逆变器开题报告.pdf

逆变器波形质量分析逆变器波形质量分析 1 1 1 1 课题来源课题来源课题来源课题来源 本课题为逆变器波形质量分析，旨在寻求高质量的脉宽波形，提高逆变器性 能，来源于实际应用。 2 2 2 2 研究的目的和意义研究的目的和意义研究的目的和意义研究的目的和意义 2.12.12.12.1促进新能源的开发和利用促进新能源的开发和利用促进新能源的开发和利用促进新能源的开发和利用 随着电力电子技术的迅猛发展，逆变技术广泛应用于航空、航天、航海等国 防领域和电力系统，交通运输、邮电通信、工业控制等民用领域。特别是随着石 油、煤和天然气等主要能源日益紧张，新能源的开发和利用越来越受到人们的重 视。利用新能源的关键技术-逆变技术，能将蓄电池、太阳能电池和燃料电池 等其他新能源转化的直流电能变换成交流电能与电网并网发电。因此，逆变技术 在新能源的开发和利用领域有着至关重要的地位。 2.22.22.22.2提高供电质量提高供电质量提高供电质量提高供电质量 国民经济的高速发展和国内外能源供应日益紧张， 电能的开发和利用显得更 为重要。目前，国内外都在大力开发新能源，如太阳能发电、风力发电、潮汐发 电等。一般情况下，这些新型发电装置输出不稳定的直流电，不能直接供给需要 交流电的用户使用。 为此， 需要将直流电变换成交流电， 需要时可并入市电电网。 这种 dc-ac 变换需要逆变技术来完成。 用电设备对市电电网造成严重的污染，反过来，被污染的市电电网也会使用 电设备工作不正常，用电设备之间通过市电电网相互干扰。为解决此问题，必须 提高市电电网的供电质量， 以逆变技术为基础的电力有源滤波器和电能质量综合 补偿器可以净化市电电网，使其为用电设备提供高质量电能。 逆变器是一种重要的 dc/ac 变换装置， 而衡量其性能的一个重要指标就是输 出电压波形质量，通过本项目的研究与实践，研究逆变器波形产生的方法、调制 规律、以及其波形的评价指标，寻求高质量的脉宽波形的获得方法，对所学知识 进行纵深挖掘，加深相关知识的理解。 3 3 3 3 国内外的研究现状和发展趋势国内外的研究现状和发展趋势国内外的研究现状和发展趋势国内外的研究现状和发展趋势 逆变技术的发展可以分为如下两个阶段： 1956-1980 年为传统发展阶段，这个阶段的特点是，开关器件以低速器件为 主，逆变器的开关频率较低，波形改善以多重叠加法为主，体积重量较大，逆变 效率低。 1980 年到现在为高频化新技术阶段，开关器件以高速器件为主，逆变器开 关频率高，波形改善以脉宽调制为主，体积重量小，逆变效率高。 在 pwm 逆变器中，为了减小其体积重量，提高其功率密度，高频化是主要发 展方向之一，但高频化也存在一些问题，如增加开关损耗和电磁干扰。为此提出 两个解决办法，一是提高开关器件的速度，二是使逆变开关工作在软开关状态。 20 世纪 80 年代初，美国弗吉尼亚电力电子技术中心提出了准谐振变换技术，使 软开关与 pwm 技术的结合成为可能。 它的研究对于逆变器性能的提高和进一步推 广应用，以及电力电子学技术的发展，都有十分重要的意义，是当前逆变器的发 展方向之一。 高频软开关逆变技术产生的背景是为了克服传统逆变器的输出波形差， 开关 应力和 emi 较大的缺点。在相同背景下，d.a.nabae 于 1981 年提出了多电平逆 变技术，成为当前高压大功率逆变器的发展方向。它通过主电路改进，使所有逆 变开关都工作在基频或低频，以达到减小开关应力，改善输出电压或电流波形的 目的。 总之，逆变技术的发展是在提高波形质量的背景下，随着电力电子技术、 微 电子技术和现代控制理论的发展而发展，进入二十一世纪，逆变技术正朝着高功 率密度、高变换效率、高可靠性、无污染、智能化和集成化的方向发展。 4 4 4 4 研究的主要内容研究的主要内容研究的主要内容研究的主要内容及设计成果的及设计成果的及设计成果的及设计成果的应用价值应用价值应用价值应用价值 4.14.14.14.1脉宽调制的原理与实际应用脉宽调制的原理与实际应用脉宽调制的原理与实际应用脉宽调制的原理与实际应用 脉冲宽度调制（pwm）是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高 分辨率计数器的使用， 方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行 编码。其理论依据是惯性对象脉冲响应的“冲量等效”原理：大小、波形不相同 的窄脉冲变量， 作用于惯性系统时,只要它们的冲量对时间的积分相等,则它们所 形成的电流响应就相同。因此只要对逆变器的开关器件进行适当的控制，使得每 个脉波的平均电压、脉波宽或占空比按一定的规律变化，则逆变电路输出的多脉 波电压就能与正弦电压等效。 pwm 控制技术主要应用在电力电子技术行业,包括风力发电、电机调速、直 流供电等领域，由于其四象限变流的特点，可以反馈再生制动的能量，对于目前 国家提出的节能减排具有积极意义。其发展主要集中在：如何提高逆变器直流侧 电压利用率；在输出基波电压不变的前提下，如何尽可能消除谐波；如何改善控 制性能；如何改变谐波频谱分布。 