电。
逆变器的性能主要通过转换效率、输出功率和稳定性来衡量。
转换效率表示输入功率与输出功率之间的比率,高效的逆变器能够最大限度地利用输入能量。
输出功率表示逆变器能够提供的最大可用电力。
稳
定性表示逆变器在不同环境条件下的工作性能稳定性。
总之,逆变器是一种可以将直流电能转换为交流电能的电子设备。
它在现代生活中扮演着重要的角色,为我们提供了便利和便捷的电力供应。
逆变器的分类及工作原理

逆变器的分类及工作原理逆变器是一种将直流电转换为交流电的电子设备,广泛应用于太阳能发电系统、风力发电系统、电动汽车等领域。
根据不同的工作原理和应用场景,逆变器可以分为多种不同类型。
下面将介绍几种常见的逆变器分类及其工作原理。
1. 按输出波形分类:根据输出波形的不同,逆变器可以分为两种类型:单相逆变器和三相逆变器。
单相逆变器输出的是单相交流电,适用于一般家用电器;而三相逆变器则输出三相交流电,适用于工业用途。
2. 按工作原理分类:根据工作原理的不同,逆变器可以分为PWM逆变器和谐波逆变器。
PWM逆变器采用脉宽调制技术,通过控制开关管的导通时间来产生近似正弦波的输出电压;而谐波逆变器则通过谐波合成技术,将多个不同频率的正弦波合成为一个近似正弦波的输出波形。
3. 按拓扑结构分类:根据拓扑结构的不同,逆变器可以分为桥式逆变器、半桥逆变器和全桥逆变器等。
桥式逆变器采用四个开关管组成的桥式电路,能够实现正负半周的输出;半桥逆变器只能实现正半周的输出,适用于小功率应用;而全桥逆变器则可以实现完整的正弦波输出,适用于高功率应用。
逆变器的工作原理主要包括两个过程:直流到直流的转换和直流到交流的转换。
在直流到直流的转换过程中,逆变器通过开关管控制直流电压的变化,将输入的直流电转换为稳定的直流电;在直流到交流的转换过程中,逆变器再次通过开关管控制电路,将稳定的直流电转换为交流电。
通过这两个过程,逆变器实现了直流到交流的转换,从而实现了不同类型的电器设备的供电需求。
总的来说,逆变器在现代电力系统中扮演着重要的角色,通过将直流电转换为交流电,为各种电器设备提供了稳定的电源。
不同类型的逆变器在不同的应用场景中具有各自的优势和特点,选择合适的逆变器类型对于系统的运行稳定性和效率至关重要。
希望通过本文的介绍,读者能够更好地了解逆变器的分类及工作原理,为相关领域的研究和应用提供帮助。
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Multilevel Inverter For Grid-Connected PV System Employing Digital PI ControllerJeyraj Selvaraj and Nasrudin A.Rahim,Senior Member,IEEEAbstract—This paper presents a single-phasefive-level photo-voltaic(PV)inverter topology for grid-connected PV systems with a novel pulsewidth-modulated(PWM)control scheme.Two refer-ence signals identical to each other with an offset equivalent to the amplitude of the triangular carrier signal were used to generate PWM signals for the switches.A digital proportional–integral current control algorithm is implemented in DSP TMS320F2812 to keep the current injected into the grid sinusoidal and to have high dynamic performance with rapidly changing atmospheric conditions.The inverter offers much less total harmonic distortion and can operate at near-unity power factor.The proposed system is verified through simulation and is implemented in a prototype, and the experimental results are compared with that with the con-ventional single-phase three-level grid-connected PWM inverter.Index Terms—DSP TMS320F2812,grid connected,photovoltaic (PV),proportional–integral(PI)current control,pulsewidth-modulated(PWM)inverter.I.I NTRODUCTIONT HE DEMAND for renewable energy has increased sig-nificantly over the years because of shortage of fossil fuels and greenhouse effect.Among various types of renewable energy sources,solar energy and wind energy have become very popular and demanding due to advancement in power electronics techniques.Photovoltaic(PV)sources are used to-day in many applications as they have the advantages of being maintenance and pollution free.Solar-electric-energy demand has grown consistently by20%–25%per annum over the past 20years,which is mainly due to the decreasing costs and prices.This decline has been driven by the following factors: 1)an increasing efficiency of solar cells;2)manufacturing-technology improvements;and3)economies of scale[1].PV inverter,which is the heart of a PV system,is used to convert dc power obtained from PV modules into ac power to be fed into the grid.Improving the output waveform of the inverter reduces its respective harmonic content and,hence,the size of thefilter used and the level of electromagnetic interference (EMI)generated by switching operation of the inverter[2].In recent years,multilevel inverters have become more attractive for researchers and manufacturers due to their advantages overManuscript received January8,2008;revised June23,2008.First published July9,2008;current version published December30,2008.The authors are with the Center of Research for Power Electronics,Drives, Automation and Control(UMPEDAC),Department of Electrical Engineering, University Malaya,50603Kuala Lumpur,Malaysia(e-mail:jeyraj95@um. edu.my).Color versions of one or more of thefigures in this