電壓型逆變器與電流型逆變電路的定義及特點

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上比較電壓型逆變器和電流型逆變器的特點先兩者都屬于交-直-交變頻器，由整流器和逆變器兩部分組成。 由于負載一般都是感性的，它和電源之間必有無功功率傳送，因此在中間的直流環(huán)節(jié)中，需要有緩沖無功功率的元件。 如果采用大電容器來緩沖無功功率，則構(gòu)成電壓源型變頻器；如采用大電抗器來緩沖無功功率，則構(gòu)成電流源型變頻器。電壓型變頻器和電流型變頻器的區(qū)別僅在于中間直流環(huán)節(jié)濾波器的形式不同，但是這樣一來，卻造成兩類變頻器在性能上相當(dāng)大的差異，主要表現(xiàn)列表比較如下： 電壓型變頻器與電流型變頻器的性能比較 1、儲能元件：電壓型變頻器電容器；電流型電抗器。2、輸出波形的特點：電壓形電壓波形為

2、矩形波電流波形近似正弦波；電流型變頻器則為電流波形為矩形波電壓波形為近似正弦波3、回路構(gòu)成上的特點，電壓型有反饋二極管直流電源并聯(lián)大容量電容（低阻抗電壓源）；電流型無反饋二極管直流電源串聯(lián)大電感（高阻抗電流源）電動機四象限運轉(zhuǎn)容易。4、特性上的特點，電壓型為負載短路時產(chǎn)生過電流，開環(huán)電動機也可能穩(wěn)定運轉(zhuǎn)；電流型為負載短路時能抑制過電流，電動機運轉(zhuǎn)不穩(wěn)定需要反饋控制電流型逆變器采用自然換流的晶閘管作為功率開關(guān)，其直流側(cè)電感比較昂貴，而且應(yīng)用于雙饋調(diào)速中，在過同步速時需要換流電路，在低轉(zhuǎn)差頻率的條件下性能也比較差；高壓變頻器的結(jié)構(gòu)特征 1.1電流型變頻器變頻器的直流環(huán)節(jié)采用了電感元件而得名，其優(yōu)點

3、是具有四象限運行能力，能很方便地實現(xiàn)電機的制動功能。缺點是需要對逆變橋進行強迫換流，裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)整較為困難。另外，由于電網(wǎng)側(cè)采用可控硅移相整流，故輸入電流諧波較大，容量大時對電網(wǎng)會有一定的影響。 1.2電壓型變頻器由于在變頻器的直流環(huán)節(jié)采用了電容元件而得名，其特點是不能進行四象限運行，當(dāng)負載電動機需要制動時，需要另行安裝制動電路。功率較大時，輸出還需要增設(shè)正弦波濾波器。 1.3高低高變頻器;采用升降壓的辦法，將低壓或通用變頻器應(yīng)用在中、高壓環(huán)境中而得名。原理是通過降壓變壓器，將電網(wǎng)電壓降到低壓變頻器額定或允許的電壓輸入范圍內(nèi)，經(jīng)變頻器的變換形成頻率和幅度都可變的交流電，再經(jīng)過升壓變壓器變換

4、成電機所需要的電壓等級。這種方式，由于采用標準的低壓變頻器，配合降壓，升壓變壓器，故可以任意匹配電網(wǎng)及電動機的電壓等級，容量小的時侯（<500KW）改造成本較直接高壓變頻器低。缺點是升降壓變壓器體積大，比較笨重，頻率范圍易受變壓器的影響。一般高低高變頻器可分為電流型和電壓型兩種。 1.3.1高低高電流型變頻器在低壓變頻器的直流環(huán)節(jié)由于采用了電感元件而得名。輸入側(cè)采用可控硅移相控制整流，控制電動機的電流，輸出側(cè)為強迫換流方式，控制電動機的頻率和相位。能夠?qū)崿F(xiàn)電機的四象限運行。 1.3.2高低高電壓型變頻器在低壓變頻器的直流環(huán)節(jié)由于采用了電容元件而得名。輸入側(cè)可采用可控硅移相控制整流，也可以

