交流逆變器逆變電路

逆變電路同整流電路相反，逆變電路是將直流電壓變換為所要頻率的交流電壓，以所確定的時間使上橋、下橋的功率開關器件導通和關斷。從而可以在輸出端U、V、W三相上得到相位互差120°電角度的三相交流電壓。 解讀詞條背后的知識 老趙說制造 專注原創(chuàng)工廠制造黑技術

如何通過變頻驅動器（VFD）或交流逆變器來控制電機的速度？

隨著強大的半導體控制器的出現(xiàn)，特別是變頻驅動器（VFD），這一種以圍繞交流電機發(fā)展起來的新工業(yè)驅動器，使得許多以前需要具有脈沖寬度調制的直流電機以獲得更高的精度的應用，轉而使用功率效率更高的三相交流感應電機。這些技術可以在整個行業(yè)節(jié)省大量的能源，尤其是與作為工業(yè)物聯(lián)網（II...

變頻調速器基本系用16位、32位單片機或DSP為控制核心，從而實現(xiàn)全數(shù)字化控制。

變頻器是輸出電壓和頻率可調的調速裝置。提供控制信號的回路稱為主控制電路，控制電路由以下電路構成:頻率、電壓的“運算電路”，主電路的“電壓、電流檢測電路”，電動機的“速度檢測電路”。運算電路的控制信號送至“驅動電路”以及逆變器和電動機的“保護電路

變頻器采取的控制方式，即速度控制、轉拒控制、PID或其它方式

平波電路在整流器、整流后的直流電壓中含有電源6倍頻率脈動電壓，此外交流逆變器產生的脈動電流也使直流電壓變動，為了抑制電壓波動采用電感和電容吸收脈動電壓(電流)，一般通用變頻器電源的直流部分對主電路而言有余量，故省去電感而采用簡單電容濾波平波電路。

太陽能發(fā)電和風力發(fā)電裝置中變頻調速技術是現(xiàn)代電力傳動技術重要發(fā)展的方向，隨著電力電子技術的發(fā)展，交流變頻技術從理論到實際逐漸走向成熟。變頻器不僅調速平滑，范圍大，效率高，啟動電流小，運行平穩(wěn)，而且節(jié)能效果明顯。因此，交流變頻調速已逐漸取代了過去的傳統(tǒng)滑差調速、變極調速、直流調速等調速系統(tǒng)，越來越廣泛的應用于冶金、紡織、印染、煙機生產線及樓宇、供水等領域。一般分為整流電路、平波電路、控制電路、逆變電路等幾大部分。

整流電路的功能是把交流電源轉換成直流電源。整流電路一般都是單獨的一塊整流模塊.

SPWMPWM

PWM的全稱是Pulse Width Modulation（脈沖寬度調制），它是通過改變輸出方波的占空比來改變等效的輸出電壓。廣泛地用于電動機調速和閥門控制，比如電動車電機調速就是使用這種方式。

所謂SPWM，就是在PWM的基礎上改變了調制脈沖方式，脈沖寬度時間占空比按正弦規(guī)律排列，這樣輸出波形經過適當?shù)臑V波可以做到正弦波輸出。它廣泛地用于直流交流逆變器等，比如高級一些的UPS就是一個例子。三相SPWM是使用SPWM模擬市電的三相輸出，在變頻器領域被廣泛的采用。

該方法的實現(xiàn)有以下幾種方案。

1.等面積法

該方案實際上就是SPWM法原理的直接闡釋，用同樣數(shù)量的等幅而不等寬的矩形脈沖序列代替正弦波，然后計算各脈沖的寬度和間隔，并把這些數(shù)據(jù)存于微機中,通過查表的方式生成PWM信號控制開關器件的通斷,以達到預期的目的.由于此方法是以SPWM控制的基本原理為出發(fā)點,可以準確地計算出各開關器件的通斷時刻,其所得的的波形很接近正弦波,但其存在計算繁瑣,數(shù)據(jù)占用內存大,不能實時控制的缺點。

2.硬件調制法

硬件調制法是為解決等面積法計算繁瑣的缺點而提出的,其原理就是把所希望的波形作為調制信號,把接受調制的信號作為載波，通過對載波的調制得到所期望的PWM波形。通常采用等腰三角波作為載波，當調制信號波為正弦波時，所得到的就是SPWM波形。其實方法簡單，可以用模擬電路構成三角波載波和正弦調制波發(fā)生電路，用比較器來確定它們的交點，在交點時刻對開關器件的通斷進行控制，就可以生成SPWM波。但是，這種模擬電路結構復雜，難以實現(xiàn)精確的控制。

3.軟件生成法

由于微機技術的發(fā)展使得用軟件生成SPWM波形變得比較容易，因此，軟件生成法也就應運而生。軟件生成法其實就是用軟件來實現(xiàn)調制的方法，其有兩種基本算法：即自然采樣法和規(guī)則采樣法.

