电力电子技术课程设计报告(混合型多电平逆变器电路设计)毕业设计（论文）.docVIP

目　录 一、引言 3 二、设计任务 6 （一）设计任务 6 （二）设计要求 6 三、结构设计方法要点 6 四、总体电路设计 7 （一）逆变器设计流程图 8 （二）混合电平式逆变器结构 9 （三）混合单元式逆变器结构 11 五、各功能模块电路设计 12 （一）逆变器的主要技术指标 12 （二）有源逆变模块 13 （三）逆变能量的变换关系模块 14 六、总体电路 15 （一）主电路图 15 （二）总体电路原理图说明 16 七、总结 20 八、参考文献 22 一、引言 逆变器也称逆变电源，是将直流电能转变成交流电能的变流装置，是太阳能、风力发电中一个重要部件。随着微电子技术与电力电子技术的迅速发展，逆变技术也从通过直流电动机——交流发电机的旋转方式逆变技术，发展到二十世纪六、七十年代的晶闸管逆变技术，而二十一世纪的逆变技术多数采用了MOSFET、IGBT、GTO、IGCT、MCT等多种先进且易于控制的功率器件，控制电路也从模拟集成电路发展到单片机控制甚至采用数字信号处理器（DSP）控制。各种现代控制理论如自适应控制、自学习控制、模糊逻辑控制、神经网络控制等先进控制理论和算法也大量应用于逆变领域。其应用领域也达到了前所未有的广阔，从毫瓦级的液晶背光板逆变电路到百兆瓦级的高压直流输电换流站；从日常生活的变频空调、变频冰箱到航空领域的机载设备；从使用常规化石能源的火力发电设备到使用可再生能源发电的太阳能风力发电设备，都少不了逆变电源。毋须怀疑，随着计算机技术和各种新型功率器件的发展，逆变装置也将向着体积更小、效率更高、性能指标更优越的方向发展。 在传统双转换逆变电路中，变压器室电路不可或缺的重要组成部分，并在总多方面展现其不容小觑的优势。 最初的UPS输出逆变器都是带有变压器的。应该说，带变压器是UPS输出逆变器电路形式所决定的，而变压器的存在却是弊大于利。逆变器电路技术演变过程的一个显著的表现形式是:是否必须用变压器以及如何配置变压器。 ??? 19世纪70年代生产的第一代三相UPS的典型电路结构形式(MGEUPSMG240系列)。这个系列的UPS包括一个由降压式自藕变压器绕组供电的二极管全波整流器和一个与整流器相并联的、由自稍变压器的辅助二次侧绕组供电的电池充电器。当电网停电时静态开关可将电池组连接到直流母线上供电。 ??? 逆变器由4个三相变换器以全波方式运行(按照基波频率进行换向)，每一个三相变换器都与变压器的一次侧绕组相连接(A连接)，把这些二次侧绕组开放式的变压器(OpenPhaseTransformers)以一定方式进行串联，以获得合成的输出电压。这4个变压器被分为两组，每一组都包含一个Y形和一个曲折Y型(Z形)的二次侧绕组，这两个二次侧绕组之间具有30。相位差。这一特殊连接可消除序号为n=6k±1次的电压谐波，其中K为奇数，这等效于一个具有两组移相式整流桥的变压器一次侧绕组所吸收的电流。对于在变压器一次侧绕组中每相可能出现的3次和3n次谐波，由一次侧绕组的人接线方式来抵消。因此，首先需要滤除的谐波为第11次谐波。输出电压的调整是通过移动两组变压器之间的相位来完成的。由于首先进行滤除的是第11次谐波，所以输出滤波器的尺寸较小，这使得逆变器对负载变化的动态响应特性加快。 ??? 超过90%的逆变器效率，这在当时已经足够让人满意了，这样的输出效率得益于采用较低频率的斩波以降低换向损耗。尽管当时这种换向电路(如图2-21所示)是先进的，但仍然存在不容忽视的损耗。 这种类型电路的主要缺点为:在某些情况下例如过载时，不可能便所有可控硅立即关断，进而使逆变器完全停止工作。这给设备的安全造成威胁。 ??? 改进的逆变器换向电路，可明显降低此类电路的换向能量损耗并实现所有可控硅的同时关断。图中的每只可控硅都有一个关断电路。每个关断电路包含一只可通过一个电阻做预充电的电容器、一个换向电感L1、一只辅助可控硅Ta和一只辅助二极管Da。Ta导通时关断电流在历Ta、L1和C组成的电路中产生环流，这使得电容两端的电压在振荡的第一个1/2周期末发生反向。对于紧接而来的第二个1/2周期，反相电流流过Da中的电流会使主可控硅Tp中的电流减小，直到完全消失。并通过连接于换向电路的Dp，便Tp上的电压反向。辅助可控硅历上的电压在这个1/2周期中也被通导的Da和Tp反向关断。在此周期的最后，电容器两端的电压被再次反向，且通过与其连接的电阻与直流电源的另一极形成回路，完成充电动作，使电容电压恢复到起始值状态。 ??? 为减少电路的能量损失和改善控制功能，下一代系统开始采用一种新的脉冲电路，每个晶闸管都变压器的数量从4个减少到2个，但为了实现只采用一个变压器的目标，就不得不提高逆变器电路的性能以实现只需变化PWM就能达到目的，而无需再采用两组变压器的方式。