逆变电源

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逆变电源范文第1篇

1 　引　言

近年来， 我国上海、广州和北京等城市引进的地铁车辆上， 辅助电源均采用了静止式辅助逆变电源。广州地铁和上海地铁2# 线为IGBT 辅助逆变电源; 北京“复八线” 为GTO 热管散热器自冷式辅助逆变电源。因此开发和研制地铁车辆静止式辅助逆变电源实现国产化是发展我国城市轨道交通的必然趋势。静止式辅助逆变电源与传统的电动发电机组供电方式的比较如下:

(1) 静止式辅助逆变电源直接从地铁动车第三轨受电， 经过DC/ DC 斩波变换后向三相逆变器提供稳定的输入电压， 通过VVVF 变频调压控制， 逆变器输出三相交流电压向负载供电， 对于多路输出电源， 电路采用变压器隔离形式。这种辅助逆变电源的优点是输出电压品质因数好、电源使用效率高、工作性能安全可靠。

(2) 传统地铁辅助电源通常采用旋转式电动发电机组的供电方案。电动机从DC750V 第三轨受电， 发电机输出三相交流电压向负载供电， 对于直流DC110V 和DC24V 部分用电设备， 仍需通过三相变压器和整流装置提供电源。这种供电方式机组体积大、输出容量小、效率低， 电源易受直流发电机组工况变化的影响， 输出电压波动大， 可靠性差。

2 　地铁车辆辅助电源系统方案比较

下面针对DC750V 地铁车辆上几种常用的辅助逆变电源电路结构方案， 进行分析和比较。211 　直接逆变方式图1 是地铁车辆辅助逆变电源最简单的基本电路结构形式。开关元器件通常可采用大功率GTO ， IGBT 或IPM 。辅助逆变电源采用直接从第三供电轨受流方式， 逆变器按V/ f 等于常数的控制方式， 输出三相脉宽调制电压向负载供电。这种电路的特点是电路结构简单、元器件使用数量少、控制方便， 但缺点是逆变器电源输出电压容易受电网输入电压的波动影响， 输入与输出不隔离， 输出的电压品质因数差、谐波含量大、负载使用效率低。

图1 　直接逆变辅助电源电路结构原理图

212 　斩波降压逆变方式

斩波降压加逆变方式的辅助电源电路结构如图2 所示。此电路主要由单管DC/ DC 斩波器、二点式逆变器、三相滤波器、隔离变压器和整流电路组成。逆变器输出经过三相滤波后， 输出稳定的正弦三相交流电压， 作为驱动空调机、风机等三相交流负载电源， 同时三相交流电压经变压器和整流后， 可实现电源的多路直流输出。其特点如下。

(1) 三相逆变器输出电压不受输入电网电压波动的影响， DC/ DC 斩波的闭环控制可以保持逆变器输入电压的恒定。

(2) 每台辅助逆变电源斩波器只需一只大功率高压IGBT 元件， 逆变器可以采用较低电压的IGBT 元件。

(3) 由于逆变器输入电压恒定， 对于只要求CVCF 控制的逆变器来说， 只需要一定数量的梯波输出， 即可保证逆变器输出稳定的脉宽调制电压， 谐波含量小于5 % 。

(4) 斩波器分散布置在每台车的电源上， 机组结构统一。对于供电网， 虽然每台电源斩波的开关频率相同， 但它们之间的斩波相位差是随机的， 同样可实现斩波器多相多重斩波作用。

(5) 隔离变压器的使用实现了电网输入与输出负载之间的电气隔离。

图2 　斩波降压逆变方式电路结构原理图

213 　两重斩波降压逆变方式

与单管直接DC/ DC 斩波降压逆变方式的辅助电源电路基本相同， 两重斩波器替代了DC/ DC 单管斩波器， 开关元器件可采用GTO 、IGBT 或IPM 。电路结构原理图如图3 所示。其特点如下。

(1) 采用两重斩波器， 当上、下两个斩波器控制相位互相错开180°时， 可以使斩波器的开关频率相应提高一倍， 因而可大大减小滤波装置的体积和重量， 降低逆变器中间直流环节电压的脉动量， 提高辅助逆变电源的抗干扰能力。

