逆变器的设计技术
逆变器设计手册
逆变器设计手册一、引言逆变器是一种可以将直流电能转换为交流电能的设备，其在电力转换领域具有重要的应用价值。
逆变器的设计是一项复杂的工作，需要综合考虑功率输出、效率、稳定性、可靠性等因素。
本手册将介绍逆变器设计的基本原理、常见的设计方法和注意事项，帮助读者全面了解逆变器设计的要点。
二、逆变器的工作原理逆变器的基本原理是利用电子器件将直流电能转换为交流电能。
在逆变器中，通过高频开关器件（如MOS管、IGBT等）将直流输入电压切换成高频脉冲信号，再经过滤波电路和逆变电路得到所需的交流输出电压。
逆变器的输出电压可以是单相交流电压、三相交流电压，或者其他特定的输出形式。
三、逆变器的分类按输出电压形式，逆变器可以分为单相逆变器和三相逆变器。
单相逆变器的输出电压是单相交流电压，适用于家庭和小型商业应用。
三相逆变器的输出电压是三相交流电压，适用于工业和大型商业应用。
根据电压输出方式，逆变器又可以分为串联逆变器和并联逆变器。
四、逆变器设计的要点1.功率输出：逆变器的功率输出能力是设计的核心要点。
要根据应用需求确定所需的功率范围，并选择适当的器件和拓扑结构来实现。
2.效率：逆变器的效率是衡量其性能好坏的重要指标。
要通过合理的设计来降低功率损耗，提高整体效率。
3.稳定性：逆变器在工作过程中要保持稳定输出，不出现波动和干扰。
要通过稳压和稳流控制来实现稳定的输出。
4.保护功能：逆变器在工作过程中要具备过流、过压、过温等保护功能，以保证设备的安全可靠。
5.电磁兼容性：逆变器在工作过程中要控制电磁辐射和电磁干扰，以减少对其他电子设备的影响。
六、逆变器设计的常见方法逆变器的设计有几种常见的方法，如以下几种：1.基于PWM控制的逆变器：利用脉宽调制技术，控制开关器件的导通时间，实现对输出波形的控制。
2.基于谐振技术的逆变器：利用谐振电路和谐振开关器件，实现对输出波形的控制，提高转换效率。
3.基于电压源逆变器的设计：以电压源逆变器为基础，通过逆变电路的设计和控制，实现稳定电压输出。
光伏逆变器设计专业技术方案
光伏逆变器设计方案基于光伏并网逆变器的基本原理和控制策略，设计了并网型逆变器的结构，其采用了内置高频变压器的前后两级结构，即前级DC/DC高频升压，后级DC/AC工频逆变。
该设计模式具有电路简单、性能稳定、转换效率高等优点。
在能源日益紧张的今天，光伏发电技术越来越受到重视。
太阳能电池和风力发电机产生的直流电需要经过逆变器逆变并达到规定要求才能并网，因此逆变器的设计关乎到光伏系统是否合理、高效、经济的运行。
1、光伏逆变器的原理结构光伏并网逆变器的结构如图1所示，主要由前级DC/DC变换器和后级DC/AC逆变器构成。
其基本原理是通过高频变换技术将低压直流电变成高压直流电，然后通过工频逆变电路得到220V交流电。
这种结构具有电路简单、逆变电源空载损耗很小、输出功率大、逆变效率高、稳定性好、失真度小等优点。
图1光伏逆变器结构图逆变器主电路如图2所示。
DC/DC模块的控制使用SG3525芯片。
SG3525是双端输出式SPWM脉宽调制芯片，产生占空比可变的PWM波形用于驱动晶闸管的门极来控制晶闸管通断，从而达到控制输出波形的目的。
作为并网逆变器的关键模块，DC/AC模块具有更高的控制要求，本设计采用TI公司的TMS320F240作为主控芯片，用于采集电网同步信号、交流输入电压信号、调节IGBT门极驱动电路脉冲频率，通过基于DSP 芯片的软件锁相环控制技术，完成对并网电流的频率、相位控制，使输出电压满足与电网电压的同频、同相关系。
滤波采用二阶带通滤波器，是有源滤波器的一种，用于传输有用频段的信号，抑制或衰减无用频段的信号。
其可以有效地滤除逆变后产生的高频干扰波形，使逆变后的电压波形达到并网的要求。
图2逆变器主电路2、DC/DC控制模块SG3525是专用于驱动N沟道功率MOSFET的PWM控制芯片。
SG3525的输出驱动为推拉输出形式，可直接驱动MOS管；内部含有欠压锁定电路、软启动控制电路、PWM锁存器，具有过流保护功能，频率可调，同时能限制最大占空比。
电力电子技术中的逆变器设计与优化
电力电子技术中的逆变器设计与优化逆变器是电力电子领域中一种重要的设备，其作用是将直流电转换为交流电。
在现代工业和生活中，逆变器得到了广泛应用，如电力传输、太阳能发电系统、电动车等。
本文将重点探讨电力电子技术中的逆变器设计与优化。
一、逆变器的基本原理逆变器是一种能够将直流电源转换为交流电源输出的电力电子装置。
其基本原理是通过控制开关器件的开关状态和脉宽，实现直流电到交流电的转换。
具体来说，逆变器将直流电源经过整流、滤波等处理后的直流电转换为高频交流电，再经过滤波电路得到稳定的交流电输出。
二、逆变器设计要素1. 开关器件的选择：逆变器中常用的开关器件有晶体管和功率MOSFET。
根据应用的不同需求选择合适的开关器件，例如功率大、频率高的应用一般选择功率MOSFET。
2. 控制策略的设计：逆变器的控制策略直接影响其输出性能和效率。
常见的控制策略有脉宽调制（PWM）和多脉冲宽度调制（MPWM）。
通过调节开关器件的开关脉冲宽度，实现对输出电压的调节和控制。
3. 滤波电路设计：逆变器的输出是一个脉动的交流信号，需要经过滤波电路降低谐波，以获得稳定的交流电输出。
常用的滤波电路包括LC滤波电路和LCL滤波电路。
4. 保护电路设计：逆变器在工作过程中可能会遇到过电流、过压、过温等故障情况，需要设计相应的保护电路来确保逆变器的可靠运行。
常见的保护电路包括过电流保护、过温保护和短路保护等。
三、逆变器优化方法1. 提高逆变器的转换效率：逆变器的转换效率直接影响其能源利用率。
通过优化控制策略、减小开关器件的导通和开关损耗，以及选择低损耗的材料和元件等方法可以提高逆变器的转换效率。
2. 优化滤波电路：逆变器输出波形中的谐波会影响电能的传输和使用，同时也可能对电网和其他设备造成干扰。
通过优化滤波电路的参数和结构，减小谐波含量，可以提高逆变器的输出质量。
3. 降低逆变器的体积和重量：在一些应用场景中，逆变器的体积和重量是一个重要考量因素。
逆变器的制作方法
逆变器的制作方法逆变器是一种将直流电转换为交流电的电气设备。
它在太阳能发电、电池储能系统、风力发电等应用中起着重要作用。
下面将介绍逆变器的制作方法，包括材料准备、电路设计和装配等步骤。
1.材料准备制作逆变器的材料通常包括以下几个方面：-整流器：用于将直流电转换为交流电。
可以使用晶体管、MOSFET器件或开关管等。
-滤波器：用于滤除交流电中的噪声和谐波，使输出电流更加稳定和纯净。
-控制器：用于监测和控制逆变器的工作状态，保证其正常运行。
-并联二用逆变器（若需要）：用于扩大逆变器的功率输出。
2.电路设计逆变器电路的设计复杂度取决于功率要求和具体应用场景。
以下是一个基本的逆变器电路设计：-输入电压：根据具体需求选择适当的直流电源电压。
-整流器：选择适当的整流器器件，如MOSFET，以实现将直流电转换为交流电。
-控制器：设计一个控制器，监测逆变器的工作状态并调节其输出。
-滤波器：根据需要设计一个滤波器电路，用于滤除输出交流电中的噪声和谐波。
-输出：连接交流负载，如灯泡、电动机或电子设备等。
3.装配和调试完成了逆变器电路的设计后，就可以进行装配和调试了：-将电路中的各个组件和器件按照设计连接在一起。
-检查电路的连接是否正确，确保没有短路或接触不良的情况。
-打开输入直流电源，观察输出交流电压和频率是否符合要求。
-如果存在问题，可以通过调节控制器、更换元件或调整电路参数等方式进行调试。
需要注意的是，逆变器的制作需要一定的电子技术基础和知识，对于初学者来说可能会有一定的难度。
此外，逆变器涉及到高电压和高频电路，操作时需要格外小心，避免电击和过电流等危险。
总结：制作逆变器的方法包括材料准备、电路设计和装配调试等步骤。
需要根据具体需求选择适当的材料和器件，并理解逆变器电路的工作原理。
逆变器的制作需要一定电子技术基础和注意安全，同时可以根据实际情况进行调试和优化。
逆变器的设计技术