5、采用二極管三相橋直接整流，電容的作用是濾波和儲能。逆變或變流電路可采用GTO,IGBT,IGCT,或,SCR元件，通過SPWM變換，即可得到頻率和幅度都可變的交流電，再經(jīng)升壓變壓器變換成電機所需要的電壓等級。需要指出的是，在變流電路至升壓變壓器之間還需要置入正弦波濾波器（F），否則升壓變壓器會因輸入諧波或dv/dt過大而發(fā)熱，或破壞繞組的絕緣。該正弦波濾波器成本很高，一般相當(dāng)于低壓變頻器的1/3到1/2的價格。 1.4高高變頻器高高變頻器無需升降壓變壓器，功率器件在電網(wǎng)與電動機之間直接構(gòu)建變換器。由于功率器件耐壓問題難于解決，目前國際通用做法是采用器件串聯(lián)的辦法來提高電壓等級，其缺點是需要解決

6、器件均壓和緩沖難題，技術(shù)復(fù)雜，難度大。但這種變頻器由于沒有升降壓變壓器，故其效率較高低高方式的高，而且結(jié)構(gòu)比較緊湊。高高變頻器也可分為電流型和電壓型兩種。 1.4.1高高電流型變頻器它采用GTO，SCR或IGCT元件串聯(lián)的辦法實現(xiàn)直接的高壓變頻，目前電壓可達10KV。由于直流環(huán)節(jié)使用了電感元件，其對電流不夠敏感，因此不容易發(fā)生過流故障，逆變器工作也很可靠，保護性能良好。其輸入側(cè)采用可控硅相控整流，輸入電流諧波較大。變頻裝置容量大時要考慮對電網(wǎng)的污染和對通信電子設(shè)備的干擾問題。均壓和緩沖電路，技術(shù)復(fù)雜，成本高。由于器件較多，裝置體積大，調(diào)整和維修都比較困難。逆變橋采用強迫換流，發(fā)熱量也比較大，需

7、要解決器件的散熱問題。其優(yōu)點在于具有四象限運行能力，可以制動。需要特別說明的是，該類變頻器由于較低的輸入功率因數(shù)和較高的輸入輸出諧波，故需要在其輸入輸出側(cè)安裝高壓自愈電容。 1.4.2高高電壓型變頻器電路結(jié)構(gòu)采用IGBT直接串聯(lián)技術(shù)，也叫直接器件串聯(lián)型高壓變頻器。其在直流環(huán)節(jié)使用高壓電容進行濾波和儲能，輸出電壓可達6KV，其優(yōu)點是可以采用較低耐壓的功率器件，串聯(lián)橋臂上的所有IGBT作用相同，能夠?qū)崿F(xiàn)互為備用，或者進行冗余設(shè)計。缺點是電平數(shù)較低，僅為兩電平，輸出電壓dV/dt也較大，需要采用特種電動機或整加高壓正弦波濾波器，其成本會增加許多。它不具有四象限運行功能，制動時需另行安裝制動單元。這種

8、變頻器同樣需要解決器件的均壓問題，一般需特殊設(shè)計驅(qū)動電路和緩沖電路。對于IGBT驅(qū)動電路的延時也有極其苛刻的要求。一旦IGBT的開通、關(guān)閉的時間不一致，或者上升、下降沿的斜率相差太懸殊，均會造成功率器件的損壞. 1.5嵌位型變頻器鉗位型變頻器一般可分為二極管鉗位型和電容鉗位型。 1.5.1二極管嵌位型變頻器它既可以實現(xiàn)二極管中點嵌位，也可以實現(xiàn)三電平或更多電平的輸出，其技術(shù)難度較直接器件串聯(lián)型變頻器低。由于直流環(huán)節(jié)采用了電容元件，因此它仍屬于電壓型變頻器。這種變頻器需要設(shè)置輸入變壓器，它的作用是隔離與星角變換，能夠?qū)崿F(xiàn)12脈沖整流，并提供中間嵌位零電平。通過輔助二極管將IGBT等功率器件強行嵌