paper are available online at .Digital Object Identifier10.1109/TIE.2008.928116Fig.1.Carrier and reference signals.conventional three-level pulsewidth-modulated(PWM)invert-ers.They offer improved output waveforms,smallerfilter size,lower EMI,lower total harmonic distortion(THD),and others[3]–[8].The three common topologies for multilevel inverters are asfollows:1)diode clamped(neutral clamped)[9]–[11];2)ca-pacitor clamped(flying capacitors)[12]–[14];and3)cascadedH-bridge inverter[15]–[17].In addition,several modulationand control strategies have been developed or adopted for mul-tilevel inverters,including the following:multilevel sinusoidal(PWM),multilevel selective harmonic elimination,and space-vector modulation[3],[18].A typical single-phase three-level inverter adopts full-bridgeconfiguration by using approximate sinusoidal modulationtechnique as the power circuits.The output voltage then hasthe following three values:zero,positive(+Vdc),and negative(−Vdc)supply dc voltage(assuming that Vdc is the supplyvoltage).The harmonic components of the output voltage aredetermined by the carrier frequency and switching functions.Therefore,their harmonic reduction is limited to a certaindegree[4].To overcome this limitation,this paper presents afive-levelPWM inverter whose output voltage can be represented inthe followingfive levels:zero,+1/2Vdc,Vdc,−1/2Vdc,and−Vdc.As the number of output levels increases,the harmoniccontent can be reduced.This inverter topology uses two refer-ence signals,instead of one reference signal,to generate PWMsignals for the switches.Both the reference signals V ref1andV ref2are identical to each other,except for an offset valueequivalent to the amplitude of the carrier signal V carrier,asshown in Fig.1.Because the inverter is used in a PV system,a proportional–integral(PI)current control scheme is employed to keep theoutput current sinusoidal and to have high dynamic perfor-mance under rapidly changing atmospheric conditions and tomaintain the power factor at near unity.Simulation and exper-imental results are presented to validate the proposed inverterconfiguration.0278-0046/$25.00©2008IEEEFig.2.Single-phase five-level invertertopology.Fig.3.Sinusoidal PWM signal.II.F IVE -L EVEL I NVERTER T OPOLOGY AND PWM L AW The proposed single-phase five-level inverter topology is shown in Fig.2.The inverter adopts a full-bridge configuration with an auxiliary circuit [4].PV arrays are connected to the inverter via a dc–dc boost converter.Because the proposed inverter is used in a grid-connected PV system,utility grid is used instead of load.The dc–dc boost converter is used to step up inverter output voltage V inv to be more than √2of grid voltage V g to ensure power flow from the PV arrays into the grid [19].A filtering inductance L f is used to filter the current injected into the grid.The injected current must be sinusoidal with low harmonic distortion.In order to generate sinusoidal current,sinusoidal PWM is used because it is one of the most effective methods.Sinusoidal PWM is obtained by comparing a high-frequency carrier with a low-frequency sinusoid,which is the modulating or reference signal.The carrier has a constant period;therefore,the switches have constant switching fre-quency.The switching instant is determined from the crossing of the carrier and the modulating signal.A.Sinusoidal PWM LawA fundamental period in Fig.3consists of p pulses whose widths vary sinusoidally throughout the cycle to give the fun-damental component of frequency.The basis of equivalence between the desired sinusoid and the actual pulsed waveform is taken to be volt–seconds,as shown in Fig.4,i.e.,A s 1=A p 1and A s 2=A p 2.One of these pulses,the general k th pulse,is characterized in detail in Fig.5.Fig.4.Basis of equivalence for sinusoidal PWM:volt–seconds.Fig.5.Characterization of pulse.The switching period Δand the frequency modulation ratio p are,respectively,given byΔ=2π/p (1)p =f s /f 1(2)where f s is the switching frequency and f 1is the fundamental frequency.The quarter period of pulse δ0is given asδ0=Δ/4.