逆变器的设计技术逆变器的设计技术及电路拓扑纵览Trace Engineering Company,Inc.U.S.A 著董文斌译二一年第一部分电子开关类型Electronic Switch Types这一部分我们将考查业已用于和正在运用于逆变器设计的各种开关类型逆变器上使用的这些开关的使用目的就在于把直流电DC分解成脉冲列而这些脉冲随之可能被应用于变压器或滤波器系统而产生高压交流电AC由于开关的设计技术和性能持续改进提高使得逆变器效率不断提高体积不断减小功率水平不断增大由于生产工艺的改进和采用新材料半导体开关类型已发生了巨大的变化由低质量开关导致的损失已经大大减少了而且每天都有新的进步产生下面让我们首先来考查几种不同类型的开关一.振动变流器开关 Vibrator Switches最早的商业上的逆变器比如Tripplite是通过使用机械振动变流器实现逆变器内的开关功能的这种类型的开关本质上是一种振动继电器;这种振动变流器有很强的处理大电流的能力而且阻性损耗很低总的说来振动变流器解决了一些实际问题即应付了一时之需或者说在半导体尚未发明之前虽然当时效率低下且需要很高工作电压的真空管作为新型电子元件是可用的但真空管的特性决定了它是不可能用于逆变器设计的,振动变流器就是问题的解决方案振动变流器最大的缺点就是事实上它们是一个机械装置而且可能可靠性很低触点遭受电弧的烧灼当有允许的持续的电流流过时某些情况下会把触点焊接在一起半导体一出现振动变流器类型的开关就被半导体完全取代了二.可控硅整流开关Silicon Controlled Rectifier (SCR’s)可控硅整流型开关称为SCR’s已经取代了机械振动变流器开关这种开关完全是固态的且能量的流通是被一个门控制的当门极电流达到一定的阀限则可控硅整流器就会导通,且只有当门极电流降到其关断极限以下时可控硅才会关断这样就可以把可控硅看作一个闭锁型的电子继电器可控硅突出的一点是其处理大电流的能力某些类型的可控硅可高达1000A和在高电压下良好工作其缺点是有较高的静态压降典型地超过1.0V 和很低的开关速度这使得它不适用于高频应用可控硅的另一个问题是其关断能力即在什么情况下可控硅不会关断现在可控硅仍然在那些空载损耗占总的输出能量极小百分比的应用中广泛运用着比如某种20KW的逆变器三.达林顿晶体管 Darlington Transistors达林顿对晶体管是稍后一种用于逆变器的开关元件容易制备的锗晶体管在高效工作情况下很难有足够高的增益锗晶体管的典型增益为10这意味着要驱动流过晶体管的60A的工作电流必须有6A的驱动电流显然效率太低了达林顿晶体管开关的出现解决了这样一个问题获得了高增益一般地它的增益大于100这种开关的工作性能良好但有两个缺陷使得它不适合于某些类型的逆变器它的高阻抗特性必然意味着低效率另外低的开关速度意味着其在高频逆变器应用中是不适合的四.金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET Metal OxideSemiconducting Field Effect Transistor最新最伟大的开关技术是金属氧化物半导体场效应晶体管的出现在某些方面场效应晶体管解决了逆变器设计中遇到的所有问题场效应管本质上是一个可变电阻其通态电阻非常低而且场效应管易于驱动在电路中易于连接它的损耗很小通流能力很好60100A场效应晶体管可能的很少缺点当中之一是它们不能在高压下操作而且通流能力仍然达不到SCR的水平然而场效应晶体管非常易于并联工作场效应晶体管由于其坚固耐久性是中等功率应用的理想元件实践证明不论高频还是低频场效应管都是逆变器应用的一种卓越的开关类型五. 绝缘栅双极型晶体管IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)IGBT像一个带有场效应控制栅极的双极型晶体管就像场效应晶体管IGBT易于驱动但不象场效应晶体管有很高的静态压降典型地不低于1.52V IGBT集合了SCR的某些特性,比如非常好的高工作电压和大电流处理能力以IGBT太慢的开关速度使得把IGBT用于高频电路变成一件非常复杂的任务在一定高的工作频率下应用这种类型的开关是有许多益处的但必须承担为使其可靠高效工作而进行设计所带来的花费和复杂劳动另外较高的空载损耗使得这种开关更适合运用于大功率高电压领域第二部分逆变器电路拓扑和设计实践Inverter Topologies and Design Practices 许多拓扑结构或者说电路设计已经大大推动了由低压直流电源建立高压交流电这一逆变技术的进步这一部分将考查过去现在和将来的电力逆变器的设计技术一.方波和改善方波逆变器1.基于低频变压器的逆变器下面的电路拓扑都是基于在低压直流边有低频开关并把直流脉冲加到一个升压变压器上的结构两种常见的电路拓扑是推挽电路和H桥电路推挽拓扑适合于产生方波和改善方波输出而H桥用于产生方波或正弦波输出通常的基于低频变压器的逆变器流程图表示如下:2.方波逆变器方波逆变器的名称来源于其输出波形的形状见图1图1 方波输出波形方波逆变器是最初的电子逆变器最早的逆变器如Ttipplite,利用机械振动变流器形式的开关把低压直流电分解成脉冲,这些脉冲被输入到一个变压器经变压器升高电压随着半导体开关的兴起机械振动变流器已完全被固态晶体管开关取代最常见的电路拓扑是用于产生方波输出的推挽电路见图2图2 推挽电路--方波输出推挽电路设计实际的基本工作原理如下上面的晶体管开关关闭使得电流从电池负极通过变压器初级绕组流向正极这就在变压器副边建立起一个电压,这个电压等于电池电压的若干倍(实际上就是变压器的变比,初次级线圈的匝数比)注:在同一时刻只有一个开关闭合(见下面图4A所示).经过大约8ms时间(60Hz交流周期的一半)后,开关被触发上面的开关打开,下面的开关关闭使电流以相反的方向流过(见下面图4B所示)这个周期反复重复,高压交流电就产生了图4A 图4B 采用推挽电路这种方式的主要问题是变压器中的电流不得不瞬间转换方向这就像一辆以每小时50公里速度行驶的汽车突然转向一样,这导致效率突然降低,同时也使波形发生了畸变另一个缺陷是一个作为推挽电路设计的变压器必须有两个初级绕组.这种变压器设计的要求是一项复杂的任务,而且增加成本体积又笨重方波逆变器仍在生产并广泛应用着但它有几个主要的缺陷输出波形中有很高的总谐波畸变THD,T otal Harmonic Distortion这种波形的电力用于驱动马达时由于会产生过热所以马达不会很好工作这是由其波形特性及缺乏电压调节能力决定的----输出脉冲电压的峰值直接取决于电池电压由于变压器变比是固定的电池电压的任何变化都会影响到输出峰值电压对方波来讲电压有效值等同于峰值电压进而输出功率取决于电池电压最后大多数方波逆变器都有很普通的效率典型地大约为80%而且空载损耗很高3.改善方波逆变器在推挽方波电路中加入一个额外的绕组及其它一些部件就可输出改善方波(市场上常见的通常称为改善正弦波) (见图5)图5 改善方波开关的开关周期除了一个额外的步骤外,和方波逆变器部分的描述是一样的在开关周期中,多了一个用以消除变压器中电流突然换相带来的问题的步骤这是通过图6中所示的一个关断时刻短接线圈off-time shorting winding 来完成的当一个开关打开另一个开关闭合前通过短接线圈的开启闭合有效地耗掉了变压器中的电流这就像一辆小轿车先减速然后掉头一样这就比先前提到的情况好多了关断时刻短接为输出波形提供了一个绝好的过零方法这等同于为此使用更多的电子设备另外的好处是提高了效率降低了总的谐波畸变有些制造商通过在交流输出线上直接加接一个固态开关来实现关断时刻短接功能这种方法当然可以采用但这个开关和交流输出线是不隔离的因而易于遭受由电抗性负载如电机引起的瞬态输出变化而损坏把短接线圈设在变压器上更可取因为它和交流输出是隔离的图6 带有短接线圈的推挽电路改善方波的主要优点在于它可以通过改变脉冲宽度(或者说改变关断时间)来调节输出电压的有效值RMS,Root-Mean-Square调节脉冲宽度即使之宽度变化的方法指的是脉冲宽度调制PWM,Pulse Width Modulation技术有效值调节的实质是把波形的内部面积等效为全部时间内的面积由于峰值电压或说脉冲高度是由电池电压和变压器变比决定的正如前面提到的一样当峰值电压增大时在脉冲宽度不变的情况下脉冲内部面积必然增大方波逆变器对电压有效值的增加无能为力但是若PWM控制允许脉冲宽度变窄那么就可以保持波形内部面积为定值见图7B图7B 利用PWM调节电压有效值相反地如果电池电压减小那么输出电压有效值也将减小如果脉冲宽度不变在这种情况下可以通过减小脉冲的宽度实现对电压有效值的调节增大或减小脉冲宽度是通过控制晶体管开关的开通关断的时间来实现的事实上存在这样一点随着脉冲宽度的增加过零时间点将不再出现实际上这时候呈现出的正是方波超过这一点电压有效值就不再可调了改善方波逆变器比之于方波逆变器是一个巨大的进步它们提供了一种很好的电压调节方式具有很低的总谐波畸变和较高的总体效率电动机在改善方波电压的驱动下可以良好运行其它电气设备也可无故障地运行4.推挽电路概要推挽电路结构是电子逆变技术发展过程中的第一步它的一些主要缺点是变压器设计太过复杂对方波设计而言变压器损耗太大其优点是电路的整体设计简单制造成本低廉现在仍然有许多制造商把推挽电路结构运用于电力逆变器二.H桥逆变器H桥结构与推挽结构一样可以完成大致相同的任务.