(2) 两重斩波器闭环控制起到了稳压和变压作用， 因此可提高逆变器的输出效率。

(3) 两重DC/ DC 斩波器与单管斩波器相比， 开关元器件和斩波器的附件多了一倍， 但管子的耐 压可降低一半， 提高了元件的使用裕度和设备的安全可靠性。

(4) 直流供电网与负载之间的变压器隔离以及相应设计的滤波器， 可以保证逆变器输出的三相交流电压谐波最小， 且可降低对负载过充电压的影响， 提高负载的使用寿命。

图3 　两重斩波降压逆变方式电路结构原理图

214 　升降压斩波逆变方式

图4 为升降压斩波加逆变的地铁辅助电源电路结构原理图， 前级斩波由一个平波电抗器及两个开关管、二极管和储能电抗器构成， 升降压斩波器本质上相当于两相DC/ DC 直流变换器， 控制系统采用PWM 控制方式。两个开关管交替通断， 按输出电压适当地控制脉冲宽度， 可以获得与输入电压相反的恒定直流输出电压。后级逆变输出由两点式三相逆变器和三相滤波器组成。斩波器和逆变器开关元器件可采用GTO 或IGBT ， IPM 等。此电路的特点是: 电网电压的波动不影响斩波器输出电压的恒定稳定， 当电网电压高于斩波器输出电压时， 斩波器按降压斩波控制方式工作; 当电网电压低于斩波器输出电压时， 斩波器按升压斩波控制方式工作。两个开关管的交替导通和关断， 提高了斩波开关频率， 降低了储能电抗器体积和容量以及开关器件的电压应力， 减小了输出电压的脉动量。

图4 　升降压斩波逆变方式电路结构原理图

3 　地铁辅助逆变电源的开发与研制

铁道科学研究院机车车辆研究所早在20 世纪80 年代末， 已开始采用先进的变流控制技术和新型大功率GTO 和IGBT 元器件， 开发车载电源产品。先后研制出大功率GTO 斩波器、两象桥式IGBT 斩波器、驱动大功率直线电机和地铁车辆的车载IGBT 逆变器。1999 年研制客车DC600V 供电系统的空调逆变电源， 并于当年6 月在铁道部四方车辆研究所通过了性能试验，9 月在武昌车辆段K79/ 80 上装车运行。

2000 年开发研制出用于内燃机车和电力机车的空调逆变电源， 该产品已在南昌内燃机务段和邵武电力机务段装车运行考核。 2002 年针对北京“ 复八线” 地铁车辆进口辅助逆变电源的技术条件， 铁道科学研究院机车车辆研究所研制开发出了DC750V 国产化地铁车辆辅助电源工程化机组， 并通过铁道部产品质量监督检测中心机车车辆检验站的型式试验。开发研制的DC750V 地铁辅助电源总容量为40 kVA ， 主要负荷为照明、换气扇、司机室空调机组和车辆DC110V ， DC24V 控制电源。考虑到电源的可靠性和车辆上多路电源的随机多重性， 电源主电路采用单管斩波降压逆变电路， 大功率IGBT 开关元件和热管散热方式。控制采用斩波和逆变双闭环脉宽调制控制技术， 保证了电源三相交流输出电压稳定性好、谐波含量低。其主要技术参数见表1 。

表1 　地铁辅助电源装置主要技术参数

这种地铁辅助电源具有如下特点。

(1) 辅助电源斩波器采用斩波闭环控制方式， 保证输入电压变化时， 逆变电源中间直流环节的电压稳定。

(2) 输出逆变器的开关频率设定为214 kHz ， 采用了谐波抑制方法， 有效地抑制了输出电压、电流谐波含量和对输出高频隔离变压器冲击， 提高了逆变器的功率因数和负载的使用效率。

(3) 采用三相滤波装置和隔离变压器， 实现了输入与输出、交流负载和直流输出电源之间的电气隔离。

(4) 采用变频启动方式， 电器负载的启动电流冲击小， 有利于延长负载设备的使用寿命。

(5) 控制系统采用了MC80C196 十六位单片机作为主控制单元， 具有实施控制、保护、自诊断、自恢复、故障存储、L ED 指示灯和汉字显示、数据传输、指令接收等功能。

