正弦波逆变器一-世纪电源网.PDFVIP

正弦波逆变器 一．引言 所谓逆变器，是指整流器的逆向变换装置。其作用是通过半导体功率开关器 件（例如 GTO,GTR,功率 MOSFET 和 IGBT 等）的开通和关断作用，把直流电 能换成交流电能，它是一种电能变换装置。 逆变器，特别是正弦波逆变器，其主要用途是用于交流传动，静止变频和 UPS电源。逆变器的负载多半是感性负载。为了提高逆变效率，存储在负载电感 中的无功能量应能反馈回电源。因此要求逆变器最好是一个功率可以双向流动的 变换器，即它既可以把直流电能传输到交流负载侧，也可以把交流负载中的无功 电能反馈回直流电源。 逆变 器的 原理 早在 1931 年就 在文 献中 提到 过。 1948 年， 美国 西屋 （Westinghouse）电气公司用汞弧整流器制成了 3000HZ 的感应加热用逆变器。 1947年，第一只晶体管诞生，固态电力电子学随之诞生。1956年，第一只 晶体管问世，这标志着电力电子学的诞生，并开始进入传统发展时代。在这个时 代，逆变器继整流器之后开始发展。首先出现的是 SCR 电压型逆变器。1961年， W.McMurray 与 B.D.Bedford 提出了改进型 SCR 强迫换向逆变器，为 SCR 逆变 器的发展奠定了基础。1960年以后，人们注意到改善逆变器波形的重要性，并 开始进行研究。1962年，A.Kernick 提出了“谐波中和消除法”，即后来常用的 “多重叠加法”，这标志着正弦波逆变器的诞生。1963年，F.G.Turnbull 提出了 “消除特定谐波法”，为后来的优化 PWM法奠定了基础，以实现特定的优化目 标，如谐波最小，效率最优，转矩脉动最小等。 20世纪 70年代后期，可关断晶闸管 GTO、电力晶体管 GTR 及其模块相继 实用化。80年代以来，电力电子技术与微电子技术相结合，产生了各种高频化 的全控器件，并得到了迅速发展，如功率场效应管 Power MOSFET、绝缘门极晶 体管 IGT 或 IGBT、静电感应晶体管 SIT、静电感应晶闸管 SITH、场控晶闸管 MCT，以及 MOS晶体管 MGT 等。这就是、使电力电子技术由传统发展时代进 入到高频化时代。在这个时代，具有小型化和高性能特点的新逆变技术层出不穷。 特别是脉宽调制波形改善技术得到了飞速的发展。 1964年，由 A.Schonung 和 H.Stemmler 提出的、把通信系统调制技术应用到 逆变技术中的正弦波脉宽调制技术（Sinusoida-PWM，简称 SPWM），由于当时 开关器件的速度慢而未得到推广。直到 1975年才由 Bristol 大学的 S.R.Bowse 等 把 SPWM技术正式应用到逆变技术中，使逆变器的性能大大提高，并得到了广 泛的应用和发展，也使正弦波逆变技术达到了一个新高度。此后，各种不同的 PWM技术相继出现，例如注入三次谐波的 PWM、空间相量调制（SVM）、随机 PWM、电流滞环 PWM 等，成为高速器件逆变器的主导控制方式。至此，正弦 波逆变技术的发展已经基本完善。 二．正弦波逆变器中的开关器件及其基本工作原理 2.1 可关断晶体管（GTO） 可关断晶体管简称 GTO。它是晶闸管的一种派生器件，因此它具有 SCR的 全部优点，如耐压高、电流大、耐浪涌能力强，造价便宜等；但它又具有像 GTR 自关断那样具有自关断能力，因而不再是半控型的器件而成为全控型器件，工作 频率高、控制功率小、线路简单，使用方便。因此，GTO 是一种比较理想的大 调速、无功补偿等方面获得了广泛得使用。 GTO 是一种 PNPN四层结构的半导体器件，它的结构，等效电路图及图形 符号示于图 2.1-1中。 A A A A P1 1 N1 C2 G P2 G C1 G