这种结构的主要优点是其变压器初级绕组只需一个绕组H桥逆变器是随着半导体晶体管技术的发展而出现的由于电流要流经串联的两只晶体管开关(而不是推挽电路中的一只),这意味者其损耗将是旧式推挽逆变器的两倍这就使得推挽电路成为产生方波和改善方波的基本电路场效应晶体管的出现使得人们可以更容易地运用H桥电路图8所示为即为一个H桥电路开关的布置情况晶体管被分成四个组或四个角,桥的中间通过变压器原边连接起来形成一个H形实际上每一组晶体管开关都是由多个晶体管并联组成的为的是在开关导通时可以处理很大的电流并且有较低的损耗称作晶体管的通态损耗另外必须注意到在H桥电路的变压器上没有关断时刻短接线圈电流仍然转换方向但现在是通过同时关闭底部的两组开关完成短接功能的这样在上面的开关打开后可以有效地短接变压器的初级线圈移除残余的电流图8 H桥拓扑结构就像推挽电路一样晶体管以一种有序而具体的方式打开闭合以产生波形的每一部分这种方式如下所述桥的相对的两角的开关闭合允许电流从电池的负极经变压器原边绕组流回电池的正极端图9A这个电流在变压器的副边也激发起一个电流其对应的峰值电压等于电池电压的若干倍当然这个倍数就是变压器的变比经过一段时间(随对电压调节的脉冲宽度调制控制而不同),先前闭合的开关打开,底部的两组晶体管开关闭合实现关断时刻短接(图9B)开通时间和关断时间长度(或称为脉冲的宽度)是由PWM控制器决定的下一步,在A中另一组对角的开关闭合,允许电流以A中相反的方向流过变压器(图9C)这半个周期完成以后,底部的开关关闭实现关断时刻短接,随之这样的周期重复发生,交流电产生了A B C两对角关闭关断时刻短接相反两角关闭图9 H桥状态示意图H桥设计的效率主要依赖于所使用的晶体管开关的品质和并联晶体管的数目这种设计的损耗绝大多数发生在晶体管开关上,所以随着晶体管技术的进步,使基于H桥的逆变器的性能的提高也会成为可能使用H桥电路的逆变器的例子是Trace工程公司的DR和SW系列逆变器三.双变压器低频逆变器用以产生改善方波的双变压器方案等同于两个方波输出且变压器次级线圈串接在一起的推挽逆变器低频图10通过合理安排两个逆变器开关的开关时间使得它们彼此不同相地工作结果的波形就是改善方波Heliotrope 逆变器就是应用双变压器设计的图10 双变压器仅为改善方波这种变压器中开关的工作方式和前面在推挽逆变器中所描述的是一样的图11所示的为每个变压器的输出波形以及整个的输出结果通过调节两方波形间的相位关系是可以实现最终输出的脉冲宽度调节的图11双变压器输出波形四. 高频逆变器HF Inverter高频逆变器是另一种由低压直流建立高压交流的途径其名称当中的高频是指晶体管开关的速度这种逆变器先把蓄电池低压直流变为低压交流之后经过一个高频变压器产生高压交流这个高压交流随之被整流变回直流变成高压直流最后通过一个低频开关一个H桥产生交流电高频变压器输出可能是改善方波或正弦波高频设计的缺陷是起动电动机或电抗性负载时的抗浪涌能力比较差而且实际上其部分晶体管与交流输出并不是隔离的由电抗性负载引起的瞬态现象极可能导致输出晶体管的损坏另外一般地高频逆变器的负极并不和交流输出隔离以下所示为一个高频改善方波输出逆变器的流程图高频逆变器流程图晶体管开关的结构是一个变压器原边被一个高压源代替的H桥型开关布局且通常是倒转使用的图12高压开关的作用是把输入的低压直流变成高压直流输出高压电源的正负极端通过桥交替地和交流输出线接通这样一来输出脉冲宽度被调制了这提供了一种极好的电压调节功能图12 基于H桥电路的高频逆变器在高频逆变器中被通断的电压是直流高压.在一个基于H桥的低频逆变器里,电池的低压直流通过变压器被通断高频设计的关断时刻短接是通过开闭连接交流输出边且在高压直流开关零电压边的两个晶体管实现的.谨记:在开关转换其间开关必须要进行开关时刻短接下面三幅图是高频逆变器一个周期内开关状态的示意由于H桥开关已经讨论过,故这里仅给出关于输出级开关状态的图解描述和电流的流向图13 高频逆变器H桥开关状态图高频开关逆变器的主要优点是重量轻体积小在小功率逆变器功率低于300W当中高频逆变器的成本是较低的高频逆变器的缺点是其抗浪涌能力很差这当然是由于其基于桥式电路的开关能量转换特性决定的这限制了它在电动机性负载中的应用由于晶体管开关和输出交流负载间没有变压器的隔离且电路中的电流就像飞轮一样突然快速转向这使得驱动感性负载时晶体管非常易于损坏高频逆变器呈现出很高的空载电流这是由于其高压开关经常地在运行而且这通常会导致高频信号对电视无线广播信号的干扰五. 正弦波输出逆变器就像改善方波和方波逆变器一样有多种途径和电路拓扑已经被用来设计正弦波输出的逆变器这些逆变器由于在驱动负载方面更像公共电网而变得十分可取其缺陷就是构造这种逆变器随之而来的复杂工作和较高的花费正弦波如图14所示图上有几个关键点图14 纯正弦波50z频率六. 旋转变流逆变器最早的从DC到AC的逆变器是旋转变流逆变器实质上这种设备是一台由直流电动机拖动的交流发电机见图5旋转变流逆变器的优点是可以产生非常纯的正弦波输出当然这是以其极低的效率典型地为60%和非常高的空载损耗为代价的图15 旋转变流逆变器系统框图Redi-Line公司仍然生产旋转变流逆变器它们仍在伺服机车和航空器上广泛应用着尽管已在提高效率方面有了一些技术上的进步但大部分已过时了旋转变流逆变器的可靠性非常高但更多的缺陷诸如太差的抗浪涌能力起动电机笨重庞大的体积和很大的工作噪音已把这种类型的逆变器推到了一种即将退出但还没有退出历史舞台的境地七. 亚铁共振变压器逆变器亚铁共振正弦波输出逆变器利用的是某种变压器的感应特性感应器就是一个可以储存能量并且试图反抗电路中的电流的变化的线圈绕组一个感应器就像一个磁性飞轮换句话说如果把电压加到感应器上感应器将会抵抗并试图减慢电流的上升相反地如果电流已经在流过感应器且突然移去感应器就会释放自身存储的能量并试图阻止电流归零结果电流的降落时间被延长这种反作用就体现为阻止电流的变化不幸的是这种感应导致了变压器有一种相对较低的效率典型的为50%而且波形极易受负载波动而变形把一个具有很高感应系数的亚铁共振变压器作为一个滤波器设置在低频方波或改善正弦波逆变器的输出端,便可产生粗糙的近似正弦波.下图所示为一个基本的亚铁共振变压器的流程图.图16所示为一个亚铁共振变压器的工作情况当波形开始上升时,亚铁共振变压器延缓了波形的上升时间(图16A)当波形停止上升并开始变平延伸时,变压器把这视为一种电流减小的变化趋势,并释放其能量,由此导致波形出现向上的毛刺(图16B)接着当变压器开关打开时波形开始下落而感应器试图阻止电流的下落因此延缓了波形的下落时间图16C当电流在变压器中换向后这个过程又在负脉冲中重现图16 一台基于亚铁共振变压器的改善方波逆变器的实测波形驱动75W白炽灯负载亚铁共振变压器仍在逆变器中使用着亦或作为抑制输出尖峰的滤波器Topaz和Line Tamer 这两家公司仍把它用作亚铁共振滤波器八. 高频正弦波输出逆变器高频正弦波输出逆变器和高频改善方波逆变器的工作方式几乎是相同的下面所示为其系统流程图高频正弦波输出逆变器和高频改善方波逆变器之间的最大的不同之处在于最终阶段的开关和交流负载之前的滤波器H桥对已经整流而得的高压直流(DC)进行转换并工作在高频状态下低频H桥改善方波方案中每半个周期产生一个脉冲,高频H桥正弦波逆变器用许多宽度不同(PWM)的正高压直流脉冲及负高压直流脉冲在这一点上二者是不同的在交流负载之前滤波器把这些脉冲拉平为正弦波高频正弦波逆变器中晶体管开关的工作过程没有太大的不同仅有一点小的不同当对角的两个开关关闭这两个关闭的开关中的一个在设定的高频脉冲宽度调制时钟点关闭或打开由此产生的高频脉冲列如图16所示在经过一定数量的脉冲后开关就象高频改善方波逆变器中一样进行关断时刻短接之后H桥又转换到相对的另两个开关从头开始一个晶体管导通对的PWM周期开始重复图17输出滤波器通常是感性的滤波器它把由高频H桥产生的脉冲拉平以产生正弦波输出Excel Tech.公司在其高频逆变器设计中就是应用的这种方案正弦波输出的高频逆变器方式工作状态很好但仍不能解决我们在高频改善方波逆变器中提到的问题这些问题包括晶体管与交流输出缺乏隔离太低的抗浪涌能力和太高的空载损耗而且正如前面提到的一样高频开关的干扰也是一个问题九. 低频正弦波逆变器位于华盛顿州的Trace工程公司通过一种有效的途径即由低频逆变器开发出产生正弦波输出的逆变器并获得了专利Trace公司的SW系列逆变器使用一个三个变压器的结合体其中每一个变压器又都有它自己的低频开关它们串联耦合在一起并且被内部相互独立又相互联系的微控制器控制着通过把来自不同变压器的输出加以综合一个阶梯状的正弦波就产生了图18所示为一个Trace公司的SW系列逆变器的输出波形注意其阶梯的台阶组成的波形就是一个正弦波的形状Trace公司的正弦波逆变器输出波形的总的谐波含量典型的为3-5图18 Trace公司SW系列逆变器输出波形多个台阶的输出是通过以一定顺序综合三个变压器以调节电压而形成的波形中无论何处总是每一个交流周期呈现34-52个台阶负载越重或直流输入电压越低,波形中的台阶就越多这种逆变途径的主要缺点是实现起来比较复杂复杂的设计要求必然直接导致成本的提高因而这种逆变器尽管通常比较好但也常常是很昂贵的然而这种逆变器解决了许多在由高频和亚铁共振途径产生正弦波设计中出现的问题正如已论述过的低频逆变器有着很好的抗浪涌能力高效率典型地为85-90%,良好的电压和频率调节功能很低的总的谐波含量十混合高/低频正弦波逆变器把高频逆变器和低频逆变器整合起来就可得到混合频率或说高/低频正弦波输出逆变器其名字来自于这种逆变器吸收运用了高低频两种逆变器的设计方法混合频率逆变器的电路拓扑与H桥改善正弦波逆变器相近不同之。
光伏发电系统中逆变器方案的设计
光伏发电系统中逆变器方案的设计随着可再生能源的不断发展和应用，光伏发电系统已成为一种重要的清洁能源发电方式。
而光伏发电系统中的逆变器作为转换直流电能为交流电能的关键设备，在系统设计中起着至关重要的作用。
本文将从光伏发电系统逆变器的基本原理、设计要求和技术方案等几个方面展开，探讨光伏发电系统中逆变器方案的设计。