(6) 控制系统设有短路、过压、欠压、过流、过热、接地等故障保护功能， 保护信号消失后自动恢复运行， 提高了地铁辅助逆变电源的安全性和可靠性。

(7) 主控制单元使用箱式插板结构， 便于维修、检修及更换设备。为适应机车运行中的冲击大、振动大等特点， 机箱采用金属框架结构， 具有较高的机械强度和良好的电磁屏蔽效果。

DC750V 地铁辅助电源额定负载试验波形如图5 ～ 图8 所示。

图5 　输入电压与输出电压的稳态波形

图6 　输出电压、电流波形

图7 　中间环节电压起动、稳态、停止过程

4 　结　论

(1) 采用静止辅助逆变电源代替传统的直流发电机组供电装置， 已是地铁与轻轨城市轨道交通发展的必然趋势。

(2) 静止辅助逆变电源方案的选择， 应结合国内电力电子技术的发展、元器件的使用水平以及国外地铁电动车组辅助逆变电源的发展方向， 研制和开发出适合我国城市轨道交通地铁和轻轨车辆的辅助逆变供电系统。

(3) 地铁静止辅助逆变电源的研制成功标志着我们已具备了开发和生产国产化地铁辅助电源的能力。

图8 　输出电压、电流起动、稳态、停机过程

参考文献

[ 1 ] 　菊池高弘. 日本铁道车辆用新型逆变器[J ] . 国外铁道车辆， 2000 ， 37(5) : 23 —26.

[ 2 ] 　第三代IGBT 和智能功率模块应用手册[M] . 三菱电机， 1996.

[ 3 ] 　SIV 使用说明书[ Z] . 东洋电机制造株式会社， 1998.

逆变电源范文第2篇

关键词：逆变电源；软开关；脉宽调制；FB-ZVZCS-PWM

0 引言

自20世纪80年代以来，软开关技术取得了较大的进展。在逆变器中，可以利用原有的电路，采用合适的控制模式，添加适当的电感和电容，从而实现功率器件的软开关。

软开关变换技术的实质是在主电路上增加储能元件L、C产生谐振，迫使功率器件上的电压或电流迅速降为零，从而提供理想的开关条件。

1 全桥移相软开关逆变电源主电路设计

主电路分为三个部分（见图1）：

第一部分，输入整流滤波电路。二极管D1-D4组成输入整流电路（实际电路选用整流模块替代）；C1为高频滤波电容，隔离电网与逆变电路之间的谐波干扰；电阻R2、R3和电容器组C2、C3组成滤波电路；R1为限流电阻，限制启动时的合闸浪涌电流；继电器K控制限流电阻切换，启动后闭合，把R1从主电路去除；电阻R10、R11、稳压管D9与电容C11组成延时电路，控制R1切换时间。

第二部分，逆变器。VT1-VT4为功率开关管IGBT（实际用两组半桥模块组成），与中频变压器TF1组成逆变器；电阻R4-R7、电容C4-C7与二极管D10-D13共同组成VT1-VT4的RCD吸收回路，减小IGBT开关过程电流、电压冲击。

第三部分，输出整流滤波电路。快速整流二极管模块D7、D8和直流电抗器L1组成单相全波整流滤波输出电路；R8、C8与R9、C9组成D7、D8的吸收回路。

2 全桥移相零电压零电流脉宽调制（FB-ZVZCS-PWM）变换器

全桥零电压零电流脉宽调制变换器使原边电流在箝位续流时间迅速衰减到零并保持，固定臂（VD3，VD4）的开关管是零电流开关，移相臂（VD1，VD2）的开关管是零电压开关。这样，一方面使IGBT很容易的用到全桥软开关变换器中，另一方面使变换器附加环路能量减少，占空比损失变小，副边寄生振荡降低，软开关切换负载范围增宽等优点 。

3 软开关变换器参数的设计

3.1 中频变压器的选择

中频变压器主要作用是电压变换、功率传递和实现输入、输出之间的隔离。根据软开关逆变电源技术参数要求对中频变压器提出如下技术要求：工作频率f为20kHz，变换器输入电压U为320V，变换器输出电压U0为28V，变换器输出电流I0最大值为20A。

3.1.1 变压器磁芯的选择

由于逆变器的变压器工作频率设计为20kHz，传统的铁心材料硅钢由于损耗太大，已不能满足使用要求。磁芯材料只能从坡莫合金、钴基非晶态合金和超微晶合金（非晶态合金）三种材料中来考虑。综合三种材料的性能比较，选择饱和磁感应强度Bs高，温度稳定性好，价格低廉，加工方便的超微晶合金有利于变压器技术指标的实现。

