逆变器(文献综述)

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1、一、前言利用晶闸管电路把直流转变成交流电，这种对应于整流的逆向过程，定义为逆变[1]。如：应用逆变的电力机车，当再生制动时牵引电机作为发动机运行，把产生的电能反送到交流电网中。当牵引制动时逆变器则为其提供交流电，驱动电机。把直流电逆变为某一频率的交流电供给负载称为无源逆变；把直流电逆变为交流电反送到电网称为有源逆变[2]。随着科技的不断发展，各种仪器对逆变器的要求越来越高，各种行业对电气设备的控制要求也越来越高。高性能的逆变电路是工业发展的基本保证。逆变器横跨电力、电子、微处理器等领域。目前IGBT模块组成功率逆变器具有工作电压底的缺点，采用三电平NPC主电路，可将IGBT电压降低至两

2、电平电路的一半左右[3].为了适应于大容量，高电压，电流谐波含量少的要求，本文通过查阅大量相关研究学者的论文，以及专家的文献综述，发现逆变器的各方面研究方法及其最前沿的研究成果和趋势。本文主要分析逆变器各种不一样的控制策略之间的联系、缺点、优点；最后提出一些个人看法和认识。相信逆变器技术在未来会有很大的突破和进步。二、主题逆变器毋庸置疑成为现代工业在中高压调速领域，交流柔性供电系统的无功率补偿中关键的技术支点。对逆变器的拓扑结构和调制策略也进行深入的研究，本文首先论述中高压三电平逆变器的发展现状，然后重点分析三电平逆变器的控制策略。1.逆变器的发展现状及研究趋势。于1931年有人研究逆

3、变器的工作原理，直到1948年美国西屋电气公司研制出第一台3KHz感应加热逆变器。随着晶闸管SCR的诞生，为正弦波逆变器的发展创造了条件。20世纪70年代，可关断晶闸管（GTO）、电力晶体管（BJT）的诞生使逆变技术得到发展应用。到了20世纪80年代，功率场效管（MOSFET）、绝缘栅极晶体管(IGBT)、MOS控制晶闸管（MCT）以及静电感应功率器件的诞生为逆变器向大容量方向奠定了基础，因此电力电子器件的发展为逆变技术高频化，大容量创造了条件。80年代后，逆变技术从应用低速器件、低开关频率逐渐向高速器件，高开关频率方向发展。1977年德国学者Holtz首次提出三电平变换拓扑，其主电路

4、采用常规的两电平电路，仅在每相桥臂带一对开关管作为辅助中点进行箝位。1980年，日本长冈科技大学A.Nabae等人将辅助开关管换成一对箝位二极管，分别和上下桥臂串联的开关管相连以辅助中点箝位，称为二极管中点箝位式三电平变换器[8]，这种变换器控制容易，主开关管关断时仅承受直流侧一半的电压，因此更适合大功率场合使用。对三电平逆变器的研究，不仅仅停留在理论上，控制技术方面，而且在系统设计和工程应用等方面都会深入研究。4逆变器的发展趋势将集中在以下几个方面：（1）新型主电路拓扑，三电平的高压，大容量等特点，主要由主电路大量的开关决定，而主电路的构成元件的性能提高，将会出现更新，更好的新型电路

5、拓扑结构，从而引发三电平逆变器更大的发展；（2）高压、大电流功率器件技术的发展，会推动大功率中高压功率变换技术的发展；（3）控制策略和控制方法方面的进展，三电平逆变器中主电路元件的增加，会引发控制策略的多样化，而找到简单、可靠、适用的控制策略是中高电压变频技术的关键技术之一；（4）电压、电流的检测与检测信号传输，中高压逆变器的电压很高，要是某种原因在控制电路中错误的引入高压，将会对系统甚至人身安全造成巨大危险。光学电压、电流传感器具有线性度好、运行安全、绝缘性好、体积小、成本低、抗电磁干扰能力强、频带宽、交直流均可测量等优点，是目前一个研究热点。2．逆变器的类型微电子技术的发展为逆变技

6、术的实用化创造了平台，根据电源性质分为电压源型逆变器与电流源型逆变器；根据主电路拓扑结构分为半桥式逆变器、全桥式逆变器、推挽式逆变器；根据功率流动方向分为单向逆变器、双向逆变器。逆变器控制技术有矢量控制技术、多电平变换技术、重复控制、模糊逻辑控制技术等[4]，3．逆变器的控制策略逆变器的拓扑结构性能即使很高，要是没有一种适应的控制策略也发挥不了逆变器的作用。逆变器的控制策略主要有以下几种：（1）阶梯波脉宽调制，阶梯波调制是使用阶梯波来逼近正弦波，比较直观的方法，在阶梯波调制中，可以选择每一个电平持续的时间长短，来实现低次谐波的消除和抑制。（2）注入2次谐波，为了提高直流母线电压的利用率

7、，参照而电平电路方法注入谐波方法，提高基波输出电压的幅值。（3）逆变器通过控制系统中电子开关的开通和断开来完成DC-AC。按照冲量一样而形状各异的窄脉冲加载具有惯性的环节上时的效果基本相同，即采样控制理论的冲量等效原理，PWM脉宽调制技术通过限定开关周期而更改导通比以实现输出电压控制[2]。逆变器的输出可分为单相或者多相，无论单相还是多相，其基本组成单元仍然是单相半桥逆变[5]。PWM逆变器具有很广泛的应用范围，不仅体现在DC-AC转换，还应用