9、位于中間零電平上，從而使IGBT兩端不會因過壓而燒毀，又實現(xiàn)了多電平的輸出。這種變頻器結(jié)構(gòu)，輸出可以不安裝正弦波濾波器。 1.5.2電容嵌位型變頻器它采用同橋臂增設(shè)懸浮電容的辦法實現(xiàn)了功率器件的嵌位，目前這種變頻器應(yīng)用的比較少。 1.6單元串聯(lián)型變頻器這是近幾年才發(fā)展起來的一種電路拓撲結(jié)構(gòu)，它主要由輸入變壓器、功率單元和控制單元三大部分組成。采用模塊化設(shè)計，由于采用功率單元相互串聯(lián)的辦法解決了高壓的難題而得名，可直接驅(qū)動交流電動機，無需輸出變壓器，更不需要任何形式的濾波器。以6單元串聯(lián)為例。整套變頻器共有18個功率單元，每相由6臺功率單元相串聯(lián)，并組成Y形連接，直接驅(qū)動電機。每臺功率單元電路、

10、結(jié)構(gòu)完全相同，可以互換，也可以互為備用。變頻器的輸入部分是一臺移相變壓器，原邊Y形連接，副邊采用沿邊三角形連接，共18副三相繞組，分別為每臺功率單元供電。它們被平均分成、三大部分，每部分具有6副三相小繞組，之間均勻相位移10度 該變頻器的特點如下：采用多重化PWM方式控制，輸出電壓波形接近正弦波。整流電路的多重化，脈沖數(shù)多達36，功率因數(shù)高，輸入諧波小。模塊化設(shè)計，結(jié)構(gòu)緊湊，維護方便，增強了產(chǎn)品的互換性。直接高壓輸出，無需輸出變壓器。極低的dv/dt輸出，無需任何形式的濾波器。 采用光纖通訊技術(shù)，提高了產(chǎn)品的抗干擾能力和可靠性。 功率單元自動旁通電路，能夠?qū)崿F(xiàn)故障不停機功能。電壓型逆變器與電流

11、型逆變電路的定義及特點文章來源：網(wǎng)絡(luò) 什么是電壓型逆變電路?什么是電流型逆變電路?二者各有什么特點？ 答:按照逆變電路直流測電源性質(zhì)分類,直流側(cè)是電壓源的稱為逆變電路稱為電壓型逆變電路,直流側(cè)是電流源的逆變電路稱為電流型逆變電路電壓型逆變電路的主要持點是: 直流側(cè)為電壓源,或并聯(lián)有大電容,相當(dāng)于電壓源。直流側(cè)電壓基本無脈動,直流回路呈現(xiàn)低阻抗。 由于直流電壓源的鉗位作用,交流側(cè)輸出電壓波形為矩形波,并且與負載阻抗角無關(guān)。而交流側(cè)輸出電流波形和相位因負載阻抗情況的不同而不同。 當(dāng)交流側(cè)為阻感負載時需要提供無功功率,直流側(cè)電容起緩沖無功能量的作用。為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無功能量提供通道,逆變橋

12、各臂都并聯(lián)了反饋二極管。 電流型逆變電路的主要特點是: 直流側(cè)串聯(lián)有大電感,相當(dāng)于電流源。直流側(cè)電流基本無脈動,直流回路呈現(xiàn)高阻抗。 電路中開關(guān)器件的作用僅是改變直流電流的流通路徑,因此交流側(cè)輸出電流為矩形波,并且與負載阻抗角無關(guān)。而交流側(cè)輸出電壓波形和相位則因負載阻抗情況的不同而不同。 當(dāng)交流側(cè)為阻感負載時需要提供無功功率,直流測電惑起緩沖無功能量的作用。因為反饋無功能量時直流電流并不反向,因此不必像電壓型逆變電路那樣要給開關(guān)器件反并聯(lián)二極管。逆變器的兩種電流型控制方式 摘要：研究分析了逆變器的兩種雙環(huán)瞬時反饋控制方式電流型準PWM控制方式和三態(tài)DPM電流滯環(huán)跟蹤控制方式，介紹其工作原理，分

13、析比較其動態(tài)和靜態(tài)性能，并給出具體實現(xiàn)電路及系統(tǒng)仿真結(jié)果。關(guān)鍵詞：PWM逆變器功率變換器控制電流型雙環(huán)控制技術(shù)在DC/DC變換器中廣泛應(yīng)用，較單電壓環(huán)控制可以獲得更優(yōu)良的動態(tài)和靜態(tài)性能3。其基本思路是以外環(huán)電壓調(diào)節(jié)器的輸出作為內(nèi)環(huán)電流給定，檢測電感(或開關(guān))電流與之比較，再由比較器的輸出控制功率開關(guān)，使電感和功率開關(guān)的峰值電流直接跟隨電壓調(diào)節(jié)器的輸出而變化。如此構(gòu)成的電流、電壓雙閉環(huán)變換器系統(tǒng)瞬態(tài)性能好、穩(wěn)態(tài)精度高，特別是具有內(nèi)在的對功率開關(guān)電流的限流能力。逆變器(DC/AC變換器)由于交流輸出，其控制較DC/DC變換器復(fù)雜得多，早期采用開關(guān)點預(yù)置的開環(huán)控制方式1，近年來瞬時反饋控制方式被廣泛