（1）自然采樣法

以正弦波為調制波,等腰三角波為載波進行比較,在兩個波形的自然交點時刻控制開關器件的通斷,這就是自然采樣法.其優(yōu)點是所得SPWM波形最接近正弦波,但由于三角波與正弦波交點有任意性，脈沖中心在一個周期內不等距，從而脈寬表達式是一個超越方程，計算繁瑣，難以實時控制。

（2）規(guī)則采樣法

規(guī)則采樣法是一種應用較廣的工程實用方法，一般采用三角波作為載波。其原理就是用三角波對正弦波進行采樣得到階梯波，再以階梯波與三角波的交點時刻控制開關器件的通斷，從而實現(xiàn)SPWM法.當三角波只在其頂點(或底點)位置對正弦波進行采樣時，由階梯波與三角波的交點所確定的脈寬，在一個載波周期(即采樣周期)內的位置是對稱的，這種方法稱為對稱規(guī)則采樣。當三角波既在其頂點又在底點時刻對正弦波進行采樣時，由階梯波與三角波的交點所確定的脈寬，在一個載波周期(此時為采樣周期的兩倍)內的位置一般并不對稱，這種方法稱為非對稱規(guī)則采樣。

規(guī)則采樣法是對自然采樣法的改進,其主要優(yōu)點就是是計算簡單,便于在線實時運算,其中非對稱規(guī)則采樣法因階數(shù)多而更接近正弦.其缺點是直流電壓利用率較低,線性控制范圍較小。

以上兩種方法均只適用于同步調制方式中。

4.低次諧波消去法

低次諧波消去法是以消去PWM波形中某些主要的低次諧波為目的的方法。其原理是對輸出電壓波形按傅氏級數(shù)展開，表示為u(ωt)=ansinnωt,首先確定基波分量a1的值，再令兩個不同的an=0，就可以建立三個方程，聯(lián)立求解得a1,a2及a3,這樣就可以消去兩個頻率的諧波。

該方法雖然可以很好地消除所指定的低次諧波，但是，剩余未消去的較低次諧波的幅值可能會相當大，而且同樣存在計算復雜的缺點。該方法同樣只適用于同步調制方式中。

5.梯形波與三角波比較法

前面所介紹的各種方法主要是以輸出波形盡量接近正弦波為目的，從而忽視了直流電壓的利用率，如SPWM法，其直流電壓利用率僅為86.6%。因此，為了提高直流電壓利用率，提出了一種新的方法--梯形波與三角波比較法，該方法是采用梯形波作為調制信號，三角波為載波，且使兩波幅值相等，以兩波的交點時刻控制開關器件的通斷實現(xiàn)PWM控制。

由于當梯形波幅值和三角波幅值相等時，其所含的基波分量幅值已超過了三角波幅值，從而可以有效地提高直流電壓利用率。但由于梯形波本身含有低次諧波。所以輸出波形中含有5次，7次等低次諧波 。

SPWM單極性法

(1)調制波和載波：曲線①是正弦調制波，其周期決定于需要的調頻比kf，振幅值決定于ku,曲線②是采用等腰三角波的載波，其周期決定于載波頻率，振幅不變，等于ku=1時正弦調制波的振幅值，每半周期內所有三角波的極性均相同(即單極性)。

調制波和載波的交點，決定了SPWM脈沖系列的寬度和脈沖音的間隔寬度，每半周期內的脈沖系列也是單極性的。

(2)單極性調制的工作特點：每半個周期內，逆變橋同一橋臂的兩個逆變器件中，只有一個器件按脈沖系列的規(guī)律時通時斷地工作，另一個完全截止；而在另半個周期內，兩個器件的工況正好相反，流經負載ZL的便是正、負交替的交變電流。

SPWM雙極性法

(1)調制波和載波：

調制波仍為正弦波，其周期決定于kf，振幅決定于ku,中曲線①，載波為雙極性的等腰三角波，其周期決定于載波頻率，振幅不變，與ku=1時正弦波的振幅值相等?！≌{制波與載波的交點決定了逆變橋輸出相電壓的脈沖系列，此脈沖系列也是雙極性的，但是，由相電壓合成為線電壓(uab=ua-ub;ubc=ub-uc;uca=uc-ua)時，所得到的線電壓脈沖系列卻是單極性的。

(2)雙極性調制的工作特點：逆變橋在工作時，同一橋臂的兩個逆變器件總是按相電壓脈沖系列的規(guī)律交替地導通和關斷，毫不停息，而流過負載ZL的是按線電壓規(guī)律變化的交變電流。

SPWM實施要求

(1)必須實時地計算調制波(正弦波)和載波(三角波)的所有交點的時間坐標，根據(jù)計算結果，有序地向逆變橋中各逆變器件發(fā)出“通”和“斷”的動作指令。

(2)調節(jié)頻率時，一方面，調制波與載波的周期要同時改變(改變的規(guī)律本文不作介紹)；另一方面，調制波的振幅要隨頻率而變，而載波的振幅則不變，所以，每次調節(jié)后，所交點的時間坐標都必須重新計算?！∫獫M足上述要求，只有在計算機技術取得長足進步的20世紀80年代才有可能，同時，又由于大規(guī)模集成電路的飛速發(fā)展，迄今，已經有能夠產生滿足要求的SPWM波形的專用集成電路了 。

太陽能作為一種新型清潔能源備受環(huán)保人士的推崇，但“月有陰晴圓缺，天有刮風下雨”，在沒有太陽時，又該怎么辦呢？太陽能蓄電池就是為了這種情況而存在的。

光伏離網發(fā)電系統(tǒng)是利用光電效應原理將太陽能轉換為電能的發(fā)電系統(tǒng)，通常由太陽能電池組件、控制器、蓄電池組、直流/交流逆變器等組成。

計劃，太陽能電池組件的作用是將太陽能轉化為電能，供給負載工作或給蓄電池組充電;控制器的作用是對蓄電池組的充放電進行保護;蓄電池組用于存儲電能;逆變器的作用是將直流電變換為交流電。在夜晚或陰雨天，太陽電池組件無法工作時，由蓄電池組供電給負載工作。

蓄電池的工作方式可分為循環(huán)使用和浮充使用兩種。經常處于頻繁的充放電工作狀態(tài)，即循環(huán)使用;經常處于充電狀態(tài)則為浮充使用，能彌補蓄電池因自放電而造成的容量損失。光伏發(fā)電系統(tǒng)用VRLA蓄電池屬于循環(huán)使用方式。