一、光伏发电系统逆变器的基本原理光伏发电系统中的太阳能电池板将太阳能转换成直流电能，而交流电力系统则需求交流电能，因此就须要借助逆变器将光伏发电的直流电能转化为电能输出。
逆变器的作用是通过改变电压、频率和相位，将直流电转换为交流电。
逆变器的工作原理主要包括开关元件的控制和功率电子器件的转换过程。
二、光伏发电系统逆变器的设计要求1.效率高：光伏发电系统逆变器的效率对系统的发电量和经济性影响较大，因此要求逆变器的效率尽可能高。
2.稳定性好：光伏发电系统在日常运行中会受到日照、温度等环境因素的影响，因此逆变器需要具有良好的稳定性，能够适应不同的工作环境。
3.可靠性高：作为光伏发电系统的核心部件之一，逆变器的可靠性对系统的发电效率和稳定性至关重要。
4.通信便捷：逆变器需要实时监测光伏发电系统的工作状态、数据参数等信息，并与其他设备进行通信，以实现对系统的有效监控和管理。
三、光伏发电系统中逆变器的技术方案1. 多级逆变器技术方案：多级逆变器是一种将直流电能分阶段进行逆变的技术方案，能够有效降低开关器件的损耗，提高系统的整体效率。
在光伏发电系统中采用多级逆变器技术方案，可以有效提高系统的功率密度和可靠性，从而实现更好的发电效果。
2. 智能控制技术方案：智能控制技术方案是指通过先进的控制算法和通信技术，实现对逆变器的精准控制和实时监测。
通过智能控制技术，可以对光伏发电系统的运行状态进行精准调节，提高系统的稳定性和效率。
3. 模块化设计技术方案：模块化设计技术方案是指将逆变器设计为多个功能模块组成的结构，可以根据实际需要进行灵活组合和扩展。
高效率光伏逆变器的设计与实现
高效率光伏逆变器的设计与实现1.引言随着可再生能源的快速发展，光伏发电作为一种清洁能源的代表，逐渐渗透到我们的日常生活中。
然而，为了将阳光转化为电能，需要将光伏模块输出的直流电转换为交流电，这就需要逆变器的应用。
本文将讨论高效率光伏逆变器的设计与实现，旨在提高太阳能电池系统的效率和稳定性。
2.光伏逆变器的原理光伏逆变器是一种将直流电能转化为交流电能的装置。
其基本原理是通过电子器件对直流电进行整流和逆变，然后经过滤波、稳压等环节，得到规范的交流电输出。
光伏逆变器的设计与实现的关键是提高其转换效率和稳定性。
3.电路拓扑结构的优化在光伏逆变器的设计中，电路的拓扑结构是至关重要的。
常见的拓扑结构包括单相逆变器、三相逆变器和多电平逆变器等。
不同拓扑结构有着不同的特点和应用场景。
为了实现高效率，可以采用多电平逆变器结构，通过增加电平数来降低输出谐波，并且减小开关管的开关频率，降低开关损耗。
4.功率调制技术的应用功率调制技术是提高光伏逆变器效率和稳定性的关键一环。
常见的功率调制技术包括脉宽调制(PWM)和谐波谐波调制(HA). 在PWM技术中，通过控制开关器件的占空比来实现连续调节输出电压和频率，从而实现输出电压和电流的稳定。
而HA技术则是通过调节逆变器输出谐波的比例和幅度来实现对光伏逆变器的效率提升。
这些技术的应用将为光伏逆变器的稳定性和效率提供重要保障。
5.智能控制算法优化光伏逆变器的智能控制算法的优化也非常重要。
智能控制算法可以根据实时的光伏阵列输出功率和电网负荷需求，自适应地调整逆变器的工作状态。
例如，可以通过最大功率点跟踪(MPPT)算法选择最佳的工作点，使得光伏逆变器的输出功率达到最大化。
此外，还可以采用流动能量控制策略来调整逆变器的输出频率和电压，以实现对电网负荷的动态调节。
这些智能化算法的应用将进一步提高光伏逆变器的效率和可靠性。
6.硬件设计方案的优化光伏逆变器的硬件设计方案也是影响其效率和稳定性的重要因素。
光伏逆变器关键技术研究与设计
光伏逆变器关键技术研究与设计光伏逆变器是光伏系统中至关重要的组件，它将直流光伏电能转化为交流电能，以满足电网接入或直接供电的需求。
在光伏逆变器的设计与研究过程中，存在着许多关键的技术问题需要解决。
本文将重点探讨与光伏逆变器关键技术相关的问题，包括功率拓扑结构选择、智能控制技术、提高效率与可靠性等方面的内容，并提出相应的解决方法。
1. 功率拓扑结构选择光伏逆变器的功率拓扑结构直接影响着其性能和效率。
常见的功率拓扑结构包括单相桥式逆变器、全桥逆变器、多电平逆变器等。
在选择功率拓扑结构时，需要综合考虑系统的效率、成本、可靠性等因素。
单相桥式逆变器成本较低，但效率较低；全桥逆变器效率高，但成本较高；多电平逆变器能够提高系统效率和减小谐波，但造价昂贵。
因此，在设计光伏逆变器时，需要根据实际需求综合评估各种拓扑结构的特点，并选择最适合的拓扑结构。
2. 智能控制技术光伏逆变器的智能控制技术是实现其高效稳定运行的关键。
智能控制技术包括最大功率点追踪（MPPT）算法、电流闭环控制、电压闭环控制等。
其中，MPPT算法能够实时调整光伏阵列的工作点，使其始终工作在最大功率点，从而最大限度地提高光伏系统的输出功率。
电流和电压闭环控制能够实现光伏逆变器的稳定运行和系统保护。
因此，在光伏逆变器的设计过程中，应结合实际需求，选择合适的智能控制技术，并进行合理、精确的参数设计。
3. 提高效率与可靠性光伏逆变器的效率和可靠性是影响其运行质量的关键因素。
在提高效率方面，可以从两个方面进行优化。
首先，通过优化功率器件的选择和设计，减少开关损耗，提高转换效率。
其次，通过优化MPPT算法和智能控制技术，确保光伏阵列始终工作在最大功率点，充分利用太阳能资源。
在提高可靠性方面，可以采取多级保护措施，如过压、欠压、过流、过热等保护机制，以应对各种异常工作情况，减少故障率。
此外，光伏逆变器的设计还应考虑到实际应用环境的特点，如气候条件、电网要求等。
逆变器新技术与工程应用实例
逆变器新技术与工程应用实例逆变器是电力电子装置中的一种重要设备，主要用于将直流电转换为交流电。
近年来，随着科学技术的不断发展和创新，逆变器技术也在不断进步。
本文将介绍逆变器的新技术和工程应用实例。
一、新技术1. 模块化设计技术模块化设计技术是将逆变器分成若干个模块进行设计，每个模块具有独立的控制和保护功能。
这种技术使得逆变器的维护更加方便，也提高了逆变器的可靠性。
2. 基于DSP控制器的逆变器技术DSP控制器可以实现高速运算和强大的控制能力，可以对逆变器进行准确的控制和保护。
这种技术可以提高逆变器的效率和可靠性。
3. SiC材料应用技术SiC材料具有高温、高压、高频等特点，可以用于逆变器的电力电子元件。
这种技术可以提高逆变器的效率和功率密度。
二、工程应用实例1. 逆变器在太阳能发电系统中的应用逆变器可以将太阳能电池板产生的直流电转换为交流电，使得太阳能发电系统能够向电网供电。
逆变器在太阳能发电系统中的应用可以提高太阳能的利用效率。
2. 逆变器在风力发电系统中的应用逆变器可以将风力发电机产生的直流电转换为交流电，使得风力发电系统能够向电网供电。
逆变器在风力发电系统中的应用可以提高风力发电的利用效率。
3. 逆变器在电力电子变频空调系统中的应用逆变器可以将电力电子变频空调系统的直流电转换为交流电，使得空调系统能够更加精确地控制温度和湿度。
逆变器在电力电子变频空调系统中的应用可以提高空调系统的效率和舒适性。
总之，逆变器的新技术和工程应用实例不断涌现，这些技术和应用将大大提高逆变器的效率和可靠性，为各行各业提供更加稳定、可靠的电力供应。
逆变器设计方案
逆变器设计方案引言逆变器是一种将直流电转换为交流电的设备，广泛应用于太阳能发电、风能发电等领域。
本文将详细介绍一个逆变器的设计方案，包括硬件选型、逆变器拓扑结构、控制策略等内容。
硬件选型处理器在逆变器的设计中，选择一个合适的处理器是非常重要的。
我们选用了一款高性能的32位ARM处理器，拥有较高的计算能力和较低的功耗。
此外，这款处理器还支持多种通信接口，包括UART、SPI和CAN总线，方便与其他设备进行通信。
电源模块逆变器需要稳定的电源供应，因此我们选用了高效的开关电源模块。
这种模块能够将输入电压稳定为所需的输出电压，并具有较高的转换效率和较低的功耗。
采用这种模块可以减少能量损失并提高逆变器的整体性能。
电路保护为了保护逆变器和其他设备的安全，我们在设计中添加了多种电路保护措施。
包括过压保护、欠压保护、过流保护和过温保护等功能。
当电压、电流或温度超出设定范围时，逆变器将自动断开输出，以避免设备损坏或安全事故发生。
逆变器拓扑结构单相逆变器我们选择了单相逆变器作为设计方案。
单相逆变器适用于小功率应用，如家用太阳能发电系统。
它具有简单的拓扑结构和较低的成本，易于实现和维护。
H桥拓扑在单相逆变器中，我们采用了H桥拓扑结构。
H桥由四个开关和两个输出端口组成。
开关的开关状态控制输出电压的正负极性，从而实现从直流到交流的转换。
H桥拓扑结构简单可靠，适用于小功率应用。
控制策略PWM调制在逆变器的控制中，我们采用了脉冲宽度调制（PWM）技术。
PWM技术可以通过调整开关的开关时间来控制输出电压的幅值和频率。
我们使用了一种先进的PWM控制算法，以提高逆变器的输出质量和效率。
PI控制为了实现逆变器的稳定控制，我们使用了PI控制算法。
PI控制可以根据输出电压和参考电压之间的差异来调整开关的开关时间。