14、研究，多種各具特色的實現(xiàn)方案被提出，其中三態(tài)DPM(離散脈沖調(diào)制)電流滯環(huán)跟蹤控制方式性能優(yōu)良，易于實現(xiàn)。本文將電流型PWM控制方式成功用于逆變器控制，介紹其工作原理，與電流滯環(huán)跟蹤控制方式比較動態(tài)和靜態(tài)性能，并給出仿真結(jié)果。1三態(tài)DPM電流滯環(huán)跟蹤控制方式電流滯環(huán)跟蹤控制方式有多種實現(xiàn)形式1，2，4，5，其中三態(tài)DPM電流滯環(huán)跟蹤控制性能較好且易于實現(xiàn)1。參照圖1，它的基本工作原理是：檢測濾波電感電流iL，產(chǎn)生電流反饋信號if。if與給定電流ig相比較，根據(jù)兩個電流瞬時值之差來決定單相逆變橋的4個開關(guān)在下一個開關(guān)周期中的導(dǎo)通情況：igif>h時（h見圖1，為電流滯環(huán)寬度，可按參考文獻1

15、P64式5?2選?。㏒1、S4導(dǎo)通，UAB=E，1狀態(tài)；igifh時S2、S3導(dǎo)通，UAB=""E，1狀態(tài)；|igif|h時S1、S3或S2、S4導(dǎo)通，UAB="0，"0狀態(tài)。兩個D觸發(fā)器使S1S4的開關(guān)狀態(tài)變化只能發(fā)生在周期性脈沖信號CLK(頻率2f)的上升沿，也就是說開關(guān)點在時間軸上是離散的，且最高開關(guān)頻率為f。仿真和實驗表明，iL正半周，逆變器基本上在1和0狀態(tài)間切換，而iL負半周，逆變器基本上在1和0狀態(tài)間切換，只有U0過零點附近才有少量的1和1之間的狀態(tài)跳變，從而使輸出脈動減小。2電流型準PWM控制方式圖1三態(tài)DPM電流滯環(huán)跟蹤控制方式綜合常規(guī)

16、PWM單、雙極性工作方式的優(yōu)缺點，并借鑒滯環(huán)控制技術(shù)，得到改進的電流環(huán)控制電路如圖2。S3、S4基本上以低頻互補，S1、S2以高頻互補方式工作。其基本工作原理：(1)ig正半周，即ig>0時比較器CMP1輸出高電平，S3一直關(guān)斷。時鐘信號CLK的上升沿將觸發(fā)器RS1置1，S1、S4導(dǎo)通，S2關(guān)斷，UAB為E，iL按式(1)上升M1=diL/dt=(EU0)/L(1)當(dāng)iL升至if>ig時RS1翻轉(zhuǎn)，S1關(guān)斷、S2導(dǎo)通，UAB為0，iL按式(2)變化M2=diL/dt=U0/L(2)若U0>0，則iL下降，至開關(guān)周期結(jié)束；而若U00，則iL繼續(xù)上升，此時可能出現(xiàn)三種情況：if上

17、升率小于ig，則if相對于ig下降至開關(guān)周期結(jié)束；if上升率略大于ig，開關(guān)周期結(jié)束時if大于ig而小于igh，則下一個開關(guān)周期仍保持該狀態(tài)(UAB為0）；若if升至igh，則CMP3翻轉(zhuǎn)為1、將RS3清零，S4關(guān)斷，負載通過D2、D3續(xù)流，UAB為E，iL按式(3)下降至開關(guān)周期結(jié)束。if的峰值不大于ighM2=diL/dt=(EU0)/L(3)(2)ig負半周，即ig比較器CMP1輸出低電平，S4一直關(guān)斷。時鐘信號CLK的上升沿將觸發(fā)器RS2清0，S2、S3導(dǎo)通，S1關(guān)斷，UAB為E，iL按式(3)下降。當(dāng)iL降至if時RS2翻轉(zhuǎn)，S2關(guān)斷、S1導(dǎo)通，UAB為0，iL按式(2)變化：若U0