(3)αk is the position from the origin of the fundamental period of the midpoint of the period Δ.The angles δ1k and δ2k are the modulating angles which vary throughout the cycle,and it is to calculate these angles that a modulation law must be derived.Consider first the average voltages V 1k and V 2k during the two halves of the modulating pulseV 1k =(V s ){δ1k −(2δ0−δ1k )}/2δ0(4)∴V 1k =(V s )(δ1k −δ0)/δ0(5)=(V s )β1k(6)whereβ1k =(δ1k −δ0)/δ0(7)and,similarlyV 2k =(V s )β2k(8)SELV ARAJ AND RAHIM:MULTILEVEL INVERTER FOR GRID-CONNECTED PV SYSTEM EMPLOYING PI CONTROLLER151whereβ2k=(δ2k−δ0)/δ0.(9)The volt–second A s1is the half-pulsewidth of the sine waveand is given according to Fig.4byA s1=αkαk−2δ0V m sinθdθ(10)=2V m sinδ0sin(αk−δ0).(11) However,sinδ0→δ0whenδ0is small∴A s1=2δ0V m sin(αk−δ0)(12) and,similarly,A s2=2δ0V m sin(αk+δ0).(13) For the corresponding volt–second A p1,in the PWM waveform,A p1=2δ0V1k(14)∴A p1=2δ0β1k(V s)(15) and,similarly,A p2=2δ0β2k(V s).(16) For equivalence of volt–seconds from which the modulation law can be derived,we require thatA s1=A p1(17)A s2=A p2.(18) By equating(12)and(14),and(13)and(16)β1k=M sin(αk−δ0)(19) and,similarly,β2k=M sin(αk+δ0)(20) where M is the“modulation index”andM=V mV s.(21)Equation(21)can be expressed in terms of amplitude of carrier signal V c by replacing V s with V c.Because,in this topology, two identical reference signals are used,V s=2V c and V m= V ref1=V ref2.If M>1,higher harmonics in the phase waveform are obtained.Therefore,M is maintained between zero and one. If the amplitude of the reference signal is increased to be higher than the amplitude of the carrier signal,i.e.,M>1,this will lead to rge values of M in sinusoidal PWM techniques lead to full overmodulation[20].Fig.6shows the carrier and reference signals for different values of M.Equa-tions(19)and(20)define the modulation law,which ismore Fig.6.Carrier and reference signals for different values of modulation index M.(a)M=0.3.(b)M=0.5.(c)M=0.7.(d)M=1.2.commonly expressed in terms ofδ1k andδ2k,by substituting from(7)and(9)to giveδ1k=δ0[1+M sin(αk−δ0)](22)δ2k=δ0[1+M sin(αk+δ0)].(23) Thus,the switching anglesδ1k andδ2k for the k th pulse can be calculated from(22)and(23)in terms of modulation index M and anglesαk andδ0which depend upon the fundamental frequency and frequency ratio.B.Harmonic Spectrum of Sinusoidal PWM WaveformThe voltage harmonics produced by the sinusoidal PWM can be computed byfirst calculating the harmonics due to the k th pulse alone,A nk,and then summating the harmonic contributions of all p pulsesA nk=12παk+2δ0αk−2δ0V(θ)e−jnθdθ(24)152IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS,VOL.56,NO.1,JANUARY2009Fig.7.Ideal five-level inverter output voltage V inv .where V (θ)is the voltage pulse shown in Fig.5∴A nk =1⎧⎨⎩−αk −δ1k αk −2δ0V s e −jnθdθ+αk +δ2kαk −δ1kV s e −jnθdθ−αk +2δ0 αk +δ2kV s e −jnθdθ⎫⎬⎭(25)=(V s )12π −2jn×{e −jnδ2k −e jnδ1k +j sin 2nδ0}e −jnαk .(26)Equation (25)cannot be readily simplified.Therefore,for the harmonic amplitudes due to all p pulses in a fundamental cycleA n =p k =1A nk .