逆变器数控算法的研究与实现.doc

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1、千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”，然后“更新整个目录”。打印前，不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行第1章绪　论1.1　引言DC/AC逆变器是将直流电能变换成交流电能的变流装置，给交流负载供电或与交流电网并网发电。逆变器可利用直流电（蓄电池、开关电源、燃料电池等）转换成交流电为电器提供稳定可靠的用电保障，如笔记本电脑、手机、手持PC、数码相机以及各类仪器等；逆变器在风能、太阳能领域还可与发电机配套使用，能有效地节约燃料、减少噪音，将风能、太阳能等可

2、再生的绿色能源应用到生产和生活中，可以有效地解决能源危机和环境污染问题。逆变电源的负载可能具有不同的性质，如阻性负载、感性负载和整流型负载等，当某一负载投入运行时，特别是非线性负载，很可能引起逆变器的输出电压波形周期性畸变，谐波增加。谐波对供电系统的污染日益严重，他对各种电气设备都有不同程度的影响和危害[1]，其危害主要体现在以下几个方面：(1)谐波使公用电网的元件产生附加的谐波损耗，降低了发电、输电以及用电设备的效率，大量的三次谐波电流流过中线时会使线路过热甚至发生火灾；(2)谐波会引起电机和

3、变压器发热，振动加剧，运行效率降低；(3)谐波对电容器的影响和危害很大，其损害机理包括电效应、热效应和机械效应。在谐波作用下，内部介质更容易发生局部放电，电容内部发热和温升增加，电容的接线与外壳之间、内部极板之间可能产生机械共振引起介质的机械损耗；(4)谐波会导致某些继电器保护装置误动作，致使系统无法正常运行，还会使电气测量仪器失准，影响计量精度；(5)谐波干扰中的高次成分会对通讯、控制系统造成干扰，轻者产生噪音，重者导致信息丢失，造成系统无法正常工作。由此可见，逆变电源向各种负载提供高质量的电

4、能具有重要的意义，这样，也就逐渐显示出了逆变电源输出波形控制技术的重要性。总的来讲，逆变电源的输出波形质量包括以下两个方面的内容：(1)具有良好的稳态精度：在稳态下，输出波形畸变小即谐波含量低。(2)具有良好的动态特性：在负载扰动的情况下，输出波形的变化幅度小，调节过程迅速。因此，如何提高逆变电源输出波形的质量，研究逆变电源的各种先进控制技术，已经成为近年来国内外学者研究的热点。1.2　逆变电源控制技术1.2.1　控制技术的重要性对于逆变电源，在性能上除了需满足可靠性、体积、重量、效率、电磁兼容

5、性(EMC)等基本指标之外，在供电质量方面首要的要求就是高质量的输出电压波形。对于由理想开关构成、并且只带线性负载的SPWM（SinePulseWidthModulation-正弦波脉冲宽度调制）逆变器，只要实施某种SPWM技术，不难获得理想的正弦波电压。然而实际运行中，有很多因素导致逆变电源输出波形产生畸变[2]，主要包括：(1)PWM(PulseWidthModulation－脉宽调制)调制方式和死区效应；(2)输出滤波器参数变化；(3)负载性质变化(尤其是整流型非线性负载)造成的强扰动。在

6、逆变器应用场合，造成波形畸变的主要原因为负载性质变化和死区效应。非线性负载是影响逆变器输出电压波形质量的主要因素。非线性负载大多含有非线性元件，其伏安特性呈现非线性。对于这种负载，即使供电电压为标准的正弦波，负载电流也是严重畸变的，其中包含丰富的低次谐波。由于逆变器的输出阻抗不为零，所以这些低次谐波电流必然在逆变器输出端产生谐波压降，导致输出电压波形畸变。如今逆变电源的负载大多是非线性的[3]，其中常见的是二极管整流型负载，如图1-1所示。图1-1带非线性负载的全桥逆变器Fig.1-1Full-

7、bridgeinverterwithnonlinearload分析图1-1所示的单相桥式逆变器带整流桥非线性负载的电路，整流桥开通时，电路含有两个电容和两个电感，根据电工理论基本知识，此时输入输出的传递函数为一个典型的四阶环节，可以由下式表示：(1-1)式中各系数与电路中各参数、、、和有关。表示一个四阶稳定的线性系统，设输入电压为纯正弦信号，即，则输出电压。显然，输出为正弦波，且相对输入信号有相移，其幅值变为。实际逆变电路中，输入电压虽是由控制方式决定SPWM波，其中含有谐波分量，但谐波分量大都

8、可被LC滤波器滤掉，所以输出电压仍具有较好的正弦度。整流桥关断时，电路中只含有滤波电路中的电感和电容，根据电工理论基础知识，此时输入输出的传递函数为典型的二阶环节，由下式表示：（1-2）同理，其输出电压为，稳态输出为一正弦波。可见整流桥通、断时，输出是两个不同幅值、不同相移的正弦波，对输入信号具有不同的响应。通过傅立叶分析可知，中含有丰富的谐波分量，导致波形畸变。由此可以得知，波形畸变的原因是整流器的不同工作状态对应着不同拓扑的时间响应。人们曾经试图通过降低逆变器的输出阻抗来解决这一问题。一种做