4.24.24.24.2逆变器逆变器逆变器逆变器波形控制方法波形控制方法波形控制方法波形控制方法 通过进一步理解逆变器工作原理，研究其波形产生的方法、调制规律，以及 其波形的评价指标。从逆变器波形畸变的原因（死区效应、非线性负载、不平衡 负载）出发，分析两种常见的波形控制方法（重复控制和瞬时控制）的优缺点， 对逆变器波形控制的方法进行仿真和分析。 4.34.34.34.3比较比较比较比较各种脉宽波形的优缺点各种脉宽波形的优缺点各种脉宽波形的优缺点各种脉宽波形的优缺点 pwm 波形分为等幅 pwm 波和不等幅 pwm 波。由直流电源产生的 pwm 波通常是 等幅 pwm 波，如直流斩波电路产生的等效直流波；而由交流电源产生的是不等幅 pwm 波。两种波形都是基于面积等效原理控制的。通过比较各种脉宽调制波形的 优缺点，寻求高质量的脉宽波形，提高逆变器性能。 4.44.44.44.4寻求高质量脉宽波形的获得方法寻求高质量脉宽波形的获得方法寻求高质量脉宽波形的获得方法寻求高质量脉宽波形的获得方法 通过全面、系统地将各种脉宽波形的优缺点进行比较，在充分理解脉宽调制 的原理与实际应用的基础上，深刻理解脉宽波形质量的评价标准，寻求高质量的 脉宽波形的获得方法。 4.54.54.54.5应用价值应用价值应用价值应用价值 通过课题的研究与实践，研究逆变器波形产生的方法、调制规律，以及其波 形的评价指标，对逆变器波形控制的方法进行仿真和分析。 通过课题的研究与实践，充分理解脉宽调制的原理与实际应用，加深对脉宽 调制波形质量的评价标准的认识，寻求高质量的脉宽波形的获得方法。 通过课题的研究与实践，全面、系统地将各种脉宽波形的优缺点进行比较， 得出规律性的认识。 通过课题的研究与实践，对所学知识进行纵深挖掘，加深相关知识的理解， 对逆变器的输出电压的波形、 动态响应速度和技术性能的提高作一定的分析和了 解。 5 5 5 5 工作的主要阶段、进度工作的主要阶段、进度工作的主要阶段、进度工作的主要阶段、进度 （1）2010 年秋季学期第 8 周 接受毕业设计任务书，学习毕业设计（论文）要求及有关规定。 （2）2010 年秋季学期第 920 周 阅读指定的参考资料及文献（包括 10 万个印刷符号外文资料） ，基本完成 开题报告、外文翻译等任务。 （3）2010 年秋季学期第 21 周 进一步修订完善开题报告、外文翻译，使其在内容及格式上符合毕业设计 （论文）规范要求并上交指导教师批阅。 （4）2011 年春季学期第 1 周第 12 周 完成毕业设计要求的全部内容。 （5）第 13 周 撰写毕业论文，完成毕业设计，全部成果交指导教师批阅。 （6）第 15 周 毕业答辩 6 6 6 6 最终目标及完成时间最终目标及完成时间最终目标及完成时间最终目标及完成时间 研究逆变器波形产生的方法、调制规律，以及其波形的评价指标，寻求高质 量的脉宽波形的获得方法。全面、系统地将各种脉宽波形的优缺点进行比较， 得 出规律性的认识。充分理解脉宽调制的原理与实际应用，深刻认识脉宽调制波形 质量的评价标准。 完成时间：2011 年春季学期第 15 周。 7 7 7 7 现有条件及必须采取的措施现有条件及必须采取的措施现有条件及必须采取的措施现有条件及必须采取的措施 现有图书馆可以借阅课题相关资料， 机房及实验室可以完成逆变器输出波形 的仿真与分析。在设计中必须有严谨求实的态度，认真考虑现有条件，充分利用 好设备和软件。 8 8 8 8 协助单位及要解决的主要问题协助单位及要解决的主要问题协助单位及要解决的主要问题协助单位及要解决的主要问题 本课题的完成应寻求高质量的脉宽波形的获得方法，同时，需要得到指导老 师的大力支持和帮助。 参参参参 考考考考 文文文文 献献献献 1陈坚.现代电力电子技术 2孟凡军，李正熙.基于 dsp 的一种不对称规则 spwm 采样算法.电机技术.2006 年第二期 3翁利民，刘琨，靳建峰.pwm 逆变器输出对异步电动机的不利影响及其抑制分析. 电机技 术.2006 年第二期 4高峻岭等 ipm 高智能功率模块在变频器中的应用. 煤矿机械.2004 年 11 期 5彭小兵等.基于 dsp 的 spwm 变频变压电源的研究.电力电子技术.vol.38 no.2 6陈伯时.电力拖动自动控制系统 机械工业出版社.2004 7fei zhang novel buffer engineering: a concept for fast switching and low loss operation of planar igbt. microelectronics journal xx (2005) 15 8刘同娟，黄劭刚. 电机技术.2003 年第 1 期 9g. rostagni.the electric power handling from present machines to fusion power stations. fusion engineering and design 74 (2005) 8795 10任先文，张吉.一种基于 tms3202812 的交流电机控制方案的实现.vol.33 no.2 11滕上千子，顾德英.基于 dsp 的 svpwm 实现方法研究.仪器仪表学报.2005 年 8 月 12林立等.基于 dsp 的 sv