这种控制算法具有良好的响应速度和较小的稳态误差，可以保证逆变器的输出电压稳定在设定值附近。
性能测试为了验证设计方案的可行性和性能，我们进行了一系列的性能测试。
逆变器的设计(共12页)
引言电力系统变电站和调度所的继电保护和综合自动化管理设备有的是单相交流供电的，其中有一部分是不能长时间停电的。
普通UPS设备因受内置蓄电池容量的限制，供电时间比较有限，而直流操作电源所带的蓄电池容量一般都比较大，所以需要一套逆变电源将直流电逆变成单相交流电。
电力电子器件的发展经历了晶闸管（SCR）、可关断晶闸管（GTO）、晶体管（BJT）、绝缘栅晶体管（IGBT）等阶段。
目前正向着大容量、高频率、易驱动、低损耗、模块化、复合化方向发展，与其他电力电子器件相比，IGBT具有高可靠性、驱动简单、保护容易、不用缓冲电路和开关频率高等特点，为了达到这些高性能，采用了许多用于集成电路的工艺技术，如外延技术、离子注入、精细光刻等。
IGBT最大的优点是无论在导通状态还是短路状态都可以承受电流冲击。
它的并联不成问题，由于本身的关断延迟很短，其串联也容易。
尽管IGBT模块在大功率应用中非常广泛，但其有限的负载循环次数使其可靠性成了问题，其主要失效机理是阴极引线焊点开路和焊点较低的疲劳强度，另外,绝缘材料的缺陷也是一个问题。
随着电力电子技术的飞速发展，正弦波输出变压变频电源已被广泛应用在各个领域中，与此同时对变压变频电源的输出电压波形质量也提出了越来越高的要求。
对逆变器输出波形质量的要求主要包括两个方面：一是稳态精度高；二是动态性能好。
因此，研究开发既简单又具有优良动、静态性能的逆变器控制策略，已成为电力电子领域的研究热点之一。
在现有的正弦波输出变压变频电源产品中，为了得到SPWM波，一般都采用双极性调制技术。
该调制方法的最大缺点是它的4个功率管都工作在较高频率(载波频率)，从而产生了较大的开关损耗，开关频率越高，损耗越大[1]。
本文针对正弦波输出变压变频电源SPWM调制方式及数字化控制策略进行了研究，以TMS320F240数字信号处理器为主控芯片，以期得到一种较理想的调制方法，实现逆变电源变压、变频输出。
1 正弦波逆变器的设计要求和主电路形式电力系统变电站和调度所的继电保护和综合自动化管理设备有的是单相交流供电的，其中有一部分是不能长时间停电的。
逆变器电源设计要求
逆变器电源设计要求逆变器作为一种将直流电转换为交流电的设备，在现代电力电子系统中占有举足轻重的地位。
其设计涉及多个领域的知识，包括电力电子技术、自动控制理论、电磁兼容设计等。
本文将从逆变器的基本工作原理出发，深入探讨逆变器电源设计的各项要求，以期为读者提供一个全面而深入的设计指导。
一、逆变器的基本原理逆变器的基本原理是通过一系列的半导体开关器件（如IGBT、MOSFET等）的导通与关断，将直流电源转换为交流电源。
其输出波形可以是方波、修正波或正弦波，具体取决于控制策略和设计目标。
逆变器的工作效率、输出波形质量以及可靠性是衡量其性能的重要指标。
二、逆变器电源设计的主要要求1. 输出电压和频率的稳定性逆变器应能在各种负载条件下保持输出电压和频率的稳定。
这要求设计人员合理选择逆变器的拓扑结构、开关器件以及控制策略，确保在负载变化时，输出电压和频率的波动范围在允许的范围内。
2. 高效率逆变器作为电力转换设备，其效率直接影响到整个系统的能耗。
因此，提高逆变器的效率是电源设计的重要目标之一。
这可以通过优化电路拓扑、减小开关损耗、提高散热性能等方法实现。
3. 输出波形质量逆变器的输出波形质量对负载的运行性能有重要影响。
对于某些对电源波形要求较高的负载（如电机、通信设备等），逆变器应能提供接近正弦波的输出波形。
这要求设计人员采用先进的PWM控制策略和谐波抑制技术，以减小输出波形的谐波失真。
4. 电磁兼容性逆变器在工作过程中会产生一定的电磁干扰（EMI），可能对周围的电子设备造成干扰。
因此，逆变器电源设计应考虑电磁兼容性，采取必要的屏蔽和滤波措施，降低EMI的发射水平。
5. 保护功能逆变器应具备完善的保护功能，包括过流保护、过压保护、欠压保护、过热保护等。
这些保护功能可以在逆变器出现故障时及时切断电源，保护负载和逆变器本身免受损坏。
6. 可靠性逆变器作为关键电力转换设备，其可靠性对整个系统的稳定运行至关重要。
因此，在逆变器电源设计过程中，应注重选用高品质的元器件、优化电路设计、提高散热性能等方面的工作，以提高逆变器的整体可靠性。
储能逆变器 设计
储能逆变器的设计主要包括以下几个关键部分：
电路设计：根据系统的功率等级和功能需求，进行储能逆变器电路的设计。
逆变器电路是储能逆变器的核心部分，它负责将直流电转换为交流电，或者将交流电转换为直流电。
电池设计：电池是储能逆变器的重要组成部分，其性能直接影响逆变器的整体性能。
需要考虑电池的种类、容量、充电和放电特性等因素。
控制系统的设计：控制系统负责管理整个储能逆变器的运行，包括电池的充放电控制、逆变器的工作模式切换等。
需要根据系统的需求和运行环境，设计出高效、稳定、可靠的控制策略。
散热设计：由于储能逆变器在工作中会产生大量的热量，因此需要设计有效的散热系统，以保证逆变器的稳定运行。
保护系统设计：保护系统可以防止逆变器在异常情况下损坏，包括过载保护、短路保护、过压保护和欠压保护等。
人机界面设计：为了方便用户使用和监控储能逆变器的状态，需要设计友好、直观的人机界面。
人机界面可以显示逆变器的运行状态、电池的电量等信息。
储能逆变器的设计需要综合考虑以上几个方面，并根据实际需求进行调整和完善。
在设计和生产过程中，还需要注意遵守相关的标准和规范，确保产品的安全性和可靠性。
逆变器设计手册
逆变器设计手册一、引言逆变器是一种可以将直流电转换为交流电的电子器件，广泛应用于太阳能发电系统、风能发电系统、电力系统备用电源以及电动汽车等领域。
逆变器的设计涉及到许多电子电路和控制原理，需要综合考虑功率转换效率、稳定性、成本和可靠性等因素。
本手册旨在介绍逆变器设计的基本原理、关键技术和实际应用，帮助工程师和研究人员更好地理解和应用逆变器技术。
二、逆变器基本原理逆变器的基本原理是通过控制开关管或晶闸管等功率器件的导通和关断，将直流电转换为交流电。
在逆变器中，常用的拓扑结构包括单桥逆变器、全桥逆变器、半桥逆变器等，每种拓扑结构都有其适用的场合和特点。
逆变器的工作原理涉及到开关控制、脉宽调制、电感电容滤波等技术，要根据具体应用需求选择合适的拓扑结构和控制算法。
三、逆变器设计关键技术1. 功率器件选择：逆变器中常用的功率器件包括MOSFET、IGBT、IGCT等，不同功率器件具有不同的特性和适用范围，需要根据具体的工作环境和功率要求选择合适的器件。
2. 控制电路设计：逆变器的控制电路包括频率同步电路、脉宽调制电路、保护电路等，需要保证逆变器的稳定性和安全性。
3. 滤波电路设计：逆变器输出的交流波形需要经过滤波电路进行处理，以保证电压波形的纯度和稳定性。
4. 散热设计：逆变器在工作过程中会产生一定的热量，需要设计有效的散热系统来保证器件的温度稳定在安全范围内。
5. 隔离与安全：针对特定场合的要求，逆变器可能需要采用隔离变压器、防护电路等技术来保证安全性和可靠性。
四、逆变器设计实际应用1. 太阳能逆变器：太阳能光伏发电系统中常用的逆变器需要具有高效率、快速响应、抗干扰等特点，以适应不同光照条件下的电能输出需求。
2. 风能逆变器：风能发电系统中的逆变器需要能够应对大范围的风速变化，保证输出的交流电能够稳定接入电网。
3. 电动汽车逆变器：电动汽车中的逆变器需要具有高效率、小体积、轻量化等特点，以满足汽车动力系统对电能的高效利用需求。
单相逆变器设计范文
单相逆变器设计范文首先，单相逆变器的设计需要考虑以下几个方面：输出电压波形、输出功率、效率和保护措施。
1.输出电压波形：单相逆变器的输出电压波形应尽可能接近正弦波，以保证输出电能的质量。
常见的设计方法包括：方波逆变器、脉宽调制（PWM）逆变器和多脉泽调制（MPPT）逆变器。
其中，PWM逆变器是最常用的设计方法，通过高频开关器件的开关控制实现。
2.输出功率：逆变器的输出功率决定了其应用范围。
在设计单相逆变器时，需根据具体需求选择适当的功率等级。
输出功率主要受限于逆变器的开关器件和电路拓扑结构。
常用的逆变器拓扑结构有单相桥式逆变器、双半桥逆变器、全桥逆变器等。
选择适合的拓扑结构能提高逆变器的功率密度和转换效率。
3.效率：逆变器的效率对于能量转换非常重要，可以通过优化设计和控制算法来提高效率。
有效的设计方法包括：降低开关器件的导通和开通损耗、降低电路的额定电流和电压降以减少传导损耗等。
此外，合理的散热设计和抑制电磁干扰也能提高逆变器的效率。
4.保护措施：逆变器的保护措施是确保其正常运行和安全性的重要组成部分。
常见的保护措施包括：过电流保护、过温保护、短路保护、过压保护等。
通过添加适当的保护电路和控制算法，可以有效防止逆变器受损或损坏。
设计单相逆变器需要一定的电力电子知识和设计经验。
下面提供一个基本的单相逆变器设计流程作为参考：1.确定输出功率和电压：根据应用需求确定单相逆变器的输出功率和电压等级。