(27)III.O PERATIONAL P RINCIPLE OFTHE P ROPOSED I NVERTERBecause PV arrays are used as input voltage sources,the voltage produced by the arrays is known as V arrays.V arraysis boosted by a dc–dc boost converter to exceed √2V g .The voltage across the dc-bus capacitors is known as V pv .The operational principle of the proposed inverter is to generate five-level output voltage,i.e.,0,+V pv /2,+V pv ,−V pv /2,and −V pv as in Fig.7.As shown in Fig.2,an auxiliary circuit which consists of four diodes and a switch S 1is used between the dc-bus capacitors and the full-bridge inverter.Proper switching control of the auxiliary circuit can generate half level of PV supply voltage,i.e.,+V pv /2and −V pv /2[4].Two reference signals V ref1and V ref2will take turns to be compared with the carrier signal at a time.If V ref1exceeds the peak amplitude of the carrier signal V carrier ,V ref2will be compared with the carrier signal until it reaches zero.At this point onward,V ref1takes over the comparison process until it exceeds V carrier .This will lead to a switching pattern,as shown in Fig.8.Switches S 1–S 3will be switching at the rate of the carrier signal frequency,whereas S 4and S 5will operate at a frequency equivalent to the fundamental frequency.Table I illustrates the level of V inv during S 1–S 5switch on and off.IV .C ONTROL S YSTEM A LGORITHM ANDI MPLEMENTATIONThe feedback controller used in this application utilizes the PI algorithm.As shown in Fig.9,the current injected intotheFig.8.Switching pattern for the single-phase five-level inverter.TABLE II NVERTER O UTPUT V OLTAGE D URING S 1−S 5S WITCH O N AND OFFgrid,also known as grid current I g ,is sensed and fed back to a comparator which compares it with the reference current I ref .I ref is obtained by sensing the grid voltage and converting it to reference current and multiplying it with constant m .This is to ensure that I g is in phase with grid voltage V g and always at near-unity power factor.One of the problems in the PV generation systems is the amount of the electric power generated by solar arrays always changing with weather conditions,i.e.,the intensity of the solar radiation.A maximum power point tracking (MPPT)method or algorithm,which has quick-response characteristics and is able to make good use of the electric power generated in any weather,is needed to solve the aforementioned problem [21].Various MPPT control methods have been discussed in detail in [22].Constant m is derived from the MPPT algorithm.The perturb-and-observe algorithm is used to extract maxi-mum power from PV arrays and deliver it to the inverter [23],[24].The instantaneous current error is fed to a PI controller.The integral term in the PI controller improves the tracking by reducing the instantaneous error between the reference and the actual current.The resulting error signal u which forms V ref1and V ref2is compared with a triangular carrier signal,and intersections are sought to produce PWM signals for the inverter switches.A.Mathematical FormulationThe PI algorithm can be expressed in the continuous time domain asu (t )=K p e (t )+K itτ=0e (τ)dτ(28)SELV ARAJ AND RAHIM:MULTILEVEL INVERTER FOR GRID-CONNECTED PV SYSTEM EMPLOYING PI CONTROLLER153Fig.9.Five-level inverter with control algorithm implemented in DSP TMS320F2812. whereu(t)control signal;e(t)error signal;t continuous-time-domain time variable;τcalculus variable of integration;K p proportional-mode control gain;K i integral-mode control gain.Implementing this algorithm using a DSP requires one to transform it into the discrete-time domain.Trapezoidal sum approximation is used to transform the integral term into the discrete-time domain because it is the most straightforward technique.The proportional term is directly used without ap-proximation.P term:K p e(t)=K p e(k).(29)I term:K itτ=0e(τ)dτ∼=K iki=0h2[e(i)+e(i−1)].(30)Time relationship:t=k∗hwhereh sampling period;k discrete-time index:k=0,1,2,....For simplification,it is convenient to define new controller gains asK i=K i h2(31)from which one can construct the discrete-time PI control law asu(k)=K p e(t)+K iki=0[e(i)+e(i−1)].(32)Fig.10.PI control algorithm implemented in DSP TMS320F2812.To eliminate the need to calculate the full summation at eachtime step(which would require an ever-increasing amount ofcomputation as time goes on),the summation is expressed as arunning sumsum(k)=sum(k−1)+[e(k)+e(k−1)](33)u(k)=K p e(k)+K i sum(k).