3.1.2 变压器匝数与变比的计算

二次绕组匝数N2=N1×U2/U1=60×28/320=5.25，取N2为6匝。

变压器变比为n=N1/N2=10。

3.1.3 变压器导线线径计算

当交变电流通过导体时，沿导体截面上的电流分布不是均匀的，最大电流密度出现在导体的表面层，该现象称为集肤效应。集肤效应从根本上说，相当于减少了导体截面而增加了一个给定负载的发热程度。导线通过高频交流时，导线的有效面积的减小可以用穿透深度 来表示。穿透深度 的意义为由于集肤效应交变电流沿导线表面开始能达到的径向深度。

3.2 功率开关元件IGBT的选择

IGBT的作用是通过它的周期性开和关作用，把直流电压变换成方波电压，它是软开关逆变电源中的关键核心器件。由于它比较脆弱，对它的设计、选择直接关系到整个焊机的安全、可靠。综上所述，所选IGBT管额定电压1200V，额定电流10A。

3.3 隔直电容的选择

隔直电容主要的作用就是在原边电流箝位续流时间时与谐振电感发生谐振，使原边电流迅速衰减到零并保持，从而实现固定臂的功率开关管零电流关断。所以隔直电容的设计与谐振电感在箝位续流时间的伏秒积有关。

3.4 可饱和电感的设计

可饱和电感的设计关键是根据临界电流选择符合性能要求磁芯的饱和点。选择好合适饱和点的磁芯将相关参数带入式15即可求得相关参数，但实际的可饱和电感受温度的影响较大，在实验中要根据实际情况对匝数进行适当调整才能获得所需可饱和电感。

3.5.1 超前臂并联电容和结电容的等效电容参数的选择

因最小输出电流和最大输入电压可以使超前臂零电压开通时，大电流和小电压时也就能满足超前臂零电压开通的条件，要在全范围内实现超前臂的零电压开通，必需以最小输出电流、最大输入电压来选择超前臂功率开关管VT1 和VT2 的等效电容C1、C2，选定一定型号的IGBT后器结电容是确定的，据此就可以算出IGBT两端的并联电容的值。

3.5.2 固定臂并联电容C3、C4和结电容等效电容参数的选择

由软开关逆变电源的工作原理的分析可知，只有移动臂上的功率开关管可以实现零电压开通，固定臂上的功率开关不但不能实现零电压开通，反而其开通时加载在功率开关管两端的电压是硬开关的两倍，即320V。

3.6 输出电路设计的设计

输出整流滤波电路具有两个功能，一个功能是将中频变压器二次方波电压整流成单向脉动电流，并将其平滑成设计要求的低纹直流电压；另一个功能是抑制开关整流二极管方向回复时间内电流急剧回复产生的尖峰噪声。由于输出电路要求整流的信号是20kHz的方波，与普通的低频滤波不同，所以对输出电路中的元件选择有着较高的要求。

3.6.1 输出整流二极管选择

由于逆变电路工作在20kHZ，所以输出整流二极管应有短的反向恢复时间和小的反向恢复电流，同时为减小尖峰噪声反向电流的恢复以缓慢为好。常用的输出整流二极管有掺金扩散型、外延型、肖特基型及PIN型。考虑留一定的安全裕量，二极管额定电压按120V，电流15A选取。

3.6.2 输出滤波电感的选择

输出滤波电感具有两个作用：一个作用是用于滤波，使电流连续。特别是小电流脉动大时，所以输出滤波电感的选择以最小直流电流波形连续为依据；另一个作用是改善直流电源的动特性。

4 FB-ZVZCS-PWM变换器仿真

仿真结果分析：

1）从上面四个仿真图可以看出，所设计的参数可以达到变换器的零电压零电流开关的要求。

2）实际中可饱和电感在达到饱和后，电感值并非完全为零。而在设计中由于所用的模块本身存在的问题，只能将可饱和电感理想化，设定在达到饱和时，该电感值为零，相当于一条导线。此处存在的误差对实验结果会有较大的影响。