2.选择逆变器拓扑结构：选择适合的逆变器拓扑结构，并进行电路分析和计算。
常见的逆变器拓扑结构包括全桥逆变器和单相桥式逆变器。
3.选择开关器件：根据输出功率和电压确定合适的开关器件，如功率MOSFET、IGBT等。
考虑开关器件的导通和开通特性，以及损耗和成本等因素。
4.控制电路设计：设计适当的控制电路和算法，实现逆变器的开关控制。
常见的控制方法包括PWM调制、电流控制和电压控制等。
5.散热设计：根据逆变器的功率密度和工作条件设计散热系统，确保逆变器在长时间工作时的温度控制和散热效果。
正弦波逆变器设计方案
正弦波逆变器设计方案一、引言正弦波逆变器是一种将直流电转换为交流电的电力转换设备，在各类电力应用领域广泛应用。
在许多应用中，需要高质量的交流电源，如电子设备、家用电器、医疗设备等。
本文将讨论正弦波逆变器的设计方案，以提供稳定、高质量的交流电。
二、基本原理正弦波逆变器的基本原理是将直流电通过逆变器电路转换为交流电。
其主要组成部分包括直流输入电源、逆变电路和输出滤波电路。
直流输入电源提供逆变器的输入电压，逆变电路将直流电转换为交流电，并通过输出滤波电路来滤波输出波形。
三、逆变电路设计1. 调制技术选择逆变电路的调制技术决定了输出波形的质量。
常见的调制技术有PWM（脉宽调制）和SPWM（正弦波调制）。
在正弦波逆变器中，选择SPWM调制技术可以获得更接近纯正弦波的输出。
2. 逆变器拓扑选择常见的逆变器拓扑有单相桥式逆变器、三相桥式逆变器等。
根据实际需求选择逆变器拓扑，单相桥式逆变器适用于单相负载，而三相桥式逆变器适用于三相负载。
3. 电路元件选择逆变电路中的元件选择直接影响到逆变器的性能。
选择合适的功率晶体管、电容器和电感器可以提高逆变器的功率输出和效率。
四、输出滤波电路设计输出滤波电路用于滤除逆变电路产生的谐波成分，生成纯正弦波的交流电。
常用的输出滤波电路包括LC滤波电路和LCL滤波电路。
LC滤波电路结构简单，但不能有效滤除高频成分；而LCL滤波电路在滤除谐波的同时，还能提供较好的带宽特性。
五、保护措施设计正弦波逆变器在实际应用中需要具备安全可靠的特性。
常见的保护措施包括过压保护、过流保护、温度保护等。
通过合理设计电路，设置过压、过流和温度保护装置，可以有效保护逆变器及其外部负载。
六、控制电路设计正弦波逆变器的控制电路主要包括运算放大器、比较器和PWM 控制电路等。
通过运算放大器进行误差放大和控制信号处理，再经过比较器和PWM控制电路产生PWM信号，并控制逆变电路，从而实现对逆变器输出波形的控制。
七、实验验证与结果分析在设计完成后，进行实验验证并对实验结果进行分析。
电路中的逆变器设计
电路中的逆变器设计逆变器是一种将直流电转换为交流电的电路。
在现代电气系统中，逆变器已经成为不可或缺的电子元件。
逆变器设计的基本目标是将输入电源提供的能量转换为输出电源，同时减少能量损耗。
在本文中，我们将讨论逆变器的基本设计和构造，以及逆变器设计中需要考虑的关键因素。
逆变器的基础设计逆变器是一种使电流方向来回变换的电子元件，其中将直流电转换为交流电的过程中引入了一些复杂的电子元件，如晶体管、二极管和电容器等。
此外，逆变器设计还需要考虑负载特性、性能和效率等因素。
其中，逆变器的负载特性包括负载阻抗、负载电流和负载电压等因素，这些都会影响逆变器的性能和效率。
逆变器的构造逆变器的构造通常包括一个开关电源、一个空气绕组和一个电子逆变器。
首先，开关电源负责将输入电源的能量转换为电流，然后通过空气绕组对电流进行调节。
最后，电子逆变器将调节后的电流转换为输出电源。
逆变器的构造越复杂，其效率就越高。
逆变器设计中需要考虑的关键因素逆变器的设计需要考虑多个因素，其中包括以下几个方面：1. 输入电源：输入电源是逆变器设计中非常重要的因素。
输入电源的变化会直接影响到输出电源的性能和效率。
因此，设计师需要考虑如何利用输入电源提供的能量来提高逆变器的效率。
2. 输出负载特性和负载电流：逆变器需要承受大量的负载电流，因此设计师需要考虑如何在逆变器中引入合适的电子元件，以优化逆变器的效率。
3. 效率和损耗：在逆变器的设计过程中，需要考虑如何降低能量损失以提高效率。
为了达到更高效的逆变器设计，需要优化关键电子元件的选择和配置。
结论逆变器设计需要考虑多个因素，包括输入电源、输出负载特性和电流、逆变器效率和损耗等。
通过考虑并优化这些因素，设计师可以设计出更为高效和可靠的逆变器。
最终，逆变器设计的目标是为了在电路中实现高质量的电流和供电，以更好地满足我们的电气需求。
逆变器设计手册
逆变器设计手册一、引言逆变器是一种将直流电转换为交流电的装置。
它在电气系统中扮演着十分重要的角色，被广泛应用于太阳能发电系统、风能发电系统、UPS系统以及电动汽车等领域。
本手册将介绍逆变器的基本原理、设计要点以及常见故障处理方法，帮助工程师和技术人员更好地理解和应用逆变器。
二、逆变器的基本原理逆变器的基本原理是利用电子器件将直流电转换为交流电。
在逆变器的设计中，主要涉及到功率器件、电路拓扑和控制策略三个方面。
1. 功率器件逆变器中常用的功率器件主要包括晶体管、IGBT（绝缘栅双极型晶体管）、MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）等。
这些器件能够控制电流的通断，从而实现对输出交流波形的调节。
2. 电路拓扑常见的逆变器电路拓扑包括单桥、全桥、半桥等结构。
不同的电路拓扑对于逆变器的性能、效率以及输出波形都有着不同的影响，设计者需要根据具体的应用需求选择适合的电路结构。
3. 控制策略逆变器的控制策略包括脉宽调制（PWM）控制、调制控制、频率锁定控制等。
这些控制策略能够有效地调节逆变器输出的交流波形，保证其稳定性和质量。
三、逆变器的设计要点1. 输出功率和电压等级选择在设计逆变器时，首先需要明确输出功率和输出电压等级的要求。
不同的应用场景对于输出功率和电压等级有着不同的需求，设计者需要根据具体情况选择合适的逆变器规格。
2. 效率和损耗控制逆变器的效率对于其实际应用至关重要，设计者需要通过合理的电路设计和器件选型来保证逆变器的高效率。
对于器件的损耗也需要进行充分的考虑，从而降低系统的能量损耗。
3. 输出波形质量控制逆变器的输出交流波形质量直接关系到其在实际应用中的稳定性和可靠性。
设计者需要通过合理的控制策略和电路设计来保证逆变器输出的交流波形符合要求。
四、逆变器常见故障处理方法1. 过载故障逆变器在过载情况下可能会出现故障，导致输出波形不稳定甚至无法输出。
此时应该对系统进行限流保护，避免过载导致逆变器损坏。
电力电子技术中的逆变器设计与应用实例
电力电子技术中的逆变器设计与应用实例逆变器作为电力电子技术中的重要组成部分，其在能源转换和电力传输中起着至关重要的作用。
本文将介绍逆变器的基本原理和设计方法，并通过实际应用案例来展示逆变器在不同领域中的应用。
一、逆变器的基本原理逆变器是一种将直流电转换为交流电的装置，其核心是通过改变电压和频率的方式，将直流电源输出为交流电信号。
逆变器的基本原理是通过三相桥式逆变电路将直流电源变为交流电信号，然后通过滤波电路进行滤波和调整，使输出的交流电信号具有所需要的频率和电压。
二、逆变器的设计方法1. 选择逆变器的拓扑结构逆变器有多种拓扑结构可供选择，如单相桥式逆变器、三相桥式逆变器、多电平逆变器等。
在选择逆变器的拓扑结构时，需要考虑到应用场景、输出功率、效率等因素，并根据需求选择最适合的结构。
2. 选定逆变器的工作频率和电压等级逆变器的工作频率和电压等级需根据具体要求确定。
在选择逆变器的工作频率时，需要考虑兼容性、损耗以及电源的要求等。
而选定逆变器的电压等级时，则需参考负载的电压需求，并确定适宜的转换比例。
3. 选择逆变器的开关器件逆变器的开关器件直接影响到逆变器的效率和可靠性。
常见的开关器件有功率管、晶闸管、IGBT等，对于不同功率和频率的逆变器，需要选择适合的开关器件，并确保其具有良好的导通和关断特性。
4. 进行逆变器的控制策略设计逆变器的控制策略设计是实现逆变器稳定工作的关键。
常见的控制策略有脉宽调制控制（PWM控制）、电压调制控制等，通过对逆变器的控制电路和算法进行设计，可以实现对输出电压和频率的准确调节和稳定控制。
三、逆变器的应用实例1. 太阳能逆变器太阳能逆变器是将太阳能电池板产生的直流电转换为交流电供电给家庭、工业等用途的装置。
逆变器通过对太阳能电池板输出电流和电压的控制，实现对交流电的输出，并通过滤波电路对输出波形进行优化。
2. 风力发电逆变器风力发电逆变器是将风力发电机产生的直流电转换为交流电的装置。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