(34)These two equations,which represent the discrete-time PIcontrol law,are implemented in DSP TMS320F2812to controlthe overall operation of the inverter.B.Algorithm ImplementationControl signal saturation and integral-mode antiwindup lim-iting are easily implemented in software.In this work,thecontrol signal itself takes the form of PWM outputs from theDSP.Therefore,the control signal is saturated at the valuethat corresponds to100%duty cycle for the PWM.An un-desirable side effect of saturating the controller output is theintegral-mode windup.When the control output saturates,theintegral-mode control term(i.e.,the summation)will continueto increase but will not produce a corresponding increase incontroller output(and hence will not produce any additionalincrease in plant response).The integral can become quite large,and it can take a long time before the controller is able to reduceit once the error signal changes sign.The effects of windup154IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS,VOL.56,NO.1,JANUARY2009Fig.11.PWM switching strategy.Fig.12.Inverter output voltage(V inv)and grid current(I g)for different values of M.(a)V inv for M<0.5.(b)I g for M<0.5.(c)V inv for M>1.0.(d)I g for M>1.0.(e)V inv for0.5≤M≤1.0.(f)I g for0.5≤M≤1.0.SELV ARAJ AND RAHIM:MULTILEVEL INVERTER FOR GRID-CONNECTED PV SYSTEM EMPLOYING PI CONTROLLER 155on the closed-loop output are larger transient overshoot and undershoot and longer settling times.One approach for overcoming the integral-mode windup is to simply limit in software the maximum absolute value allowed for the integral,independent of the controller output saturation [25],as shown in Fig.10.V .S IMULATION AND E XPERIMENTAL R ESULTSA.Simulation ResultsIn order to verify that the proposed inverter can be practically implemented in a PV system,simulations were performed by using MATLAB SIMULINK.It also helps to confirm the PWM switching strategy which then can be implemented in a DSP.Fig.11shows the PWM switching strategy used in this paper.It consists of two reference signals and a triangular carrier signal.Both the reference signals are compared with the triangular carrier signal to produce PWM switching signals for switches S 1−S 5as in Fig.8.Note that one leg of the inverter is operating at a high switching rate equivalent to the frequency of the carrier signal,whereas the other leg is operating at the rate of fundamental frequency (i.e.,50Hz).The switch at the auxiliary circuit S 1also operates at the rate of the carrier signal.As mentioned earlier,the modulation index M will determine the shape of the inverter output voltage V inv and the grid current I g .Fig.12shows V inv and I g for different values of M .The dc-bus voltage is set at 400V (>√2V g ;in this case,V g is 240V)in order to inject current into the grid.Fig.12(a)shows that V inv is less than √2V g due to M being less than 0.5.The inverter should not operate at this condition because the current will be injected from the grid into the inverter,rather than the PV system injecting the current into the grid,as shown in Fig.12(b).Overmodulation condition,which happens when M >1.0,is shown in Fig.12(c).It has a flat top at the peak of the positive and negative cycles because both the reference signals exceed the maximum amplitude of the carrier signal.This will cause I g to have a flat portion at the peak of the sine waveform,as shown in Fig.12(d).To optimize the power transferred from PV arrays to the grid,it is recommended to operate at 0.5≤M ≤1.0.V inv and I g for optimal operating condition are shown in Fig.12(e)and (f),respectively.As I g is almost a pure sinewave,the THD can be reduced compared with that under other values of M .To analyze the performance of the PI current control scheme,a