3）所显示的变压器原边电流变化中，并未完全的如设想的结果。经分析认为，电流未出现稳定平台，主要是因为元件的参数还需进一步改进。

5 结束语

本文对全桥移相软开关逆变电源电路进行了研究，得出以下结论：

a. 通过比较分析FB-ZVS-PWM、FB-ZCS-PWM和FB-ZVZCS-PWM三种电路的工作过程，认为FB-ZVZCS-PWM工作模式比其它两种模式更有优势；

b. 对逆变电源的工作频率、IGBT管和隔直电容的参数进行了计算和选择，经过仿真后，可认为是合理的。

参考文献

逆变电源范文第3篇

关键词 太阳能 全桥逆变电路 保护电路

0前言

目前，能源结构仍以煤、石油、天然气等一次能源为主，随着能源需求的增加，这些一次能源储量正在日趋枯竭。同时，煤、石油、天然气等常规能源在满足能源需求的同时，也对生态环境造成了严重的破坏。因而，要解决能源需求问题，实现可持续发展，只能依靠科技进步，大规模开发利用可再生能源和新能源。

小型高效率太阳能逆变电源将太阳能转换为电能，经过能量存储、变换、控制等环节，向负载提供交流电源，可应用于各种功率较低的电器，如照明设备等，对于节能环保具有重大意义。

1太阳能电池板储能

太阳能电池板作为太阳能逆变电源中的核心部分，将太阳能电池通过光电效应或者光化学效应把光能转化成电能，进而用蓄电池中存储起来，其结构如图1所示。

储能蓄电池一般为铅酸电池，有12V和24V这两种，也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。本设计采用24V铅酸电池。

2逆变电路设计

逆变主电路拓扑结构主要有全桥、半桥、推挽等结构。本文所设计的逆变电源采用全桥结构，电路如下图2所示。

逆变电源结构由全桥逆变电路、升压变压器及LC滤波电路构成。其中，全桥逆变电路的每个桥臂由可控器件MOSFET以及反并联的二极管组成，桥臂VT1、VT4为一对，桥臂VT2、VT3为一对，对角桥臂轮流控制导通，二极管实现续流作用；升压变压器可将电压升高到系统所需的电压等级，具有电气隔离、升压和储能的作用；滤波电路由电感Lf和电容Cf构成，滤除输出电压中的高次谐波分量， 实现正弦波输出。

3保护电路设计

为保证电路正常工作，除了主电路之外，还需设计必要的保护电路。

3.1蓄电池反接保护

蓄电池反接保护如图3所示， D0为防反二极管，FU为保险丝。二极管D0及保险丝FU构成蓄电池反接保护电路，当蓄电池反接时，二极管D0及保险丝FU构成短路回路，过大的短路电流使保险丝L1快速熔断，从而保护了蓄电池充电电路中的其它元器件。

3.2 MOSFRT过压保护

为了抑制MOSFET关断时的过电压并减小其关断损耗，需设置关断缓冲吸收电路。常见的关断缓冲吸收电路分为充放电型和放电阻止型两类。而充放电型的吸收效果好于放电阻止型，本设计采用RCD充放电型关断缓冲吸收电路，电路结构如图4所示。

RCD吸收电路并联在MOSFET的漏极和源极两端，关断时吸收电容C的电压从零开始充电上升，具有较好的过电压吸收效果。但电容C从零电压开始充放电的电流通过电阻R，造成其功耗较大，当运行频率较高时，会严重影响装置的运行效率。

4小结

随着电力电子器件的进步及各种新型电路拓扑结构的研究，太阳能逆变电源的应用将有更为广阔的发展前景。本设计中的太阳能逆变电源还有值得改进的地方，在调试中将进一步完善。

参考文献

[1] 史卫华，陈玉.独立式太阳能光伏逆变电源的研究[J].信息与电脑：理论版，2010（3）.

[2] 肖啸，许德富，等.太阳能电池的光学管理基本概念[J].四川大学学报（自然科学版），2015（5）.