18、，則iL上升至開關(guān)周期結(jié)束；而若U0>0，則iL繼續(xù)下降，此時也可能出現(xiàn)三種情況：if下降率小于ig，則if相對于ig上升至開關(guān)周期結(jié)束；if下降率略大于ig，開關(guān)周期結(jié)束時if小于ig而大于igh，則下一個開關(guān)周期仍保持該狀態(tài)(UAB為0)；若if降至igh，則CMP4翻轉(zhuǎn)為1，RS3清零，S3關(guān)斷，負載通過D1、D4續(xù)流，UAB為E，iL按式(1)上升至開關(guān)周期結(jié)束。|if|的峰值不大于|igh|，即|ig|h?？梢姡@也是一種三態(tài)工作方式：iL與U0同相時，逆變器工作在PWM方式，在1狀態(tài)和0狀態(tài)(或1狀態(tài)和0狀態(tài))間轉(zhuǎn)換；二者反相時，滯環(huán)才起作用，它使逆變器在1，0和1三種狀態(tài)間

19、轉(zhuǎn)換。圖2電流型準PWM3靜態(tài)性能的比較以某逆變器為例，分析和比較上述兩種控制方式下的動態(tài)和靜態(tài)性能。電路參數(shù)：E=180VDC，L=1mH,C=20F；調(diào)制頻率為f；輸出：U0=115VAC、fo=400Hz；額定負載：1kVA電流和電壓反饋系數(shù)分別為0?4167和0?25；電壓調(diào)節(jié)器為PI型：放大倍數(shù)Ap=13?5，時間常數(shù)1=0?27ms；表1為不同負載和不同調(diào)制頻率下U0與基準電壓Ur的靜態(tài)誤差和U0的THD。表1不同控制方式下的穩(wěn)態(tài)性能的比較1.f=20kHz靜差（）THD（）PWM滯環(huán)PWM滯環(huán)空載1.021.023.82.8阻性滿載0.970.972.62.0感性滿載（cos=0

20、.7）0.90.9411.23.5整流性負載1.021.013.23.72.f=30kHz靜差（）THD（）PWM滯環(huán)PWM滯環(huán)空載1.021.020.730.7阻性滿載0.980.981.10.77感性滿載（cos=0.7）0.940.952.01.4整流性負載1.021.022.83.03.f=30kHz靜差（）THD（）PWM滯環(huán)PWM滯環(huán)空載1.031.020.50.24阻性滿載0.980.980.330.26感性滿載（cos=0.7）0.950.950.680.41整流性負載1.021.031.92.2圖3起動及突加突降負載動態(tài)響應(yīng)過程（a）三態(tài)DPM電流滯環(huán)跟蹤控制方式(b)電流型

21、準PWM控制方式靜差定義為：，式中U01是U0基波份量有效值，Uon為輸出電壓額定值。分析表1及仿真波形(略)，發(fā)現(xiàn)：(1)調(diào)制頻率f較低時，電流型準PWM波形失真較嚴重，但其THD隨f升高而迅速減小。(2)功率開關(guān)管在電流型PWM方式時的平均開關(guān)頻率高于滯環(huán)方式，這意味著前者的開關(guān)損耗較大。(3)電流型PWM方式下，諧波分量集中在調(diào)制頻率及其整倍數(shù)附近，而電流滯環(huán)跟蹤控制方式下UAB的諧波比較平均地分布在較寬的范圍內(nèi)，調(diào)制頻率較低時容易產(chǎn)生較大的噪音。(4)輸出電壓靜差基本上不受電流跟蹤方式、調(diào)制頻率的影響，而主要取決于電壓調(diào)節(jié)器參數(shù)，也受主電路參數(shù)影響。4動態(tài)性能的比較由于開關(guān)點的離散性，DPM電流跟蹤控制方式在控制電路中引入了一個時間常數(shù)為1/f的等效純滯后環(huán)節(jié)，對閉環(huán)系