sudden step change is applied to the simulation process.This step change is similar to real-time environment condition (for example,the sun is emerging from the clouds).The step response is monitored,as shown in Fig.13.B.Experimental ResultsThe simulation results are verified experimentally by using a DSP TMS320F2812.The proposed inverter is tested with a PV array of 750W.The module’s ratings are shown in Table II,whereas Table III shows the PV multilevel inverter specifications and its controller parameters.Ten modules are connected in series to produce 750W of peak power.Fig.14Fig.13.Step response of the PI current control scheme.TABLE IIPV M ODULE CHARACTERISTICSTABLE IIIPV M ULTILEVEL I NVERTER S PECIFICATIONS ANDC ONTROLLER PARAMETERSFig.14.Prototype of the five-level PWM inverter.shows the prototype of the five-level PWM inverter.PWM switching signals for the switches are generated by comparing a triangular carrier signal with two reference signals,as shown in Fig.15.Fig.16shows the experimental results for V inv and I g ,whereas Fig.17shows a zoom-in view of both the waveforms.It can be seen that V inv consists of five levels of output voltage,and I g has been filtered to resemble a pure sinewave.The modulation index M is 0.8.For M that is less than 0.5,V inv is156IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS,VOL.56,NO.1,JANUARY2009Fig.15.PWM switching signals for S1–S5.(a)S1.(b)S2and S3.(c)S4 and S5.less than √2V grid.Therefore,current will be injected from thegrid into the PV system,as shown in Fig.18.This condition should be avoided to protect the PV system from damage.For the case of M being more than1.0,the results are not shown because the PV system is designed to operate at condi-tion of M being less than one.This is done by calculating the input current and voltage corresponding to the output voltage and current.Then,M is varied accordingly for the inverterto Fig.16.Experimental result of V inv and I g for M=0.8.Fig.17.Zoom-in view of Fig.16.Fig.18.Experimental result of V inv and I g for M=0.2.operate at minimum and maximum power conditions.Below the minimum power condition(for example,during heavy clouds or nighttime)or above the maximum power condition (for example,over rating of PV arrays which exceeds the rating of the inverter),the inverter should not operate to ensure the safety of the PV system and the environment.THD and power factor measurements for the proposed in-verter are measured by using FLUKE43B Power QualitySELV ARAJ AND RAHIM:MULTILEVEL INVERTER FOR GRID-CONNECTED PV SYSTEM EMPLOYING PI CONTROLLER157Fig.19.THD result of the proposed multilevel PV inverter voltage waveform shown in Fig.17.Fig.20.Grid voltage V g and grid current I g at near-unity power factor.Analyzer.The THD is shown in Fig.19.This result is mea-sured corresponding to Fig.16where the M value is 0.8.The corresponding power factor is measured,and the result is shown in Fig.20.It is notable that both the grid voltage V g and the current injected into the grid I g are in phase with a power factor of 0.96.The results from the five-level PWM inverter are compared with those from the three-level PWM inverter in terms of THD.Fig.21shows the conventional three-level PWM inverter for grid-connected PV application.The same current control techniques were used to control the overall performance of the inverter.The only difference between Fig.21and Fig.9is the elimination of auxiliary circuit,and therefore,only one dc-bus capacitor is used.The resulting waveform of V inv and I g is shown in Fig.22.The results were taken at almost the same environmental conditions to ensure that I g is similar to the measurement made for the five-level inverter.As shown in Fig.23,THD measurement for the three-level inverter is much higher when compared with that for the five-level inverter.This proves