逆变电源范文第4篇

关键词：逆变电源；重复控制；PID控制

中图分类号：TN86文献标识码:A

1 引言

PID 控制方法对阶跃信号可以做到无静差跟随，具有较快的动态响应特性和较强的鲁棒性，但将其数字化后应用到正弦波逆变电源系统中，由于各种因素的影响，其稳态输出特性差。

重复控制的思想是基于内模原理的一种控制方法。它含有正弦的内模，不管什么形式的信号，只要其频率是基波频率的倍数，则该输出就会对其进行逐周期累加。既便输入信号衰减为零，该内模仍然会逐周期输出与上周期相同的信号。因而可以看出该重复控制与积分环节的区别在于：积分是对误差进行连续时间的累加，而重复控制是对误差以周期为步长的累加。重复控制虽然对周期性扰动有很好的抑制能力，但是对非周期的扰动的响应速度慢，因此，抑制能力较差。在很多情况下，如突加负载、突减负载时，扰动是阶跃的、非周期的，但是重复控制器仍然将扰动周期出现的误差在随后的周期中试图来纠正，但是在随后的周期中扰动并不存在，因此导致控制错误。与此相反PID控制含有的积分环节1/s 是描述阶跃信号的数学模型，因此含有积分环节1/s 的系统对阶跃指令可以做到无静差跟踪。本文提出了一种基于重复控制与PID控制相结合的控制方法，该控制方法集成了两种控制方法优点，既具有高质量的稳态波形，又具有对非周期负载扰动有较快的响应速度。

2 工作原理

理想的重复控制器其极点分布在虚轴上，处于临界稳定状态，系统的稳定性较差。为了保证稳定性，重复控制通常采用改进型内模，如图1 所示的重复控制器模块。图1中：S（z）为补偿器，用来对功率级的特性进行补偿；Q（z）重复发生器的衰减因子，通常|Q（z）|

图1 重复控制器

由传递函数可以看出重复控制的误差信号，在经过N个时钟周期的延迟才会反映到输出的控制信号上，因此其负载瞬态响应特性差。因为提高非周期扰动是重复控制必须解决的问题，根据内模原理，要完全消除阶跃信号扰动，则在控制传递函数中必须包含1/s 传递函数。可以考虑将PID控制器或者零极点配置控制器融合到重复控制中以提高对非周期扰动的响应速度。因此，考虑采用如图2 所示的控制策略。

图2 复合控制框图

这样反馈控制信号由两种控制方法共同产生，因此，控制效果会兼有两种控制方法的各自特点。由于控制信号始终都是由两个控制器共同产生的，因此，在非周期扰动下重复控制器产生的错误的控制信号仍然会对系统产生影响。同理，我们可以想象到在周期性负载冲击下PID控制器也会产生错误的控制信号，但是该错误信号可以在重复控制器多个周期识别后给予抵消，因此，影响相对较小。通过以上分析可知，在周期性或者非周期性两种不同的负载扰动冲击下，如果可以仅使其中正确的一种控制信号输出给受控目标，则可以避免错误的控制信号对系统的影响，如图3 所示。这其中最关键的一点就是控制器对周期性和非周期性两种扰动信号的识别问题，如果可以做到正确识别，以上的控制思想就可以实现了。

图3 新型复合控制框图

如图4所示，为突加、突减负载时输出电压、输出电流和控制输出的响应波形。由图4 可以看出，扰动是非周期的、一次性的，但是重复控制器仍然将扰动周期出现的误差在随后的周期中试图来纠正，但是在随后的周期中扰动并不存在，因此，导致输出的波形动态响应比较差。实现周期性和非周期性两种扰动信号识别的最简单方法是做如下判断，即|e(n)-e(n-N)|＞emax

即当前的误差信号与上一个周期的误差信号的差值的绝对值是否大于给定的某个值emax，当大于emax时认为系统出现了非周期性扰动，在随后的一个周期内采用PID 控制器输出的控制信号，同时将重复控制器的输出信号置零；否则将PID控制器的输出置零，仅采用重复控制器进行控制。采用本控制方法的通过仿真得出PID控制可以在短时间内将非周期扰动的影响消除，并且从检测到非周期扰动出现随后的一个周期内由PID控制器产生控制信号，而在此时间段内重复控制器需将以前重复积累的误差信号清除，而仅采用PID控制的这个周期的信号开始重新积累误差，从而完全消除了目前不存在的以前积累的误差的影响。

通过实验可看到输出波形的动态响应，由图4可以看出重复控制在负载移除后，波形需要经过多个周期调整才能恢复正常。而PID 控制在短时间内就可以将扰动的影响消除，并不会影响随后的输出波形，但输出波形品质较差。采用复合控制在移除负载时响应波形，从图中可看出在瞬态时PID 控制可以在短时间内（与输出电压的周期相比，时间很短）将非周期扰动的影响消除，在稳态时重复控制可以保证输出高质量的正弦波形，使输出波形达到最优效果。