逆变器的设计技术及电路拓扑纵览 Trace Engineering Company,Inc.U.S.A 著董文斌 译二一年第一部分电子开关类型Electronic Switch Types这一部分我们将考查业已用于和正在运用于逆变器设计的各种开关类型逆变器上使用的这些开关的使用目的就在于把直流电DC分解成脉冲列而这些脉冲随之可能被应用于变压器或滤波器系统而产生高压交流电AC由于开关的设计技术和性能持续改进提高使得逆变器效率不断提高体积不断减小功率水平不断增大由于生产工艺的改进和采用新材料半导体开关类型已发生了巨大的变化由低质量开关导致的损失已经大大减少了而且每天都有新的进步产生下面让我们首先来考查几种不同类型的开关一.振动变流器开关 Vibrator Switches最早的商业上的逆变器比如Tripplite是通过使用机械振动变流器实现逆变器内的开关功能的这种类型的开关本质上是一种振动继电器;这种振动变流器有很强的处理大电流的能力而且阻性损耗很低总的说来振动变流器解决了一些实际问题即应付了一时之需或者说在半导体尚未发明之前虽然当时效率低下且需要很高工作电压的真空管作为新型电子元件是可用的但真空管的特性决定了它是不可能用于逆变器设计的,振动变流器就是问题的解决方案振动变流器最大的缺点就是事实上它们是一个机械装置而且可能可靠性很低触点遭受电弧的烧灼当有允许的持续的电流流过时某些情况下会把触点焊接在一起半导体一出现振动变流器类型的开关就被半导体完全取代了二.可控硅整流开关Silicon Controlled Rectifier (SCR’s)可控硅整流型开关称为SCR’s已经取代了机械振动变流器开关这种开关完全是固态的且能量的流通是被一个门控制的当门极电流达到一定的阀限则可控硅整流器就会导通,且只有当门极电流降到其关断极限以下时可控硅才会关断这样就可以把可控硅看作一个闭锁型的电子继电器可控硅突出的一点是其处理大电流的能力某些类型的可控硅可高达1000A和在高电压下良好工作其缺点是有较高的静态压降典型地超过1.0V 和很低的开关速度这使得它不适用于高频应用可控硅的另一个问题是其关断能力即在什么情况下可控硅不会关断现在可控硅仍然在那些空载损耗占总的输出能量极小百分比的应用中广泛运用着比如某种20KW的逆变器三.达林顿晶体管 Darlington Transistors达林顿对晶体管是稍后一种用于逆变器的开关元件容易制备的锗晶体管在高效工作情况下很难有足够高的增益锗晶体管的典型增益为10这意味着要驱动流过晶体管的60A的工作电流必须有6A的驱动电流显然效率太低了达林顿晶体管开关的出现解决了这样一个问题获得了高增益一般地它的增益大于100这种开关的工作性能良好但有两个缺陷使得它不适合于某些类型的逆变器它的高阻抗特性必然意味着低效率另外低的开关速度意味着其在高频逆变器应用中是不适合的四.金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET Metal OxideSemiconducting Field Effect Transistor最新最伟大的开关技术是金属氧化物半导体场效应晶体管的出现在某些方面场效应晶体管解决了逆变器设计中遇到的所有问题场效应管本质上是一个可变电阻其通态电阻非常低而且场效应管易于驱动在电路中易于连接它的损耗很小通流能力很好60100A场效应晶体管可能的很少缺点当中之一是它们不能在高压下操作而且通流能力仍然达不到SCR的水平然而场效应晶体管非常易于并联工作场效应晶体管由于其坚固耐久性是中等功率应用的理想元件实践证明不论高频还是低频场效应管都是逆变器应用的一种卓越的开关类型五. 绝缘栅双极型晶体管IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)IGBT像一个带有场效应控制栅极的双极型晶体管就像场效应晶体管IGBT易于驱动但不象场效应晶体管有很高的静态压降典型地不低于1.52V IGBT集合了SCR的某些特性,比如非常好的高工作电压和大电流处理能力以IGBT太慢的开关速度使得把IGBT用于高频电路变成一件非常复杂的任务在一定高的工作频率下应用这种类型的开关是有许多益处的但必须承担为使其可靠高效工作而进行设计所带来的花费和复杂劳动另外较高的空载损耗使得这种开关更适合运用于大功率高电压领域第二部分 逆变器电路拓扑和设计实践Inverter Topologies and Design Practices 许多拓扑结构或者说电路设计已经大大推动了由低压直流电源建立高压交流电这一逆变技术的进步这一部分将考查过去现在和将来的电力逆变器的设计技术一.方波和改善方波逆变器1.基于低频变压器的逆变器下面的电路拓扑都是基于在低压直流边有低频开关并把直流脉冲加到一个升压变压器上的结构两种常见的电路拓扑是推挽电路和H桥电路推挽拓扑适合于产生方波和改善方波输出而H桥用于产生方波或正弦波输出通常的基于低频变压器的逆变器流程图表示如下:2.方波逆变器方波逆变器的名称来源于其输出波形的形状见图1图1 方波输出波形方波逆变器是最初的电子逆变器最早的逆变器如Ttipplite,利用机械振动变流器形式的开关把低压直流电分解成脉冲,这些脉冲被输入到一个变压器经变压器升高电压随着半导体开关的兴起机械振动变流器已完全被固态晶体管开关取代最常见的电路拓扑是用于产生方波输出的推挽电路见图2图2 推挽电路--方波输出推挽电路设计实际的基本工作原理如下上面的晶体管开关关闭使得电流从电池负极通过变压器初级绕组流向正极这就在变压器副边建立起一个电压,这个电压等于电池电压的若干倍(实际上就是变压器的变比,初次级线圈的匝数比)注:在同一时刻只有一个开关闭合(见下面图4A所示).经过大约8ms时间(60Hz交流周期的一半)后,开关被触发上面的开关打开,下面的开关关闭使电流以相反的方向流过(见下面图4B所示)这个周期反复重复,高压交流电就产生了图4A 图4B 采用推挽电路这种方式的主要问题是变压器中的电流不得不瞬间转换方向这就像一辆以每小时50公里速度行驶的汽车突然转向一样,这导致效率突然降低,同时也使波形发生了畸变另一个缺陷是一个作为推挽电路设计的变压器必须有两个初级绕组.这种变压器设计的要求是一项复杂的任务,而且增加成本体积又笨重方波逆变器仍在生产并广泛应用着但它有几个主要的缺陷输出波形中有很高的总谐波畸变THD,Total Harmonic Distortion这种波形的电力用于驱动马达时由于会产生过热所以马达不会很好工作这是由其波形特性及缺乏电压调节能力决定的----输出脉冲电压的峰值直接取决于电池电压由于变压器变比是固定的电池电压的任何变化都会影响到输出峰值电压对方波来讲电压有效值等同于峰值电压进而输出功率取决于电池电压最后大多数方波逆变器都有很普通的效率典型地大约为80%而且空载损耗很高3.改善方波逆变器在推挽方波电路中加入一个额外的绕组及其它一些部件就可输出改善方波(市场上常见的通常称为改善正弦波) (见图5)图5 改善方波开关的开关周期除了一个额外的步骤外,和方波逆变器部分的描述是一样的在开关周期中,多了一个用以消除变压器中电流突然换相带来的问题的步骤这是通过图6中所示的一个关断时刻短接线圈off-time shorting winding 来完成的当一个开关打开另一个开关闭合前通过短接线圈的开启闭合有效地耗掉了变压器中的电流这就像一辆小轿车先减速然后掉头一样这就比先前提到的情况好多了关断时刻短接为输出波形提供了一个绝好的过零方法这等同于为此使用更多的电子设备另外的好处是提高了效率降低了总的谐波畸变有些制造商通过在交流输出线上直接加接一个固态开关来实现关断时刻短接功能这种方法当然可以采用但这个开关和交流输出线是不隔离的因而易于遭受由电抗性负载如电机引起的瞬态输出变化而损坏把短接线圈设在变压器上更可取因为它和交流输出是隔离的图6 带有短接线圈的推挽电路改善方波的主要优点在于它可以通过改变脉冲宽度(或者说改变关断时间)来调节输出电压的有效值RMS,Root-Mean-Square调节脉冲宽度即使之宽度变化的方法指的是脉冲宽度调制PWM,Pulse Width Modulation技术有效值调节的实质是把波形的内部面积等效为全部时间内的面积由于峰值电压或说脉冲高度是由电池电压和变压器变比决定的正如前面提到的一样当峰值电压增大时在脉冲宽度不变的情况下脉冲内部面积必然增大方波逆变器对电压有效值的增加无能为力但是若PWM控制允许脉冲宽度变窄那么就可以保持波形内部面积为定值见图7B图7B 利用PWM调节电压有效值相反地如果电池电压减小那么输出电压有效值也将减小如果脉冲宽度不变在这种情况下可以通过减小脉冲的宽度实现对电压有效值的调节增大或减小脉冲宽度是通过控制晶体管开关的开通关断的时间来实现的事实上存在这样一点随着脉冲宽度的增加过零时间点将不再出现实际上这时候呈现出的正是方波超过这一点电压有效值就不再可调了改善方波逆变器比之于方波逆变器是一个巨大的进步它们提供了一种很好的电压调节方式具有很低的总谐波畸变和较高的总体效率电动机在改善方波电压的驱动下可以良好运行其它电气设备也可无故障地运行4.推挽电路概要推挽电路结构是电子逆变技术发展过程中的第一步它的一些主要缺点是变压器设计太过复杂对方波设计而言变压器损耗太大其优点是电路的整体设计简单制造成本低廉现在仍然有许多制造商把推挽电路结构运用于电力逆变器二.H桥逆变器H桥结构与推挽结构一样可以完成大致相同的任务.