that multilevel inverters can reduce the THD which is an essential criterion for grid-connected PVsystems.Fig.21.Conventional three-level PWM inverter for PVapplication.Fig.22.Experimental result of V inv and I g for the three-level PWMinverter.Fig.23.THD result of the three-level PV inverter.Efficiency measurement has been carried out to compare the efficiency of the three-level PWM inverter with that of the five-level PWM inverter for PV application.The measured158IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS,VOL.56,NO.1,JANUARY2009efficiency of the three-level PWM inverter is approximately 90%,whereas that of thefive-level PWM inverter is86%.As expected,the efficiency of thefive-level PWM inverter is lower compared with that with the conventional three-level PWM inverter.The main reason is the addition of the auxiliary circuit between the dc–dc boost converter and the full-bridge inverter configuration.Switching losses of switch S1in the aux-iliary circuit have caused the efficiency of thefive-level PWM inverter to be approximately4%less than that of the three-level PWM inverter.However,simulation and experimental results show that the THD of the proposed inverter is lower when compared to that of the conventional three-level PWM inverter, which is an important element for grid-connected PV systems.VI.C ONCLUSIONThis paper presented a single-phase multilevel inverter for PV application.It utilizes two reference signals and a carrier signal to generate PWM switching signals.The circuit topol-ogy,modulation law,and operational principle of the proposed inverter were analyzed in detail.A digital PI current control algorithm is implemented in DSP TMS320F2812to optimize the performance of the inverter.Experimental results indicate that the THD of thefive-level inverter is much lesser than that of the conventional three-level inverter.Furthermore,both the grid voltage and the grid current are in phase at near-unity power factor.R EFERENCES[1]J.M.Carrasco,L.G.Franquelo,J.T.Bialasiewicz, E.Galvan,R.C.PortilloGuisado,M.A.M.Prats,J.I.Leon,and N.Moreno-Alfonso,“Power-electronic systems for the grid integration of renewable energy sources:A survey,”IEEE Trans.Ind.Electron.,vol.53,no.4,pp.1002–1016,Aug.2006.[2]V.G.Agelidis,D.M.Baker,wrance,and C.V.Nayar,“Amultilevel PWM inverter topology for photovoltaic applications,”in Proc.IEEE ISIE,Guimarães,Portugal,1997,pp.589–594.[3]S.Kouro,J.Rebolledo,and J.Rodriguez,“Reduced switching-frequency-modulation algorithm for high-power multilevel inverters,”IEEE Trans.Ind.Electron.,vol.54,no.5,pp.2894–2901,Oct.2007.[4]S.J.Park,F.S.Kang,M.H.Lee,and C.U.Kim,“A new single-phasefive-level PWM inverter employing a deadbeat control scheme,”IEEE Trans.Power Electron.,vol.18,no.18,pp.831–843,May2003.[5]L.M.Tolbert and T.G.Habetler,“Novel multilevel inverter carrier-basedPWM method,”IEEE Trans.Ind.Appl.,vol.35,no.5,pp.1098–1107, Sep./Oct.1999.[6]M.Calais,L.J.Borle,and V.G.Agelidis,“Analysis of multicarrier PWMmethods for a single-phasefive-level inverter,”in Proc.32nd Annu.IEEE PESC,Jun.17–21,2001,vol.3,pp.1173–1178.[7]N.S.Choi,J.G.Cho,and G.H.Cho,“A general circuit topology ofmultilevel inverter,”in Proc.22nd Annu.IEEE PESC,Jun.24–27,1991, pp.96–103.[8]G.Carrara,S.Gardella,M.Marchesoni,R.Salutari,and G.Sciutto,“Anew multilevel PWM method:A theoretical analysis,”IEEE Trans.Power Electron.,vol.7,no.3,pp.497–505,Jul.1992.[9]A.Nabae and H.Akagi,“A new neutral-point clamped PWM inverter,”IEEE Trans.Ind.Appl.,vol.IA-17,no.5,pp.518–523,Sep./Oct.1981.[10]J.Pou,R.Pindado,and D.Boroyevich,“V oltage-balance limits in four-level diode-clamped converters with passive front ends,”IEEE Trans.Ind.Electron.,vol.52,no.1,pp.190–196,Feb.2005.[11]S.Alepuz,S.Busquets-Monge,J.Bordonau,J.Gago,D.Gonzalez,andJ.Balcells,“Interfacing renewable energy sources to the utility grid using a three-level inverter,”IEEE Trans.Ind.Electron.,vol.53,no.5, pp.1504–1511,Oct.2006.