3 试验结果

根据以上分析，本文对数字PID 控制、重复控制以及新型复合控制进行了一系列实验研究。系统参数如下：输入直流电压380V，输出额定功率2kVA 电压115V，400Hz，开关频率25.6kHz，输出滤波电感0.8mH，输出滤波电容30μF，负载电阻7Ω。控制芯片采用高速信号处理器TMS320F240。实验波形如图4－图9，实验数据见表1所示。

表1 样机测试性能

从实验结果可以看出,仅有PID 控制时,系统输出电压畸变较大,总谐波畸变率超过5 % ,但系统负载突变时波动较小。只有重复控制时,系统稳态输出波形质量好,总谐波畸变率小于1% ,但系统负载突变时输出电压波动大、调整时间长。采用新型复合控制方案后,系统同时得到了满意的稳态输出波形和动态效果。

4 结论

新型复合控制策略吸取了PID 控制和重复控制的长处,克服了它们各自的不足,使系统得到了较为理想的稳态特性和动态特性。实验结果证明,该控制策略是一种实用的正弦波逆变电源控制方案,可广泛应用到各种逆变电源系统中。

参考文献

逆变电源范文第5篇

关键词：高频逆变；电除尘；电源优化；节能减排

中图分类号： TE08 文献标识码： A

Abstract: It has been difficult for the old ESP to meet the new dust emission standards, but the update of the equipment costs a lot of money, therefore, how to reach a higher cost performance becomes the focus of attention . After researches we found that the replacement of the industrial frequency power with the high-frequency inverter of the ESP power can greatly improve the collection efficiency, with a high cost performance and a good prospect of application.

Key words: high-frequency inverter; ESP; power optimization; energy saving and emission reduction

0 引言

电除尘器(ESP)是利用电力将气体中的粉尘分离出来，从而大幅度降低排入大气层中的烟尘量，这是改善环境污染，提高空气质量的重要环保设备。在我国，各类发电厂，燃煤锅炉，碱回收锅炉，水泥厂，垃圾发电厂，以及有色冶金工业、钢铁工业等行业，都不可缺少地需要配备电除尘器。它具有除尘效率高、阻力损失小、耐高温、烟气处理量大、操作自动化程度高等特点，应用广泛。

我国的煤炭消耗占总体能源消费的60%以上，由此引起的烟尘和SO2污染日趋严重。上个世纪80-90年用的电除尘器因为设计时环保要求不高，设计余地不大，急需更新换代。电除尘器供电电源是电除尘系统的关键设备，也是重要的能耗设备。提升电除尘设备供电电源的效率就成为了提高电除尘器效率，达到国家环保的新标准的最有效手段。

1 高频逆变电源原理及特点

高频逆变电源电除尘器的核心思想是把三相工频电转变成直流电，然后再利用现代电力电子技术将直流电逆变成高频交流加以控制，高频逆变的拓扑形式如图1所示：

图1 高频逆变电除尘电源框图

其主要特点是：(l)三相整流器把三相交流电转换成直流电，逆变器再把直流电压转换成高频交变的方波，这种方式在控制上具有很大的灵活性，主要体现在逆变器可以采用PWM(pulse width modulation)、PS-PWM(phase-shift pulse width modulation)、PDM(pulse density modulation)和PFM(pulse frequency modulation)等多种控制方式或多种控制方式的组合。由于采用了高频控制，输出电压的纹波小，系统的动态响应速度快，从而显著地提高了除尘效率。另外，由于控制方式的灵活性，高频逆变电除尘电源可以产生特定的高压输出波形，以适应不同的除尘工况。

(2)逆变器高频交变方波的输出形式使得升压变压器同时可为高频变压器。在保持升压比不变的情况下，高频变压器的高、低压绕组匝数相比于工频变压器明显减少。变压器体积的明显减小，相应制作变压器的原材料，如缠绕变压器的铜、制作油箱的铁、绝缘用的油等材料的使用都会大幅度减少。高频电除尘电源的重量只有传统工频电除尘电源的1/5左右。