这种结构的主要优点是其变压器初级绕组只需一个绕组H桥逆变器是随着半导体晶体管技术的发展而出现的由于电流要流经串联的两只晶体管开关(而不是推挽电路中的一只),这意味者其损耗将是旧式推挽逆变器的两倍这就使得推挽电路成为产生方波和改善方波的基本电路场效应晶体管的出现使得人们可以更容易地运用H桥电路图8所示为即为一个H桥电路开关的布置情况晶体管被分成四个组或四个角,桥的中间通过变压器原边连接起来形成一个H形实际上每一组晶体管开关都是由多个晶体管并联组成的为的是在开关导通时可以处理很大的电流并且有较低的损耗称作晶体管的通态损耗另外必须注意到在H桥电路的变压器上没有关断时刻短接线圈电流仍然转换方向但现在是通过同时关闭底部的两组开关完成短接功能的这样在上面的开关打开后可以有效地短接变压器的初级线圈移除残余的电流图8 H桥拓扑结构就像推挽电路一样晶体管以一种有序而具体的方式打开闭合以产生波形的每一部分这种方式如下所述桥的相对的两角的开关闭合允许电流从电池的负极经变压器原边绕组流回电池的正极端图9A这个电流在变压器的副边也激发起一个电流其对应的峰值电压等于电池电压的若干倍当然这个倍数就是变压器的变比经过一段时间(随对电压调节的脉冲宽度调制控制而不同),先前闭合的开关打开,底部的两组晶体管开关闭合实现关断时刻短接(图9B)开通时间和关断时间长度(或称为脉冲的宽度)是由PWM控制器决定的下一步,在A中另一组对角的开关闭合,允许电流以A中相反的方向流过变压器(图9C)这半个周期完成以后,底部的开关关闭实现关断时刻短接,随之这样的周期重复发生,交流电产生了A B C两对角关闭 关断时刻短接 相反两角关闭图9 H桥状态示意图H桥设计的效率主要依赖于所使用的晶体管开关的品质和并联晶体管的数目这种设计的损耗绝大多数发生在晶体管开关上,所以随着晶体管技术的进步,使基于H桥的逆变器的性能的提高也会成为可能使用H桥电路的逆变器的例子是Trace工程公司的DR和SW系列逆变器三.双变压器低频逆变器用以产生改善方波的双变压器方案等同于两个方波输出且变压器次级线圈串接在一起的推挽逆变器低频图10通过合理安排两个逆变器开关的开关时间使得它们彼此不同相地工作结果的波形就是改善方波Heliotrope 逆变器就是应用双变压器设计的图10 双变压器仅为改善方波这种变压器中开关的工作方式和前面在推挽逆变器中所描述的是一样的图11所示的为每个变压器的输出波形以及整个的输出结果通过调节两方波形间的相位关系是可以实现最终输出的脉冲宽度调节的图11双变压器输出波形四. 高频逆变器HF Inverter高频逆变器是另一种由低压直流建立高压交流的途径其名称当中的高频是指晶体管开关的速度这种逆变器先把蓄电池低压直流变为低压交流之后经过一个高频变压器产生高压交流这个高压交流随之被整流变回直流变成高压直流最后通过一个低频开关一个H桥产生交流电高频变压器输出可能是改善方波或正弦波高频设计的缺陷是起动电动机或电抗性负载时的抗浪涌能力比较差而且实际上其部分晶体管与交流输出并不是隔离的由电抗性负载引起的瞬态现象极可能导致输出晶体管的损坏另外一般地高频逆变器的负极并不和交流输出隔离以下所示为一个高频改善方波输出逆变器的流程图高频逆变器流程图晶体管开关的结构是一个变压器原边被一个高压源代替的H桥型开关布局且通常是倒转使用的图12高压开关的作用是把输入的低压直流变成高压直流输出高压电源的正负极端通过桥交替地和交流输出线接通这样一来输出脉冲宽度被调制了这提供了一种极好的电压调节功能图12 基于H桥电路的高频逆变器在高频逆变器中被通断的电压是直流高压.在一个基于H桥的低频逆变器里,电池的低压直流通过变压器被通断高频设计的关断时刻短接是通过开闭连接交流输出边且在高压直流开关零电压边的两个晶体管实现的.谨记:在开关转换其间开关必须要进行开关时刻短接下面三幅图是高频逆变器一个周期内开关状态的示意由于H桥开关已经讨论过,故这里仅给出关于输出级开关状态的图解描述和电流的流向图13 高频逆变器H桥开关状态图高频开关逆变器的主要优点是重量轻体积小在小功率逆变器功率低于300W当中高频逆变器的成本是较低的高频逆变器的缺点是其抗浪涌能力很差这当然是由于其基于桥式电路的开关能量转换特性决定的这限制了它在电动机性负载中的应用由于晶体管开关和输出交流负载间没有变压器的隔离且电路中的电流就像飞轮一样突然快速转向这使得驱动感性负载时晶体管非常易于损坏高频逆变器呈现出很高的空载电流这是由于其高压开关经常地在运行而且这通常会导致高频信号对电视无线广播信号的干扰五. 正弦波输出逆变器就像改善方波和方波逆变器一样有多种途径和电路拓扑已经被用来设计正弦波输出的逆变器这些逆变器由于在驱动负载方面更像公共电网而变得十分可取其缺陷就是构造这种逆变器随之而来的复杂工作和较高的花费正弦波如图14所示图上有几个关键点图14 纯正弦波50z频率六. 旋转变流逆变器最早的从DC到AC的逆变器是旋转变流逆变器实质上这种设备是一台由直流电动机拖动的交流发电机见图5旋转变流逆变器的优点是可以产生非常纯的正弦波输出当然这是以其极低的效率典型地为60%和非常高的空载损耗为代价的图15 旋转变流逆变器系统框图Redi-Line公司仍然生产旋转变流逆变器它们仍在伺服机车和航空器上广泛应用着尽管已在提高效率方面有了一些技术上的进步但大部分已过时了旋转变流逆变器的可靠性非常高但更多的缺陷诸如太差的抗浪涌能力起动电机笨重庞大的体积和很大的工作噪音已把这种类型的逆变器推到了一种即将退出但还没有退出历史舞台的境地七. 亚铁共振变压器逆变器亚铁共振正弦波输出逆变器利用的是某种变压器的感应特性感应器就是一个可以储存能量并且试图反抗电路中的电流的变化的线圈绕组一个感应器就像一个磁性飞轮换句话说如果把电压加到感应器上感应器将会抵抗并试图减慢电流的上升相反地如果电流已经在流过感应器且突然移去感应器就会释放自身存储的能量并试图阻止电流归零结果电流的降落时间被延长这种反作用就体现为阻止电流的变化不幸的是这种感应导致了变压器有一种相对较低的效率典型的为50%而且波形极易受负载波动而变形把一个具有很高感应系数的亚铁共振变压器作为一个滤波器设置在低频方波或改善正弦波逆变器的输出端,便可产生粗糙的近似正弦波.下图所示为一个基本的亚铁共振变压器的流程图.图16所示为一个亚铁共振变压器的工作情况当波形开始上升时,亚铁共振变压器延缓了波形的上升时间(图16A)当波形停止上升并开始变平延伸时,变压器把这视为一种电流减小的变化趋势,并释放其能量,由此导致波形出现向上的毛刺(图16B)接着当变压器开关打开时波形开始下落而感应器试图阻止电流的下落因此延缓了波形的下落时间图16C当电流在变压器中换向后这个过程又在负脉冲中重现图16 一台基于亚铁共振变压器的改善方波逆变器的实测波形 驱动75W白炽灯负载亚铁共振变压器仍在逆变器中使用着亦或作为抑制输出尖峰的滤波器Topaz和Line Tamer 这两家公司仍把它用作亚铁共振滤波器八. 高频正弦波输出逆变器高频正弦波输出逆变器和高频改善方波逆变器的工作方式几乎是相同的下面所示为其系统流程图高频正弦波输出逆变器和高频改善方波逆变器之间的最大的不同之处在于最终阶段的开关和交流负载之前的滤波器H桥对已经整流而得的高压直流(DC)进行转换并工作在高频状态下低频H桥改善方波方案中每半个周期产生一个脉冲,高频H桥正弦波逆变器用许多宽度不同(PWM)的正高压直流脉冲及负高压直流脉冲在这一点上二者是不同的在交流负载之前滤波器把这些脉冲拉平为正弦波高频正弦波逆变器中晶体管开关的工作过程没有太大的不同仅有一点小的不同当对角的两个开关关闭这两个关闭的开关中的一个在设定的高频脉冲宽度调制时钟点关闭或打开由此产生的高频脉冲列如图16所示在经过一定数量的脉冲后开关就象高频改善方波逆变器中一样进行关断时刻短接之后H桥又转换到相对的另两个开关从头开始一个晶体管导通对的PWM周期开始重复图17输出滤波器通常是感性的滤波器它把由高频H桥产生的脉冲拉平以产生正弦波输出Excel Tech.公司在其高频逆变器设计中就是应用的这种方案正弦波输出的高频逆变器方式工作状态很好但仍不能解决我们在高频改善方波逆变器中提到的问题这些问题包括晶体管与交流输出缺乏隔离太低的抗浪涌能力和太高的空载损耗而且正如前面提到的一样高频开关的干扰也是一个问题九. 低频正弦波逆变器位于华盛顿州的Trace工程公司通过一种有效的途径即由低频逆变器开发出产生正弦波输出的逆变器并获得了专利Trace公司的SW系列逆变器使用一个三个变压器的结合体其中每一个变压器又都有它自己的低频开关它们串联耦合在一起并且被内部相互独立又相互联系的微控制器控制着通过把来自不同变压器的输出加以综合一个阶梯状的正弦波就产生了图18所示为一个Trace公司的SW系列逆变器的输出波形注意其阶梯的台阶组成的波形就是一个正弦波的形状Trace公司的正弦波逆变器输出波形的总的谐波含量典型的为3-5图18 Trace公司SW系列逆变器输出波形多个台阶的输出是通过以一定顺序综合三个变压器以调节电压而形成的波形中无论何处总是每一个交流周期呈现34-52个台阶负载越重或直流输入电压越低,波形中的台阶就越多这种逆变途径的主要缺点是实现起来比较复杂复杂的设计要求必然直接导致成本的提高因而这种逆变器尽管通常比较好但也常常是很昂贵的然而这种逆变器解决了许多在由高频和亚铁共振途径产生正弦波设计中出现的问题正如已论述过的低频逆变器有着很好的抗浪涌能力高效率典型地为。