[12]T.Meynard and H.Foch,“Multi-level choppers for high voltage applica-tions,”Eur.Power Electron.J.,vol.2,no.1,pp.45–50,Mar.1992.[13]D.-W.Kang,B.-K.Lee,J.-H.Jeon,T.-J.Kim,and D.-S.Hyun,“A sym-metric carrier technique of CRPWM for voltage balance method offlying capacitor multilevel inverter,”IEEE Trans.Ind.Electron.,vol.52,no.3, pp.879–888,Jun.2005.[14]B.-R.Lin and C.-H.Huang,“Implementation of a three-phase capacitor-clamped active powerfilter under unbalanced condition,”IEEE Trans.Ind.Electron.,vol.53,no.5,pp.1621–1630,Oct.2006.[15]M.Marchesoni,M.Mazzucchelli,and S.Tenconi,“A non conventionalpower converter for plasma stabilization,”in Proc.IEEE Power Electron.Spec.Conf.,1988,pp.122–129.[16]J.Rodriguez,P.Hammond,J.Pontt,R.Musalem,P.Lezana,andM.Escobar,“Operation of a medium-voltage drive under faulty con-ditions,”IEEE Trans.Ind.Electron.,vol.52,no.4,pp.1080–1085, Aug.2005.[17]X.Kou,K.Corzine,and M.Wielebski,“Overdistention operation ofcascaded multilevel inverters,”IEEE Trans.Ind.Appl.,vol.42,no.3, pp.817–824,May/Jun.2006.[18]J.Rodriguez,i,and F.Z.Peng,“Multicarrier PWM strategies formultilevel inverters,”IEEE Trans.Ind.Electron.,vol.49,no.4,pp.724–738,Aug.2002.[19]M.Calais,V.G.Agelidis,and M.S.Dymond,“A cascaded inverterfor transformerless single phase grid-connected photovoltaic systems,”in Proc.31st Annu.IEEE PESC,Jun.18–23,2001,vol.3,pp.1173–1178.[20]M.H.Rashid,Power Electronics:Circuits,Devices,and Applications,3rd ed.Englewood Cliffs,NJ:Prentice-Hall,2004.[21]N.Mutoh and T.Inoue,“A control method to charge series-connectedultraelectric double-layer capacitors suitable for photovoltaic generation systems combining MPPT control method,”IEEE Trans.Ind.Electron., vol.54,no.1,pp.374–383,Feb.2007.[22]T.Esram and P.L.Chapman,“Comparison of photovoltaic array max-imum power point tracking techniques,”IEEE Trans.Energy Convers., vol.22,no.2,pp.439–449,Jun.2007.[23]N.Femia,G.Petrone,G.Spagnuolo,and M.Vitelli,“Optimizing duty-cycle perturbation of P&O MPPT technique,”in Proc.35th Annu.IEEE PESC,Jun.20–25,2004,vol.3,pp.1939–1944.[24]X.Liu and L.A.C.Lopes,“An improved perturbation and observationmaximum power point tracking algorithm for PV arrays,”in Proc.IEEE 35th Annu.PESC,Jun.20–25,2004,vol.3,pp.2005–2010.[25]D.M.Aletr,“Thermoelectric cooler control using TMS320F2812DSP and a DRV592power amplifier,”Texas Instruments,Dallas,TX, Appl.Rep.Jeyraj Selvaraj was born in Kedah,Malaysia,in1980.He received the B.Eng.(Hons)degree fromMultimedia University,Cyberjaya,Malaysia,and theM.Sc.degree in power electronics and drives fromthe University of Birmingham,Birmingham,U.K.,and University of Nottingham,Nottingham,U.K.,in2002and2004,respectively.He is currently workingtoward the Ph.D.degree at the Center of Research forPower Electronics,Drives,Automation and Control(UMPEDAC),Department of Electrical Engineer-ing,University Malaya,Kuala Lumpur,Malaysia. His research interests include single-and three-phase multilevel inverters, digital proportional–integral current control techniques,photovoltaic inverters, and dc–dcconverters.Nasrudin A.Rahim(M’89–SM’08)was born inJohor,Malaysia,in1960.He received the B.Sc.(Hons.)and M.Sc.degrees from the Universityof Strathclyde,Glasgow,U.K.,and the Ph.D.de-gree from Heriot–Watt University,Edinburgh,U.K.,in1995.He is currently a Professor in the Department ofElectrical Engineering,University of Malaya,KualaLumpur,Malaysia,and the Director of the Center ofResearch for Power Electronics,Drives,Automationand Control(UMPEDAC).Prof.Rahim is the Chairman of the working group WG-8covering reluc-tance motors of the IEEE Motor Subcommittee under the IEEE-PES Electric Machinery Committee.His research interests include power electronics,real-time control systems,and electrical drives.。