(3)与传统的可控硅工频相控电除尘电源相比，高频逆变电除尘电源应用了全控型功率器件IGBT，开关速度快，电除尘器发生闪络时能够立即关断。高频逆变电除尘电源的上述特点使其具有比工频电除尘电源更加优越的性能。传统工频电除尘电源的功率因数约为0.7，效率约为75%；而高频逆变电除尘电源的功率因数达0.9以上，效率可高达95%以上，节能效果非常明显。

2 高频逆变电除尘器的先进性分析

2.1典型稳态输出波形对比

电源的输出电压和电流越大，除尘效率越高。而电除尘器工作电压受闪络电压限制存在上限值，因此，在相同闪络电压下，电除尘电源输出电流越大，除尘效率将越高。图2是稳态工作时高频逆变电除尘电源与工频电除尘电源的典型波形对比图。

图2 稳态时高频逆变和传统工频典型波形对比

由图可见，工频电除尘电源输出电压具有较大的纹波，当闪络电压为约80kV时，平均输出电压约为60kV，只有闪络电压的75%。而高频电除尘电源输出电压较平稳，接近闪络电压。因此，高频逆变电除尘电源具有比工频电源更大的输出电流能力，除尘效率更高。

2.2动态输出波形对比

高频逆变电除尘电源不仅在稳态时具有突出优点，动态性能同样优异。图3为高频逆变电除尘电源和工频电除尘电源在电除尘器发生闪络和重新启动时的典型对比波形。

从上图中可以看出，当闪络发生时，两者的输出电压都迅速下降，不同的是高频逆变电除尘电源能够迅速响应，封锁电源输出，所以输出电流也随之迅速下降至零。而工频电除尘电源由于不能立即关断晶闸管，导致输出电流存在较大过流，且要经过很长时间才逐渐下降至零，在这个过程中，大量能量消耗在电除尘器中，并给电源造成很大冲击。

从图3中还可以得出结论，高频逆变电除尘电源闪络持续时间短，经过较短的退电离时间，系统就可以再次重新启动；而工频电除尘电源由于闪络持续时间长，火花放电严重，电除尘器产生了大量的空间电荷，所以需要经过较长的退电离时间，系统才可以重新启动。当系统重新启动时，由于高频逆变电除尘电源的响应速度快，因此输出电压能够迅速达到预定电压，而工频电除尘电源则需要多个工频周期后才能达到。上述两点表明，高频逆变电除尘电源的有效除尘时间将高于工频电除尘电源，除尘效率更高。

3 高频电源的应用实例

表1给出了各种工业应用采用高频电除尘电源后，粉尘排放量相对于传统工频电除尘电源下降的现场数据[9]。

表1 各种工业采用高频电除尘电源后排放量下降数据

应用场合 地点 安装高频电除尘电源装置数量（台） 排放量减少比例

燃煤锅炉 世界各地 195 ～60%

碱回收炉 Baltic,Canada,South America 143 40-60%

湿式电除尘器 世界各地 103 40-85%

水泥和石灰 Europe 95 ～75%

垃圾 Japan,Europe 51 20-50%

生物锅炉 Baltic 121 10-40%

玻璃制造 USA, Europe 52 ～60%

从表1可见，高频电除尘电源在减小粉尘排放量上的效果显著，平均可高达50%左右。

4 总结

从本文的研究可以看出，高频电源在电除尘器上的使用具有很大的应用空间。高频电源不但可以大大降低电除尘电气设备的电耗，对企业节能减排和应对排放新标准都能起到极大作用。而且高频电源的改造性价比高，对于不方便大规模更换电除尘设备的企业有着很大的吸引力。

参 考 文 献

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[2] 刘勇,何湘宁,张仲超.脉冲密度调制串联谐振型塑料薄膜表面处理电源的研制.中国电机工程学报，2005.25(26): 155-162.

[3] 张琪.塑料薄膜表面处理电源的PS-PWM控制及其人机界面,硕士学位论文,杭州:浙江大学,2006.

[4] 张谷勋,蒋云峰.电除尘器电源的发展方向――高频化和数字化.电源世界，2007(l): 1-4.

[5] N. Grass, W. Hartmann, M. Klockner. Application of different types of high-voltage supplies on industrial electrostatic Precipitators. IEEE Transactions on Industry Applications,2004. 40(6): 1513-1520.