文献综述-基于TMS320F DSP28335三相逆变器的设计.doc

（附表一）闽南师范大学毕业论文（设计）文 献 综 述题 目：基于TMS320FDSP28335三相逆变器的设计姓 名： 学 号： 系 别： 物理与信息工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 年 级： 2013 级 指导教师： 2016年 9 月 10 日文献综述前言:现代逆变技术是电力电子技术中的一个重要组成部分，它的作用在从蓄电池，太阳能电池，燃料电池等得到的电能质量较差的直流原始电能，变换成电能质量较高，能满足用户负载对电压和频率要求的交流电能。逆变技术主要应用于交流电动机的传动，不间断电源，变频电源，有源滤波器，市电电源的无功补偿器等，所有需要将直流电能变换成交流电能的地方1。此外，21世纪是能源与环保的世纪。能源的开发，资源的利用与环境保护相互协调的发展，是21世纪世界经济发展的基础2。在这个世纪里，节省能源与开发新能源，提高燃料的利用率和减少燃料燃烧产生的污染，已成为必须解决的重要课题3。光伏电池和燃料电池发出的是直流电，必须用逆变器把它变换成工频交流电才能大量应用。所以光伏电池和燃料电池发电站的推广应用，为逆变器的大量应用又开辟了一条广阔的道路4。主体：一般认为，逆变技术的发展可以分成如下三个阶段。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，输出电压波形改善以多重叠加法为主，体积重量较大，逆变效率较低，正弦波逆变技术开始出现5。1987-2000年为高频化新技术阶段，这个阶段的特点是，开关器件以高速器件为主，逆变器的开关频率较高，波形改善以PWM为主，体积重量小，逆变效率高，正弦波逆变技术的发展日趋完善6。2000年至今为高效低污染阶段，这个阶段的特点是以逆变器的综合性能为主，低俗与高速开关器件并用，多重叠加法语PWM法并用，不在偏向追求高速开关器件与高开关频率，高效环保的逆变技术开始出现7。随着网络技术的发展,对逆变电源的网络功能提出了更高的要求,高性能的逆变电源必须满足:高输入功率因数,低输出阻抗;暂态响应快速,稳态精度高;稳定性高,效率高，可靠性高;电磁干扰低;网络功能完善.要实现这些功能,离不开数字控制技术9。第一代逆变电源是采用晶闸管(SCR)作为逆变器的开关器件，称为可控硅逆变电源。可控硅逆变电源的出现虽然可以取代旋转型变流机组，但由于SCR足一种没有自关断能力的器件，因此必须增加换流电路来强迫关断SCR，但换流电路复杂、噪声大、体积大、效率低等原因限制了变电源的进一步发展10。第二代逆变电源是采用可关断器件作为逆变器的开关器件。自20世纪70年代后期，各种可关断器件应运而生，它们包括可关断闸管(GTO)、电力晶体管(GTR)、功率场效应晶体管(MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)等11。自关断器件在逆变器中的应用大大提高了逆变电源的性能，逆变器采用自关断器件的好处是：简化了主电路。因为自关断器件不需要换流电路，因而主电路得以简化、成本降低、可靠性提高；提高了性能。由于自关断器件的使用，使得开关频率得以提高，从而使逆变桥输出电压中低次谐波含量大大降低，因而使输出滤波器的尺寸得以减小，逆变电源的动态特性及对非线性负载的适应性也得以提高12。在自关断器件中，IGBT以其开关频率高、通电压降小、驱动功率小、模块的电压电流等级高等优点已成为小功率逆变器的首选器件。IGBT逆变电源已成为小型逆变电源的主流13。第二代逆变电源在控制上普遍采用带输出电压有效值或平均值反馈的SPWM控制技术。输出电压有效值或平均值反馈控制使逆变电源输出电压幅值稳定无差14。第三代逆变电源所采用的控制方法具有结构简单、容易实现的优点，但由于它所采用的SPWM控制技术只注重如何通过恰当设汁开关模式来实现逆变器输出频率的优化，所以存在以下缺点15：对非线性负载的适应性不强。当逆变电源输出带非线性负载时，负载电流中的低次谐波电流将流过电源的内阻。引起输出电压波形畸变；死区时间的存在将使SPWM波中含有不易滤掉的低次谐波，使输出电压波形发生畸变16；动态特性不好。负载突变时输出电压调整长。之所以出现这种情况，是因为系统中只存在电压平均值或有效值反馈，而没有瞬时值反馈；1逆变器的类型微电子技术的发展为逆变技术的实用化创造了平台，根据电源性质分为电压源型逆变器与电流源型逆变器；根据主电路拓扑结构分为半桥式逆变器、全桥式逆变器、推挽式逆变器；根据功率流动方向分为单向逆变器、双向逆变器。逆变器控制技术有矢量控制技术、多电平变换技术、重复控制、模糊逻辑控制技术等17，2逆变器的控制策略逆变器的拓扑结构性能即使很高，要是没有一种适应的控制策略也发挥不了逆变器的作用。逆变器的控制策略主要有以下几种：（1）阶梯波脉宽调制，阶梯波调制是使用阶梯波来逼近正弦波，比较直观的方法，在阶梯波调制中，可以选择每一个电平持续的时间长短，来实现低次谐波的消除和抑制18。（2）注入2次谐波，为了提高直流母线电压的利用率，参照而电平电路方法注入谐波方法，提高基波输出电压的幅值。（3）逆变器通过控制系统中电子开关的开通和断开来完成DC-AC。按照冲量一样而形状各异的窄脉冲加载具有惯性的环节上时的效果基本相同，即采样控制理论的冲量等效原理，PWM脉宽调制技术通过限定开关周期而更改导通比以实现输出电压控制19。逆变器的输出可分为单相或者多相，无论单相还是多相，其基本组成单元仍然是单相半桥逆变。PWM逆变器具有很广泛的应用范围，不仅体现在DC-AC转换，还应用在一些AC-AC转换的情况。而在一些AC-AC转换时还需要DC-AC转换作为中介20。(4）SPWM正弦脉宽调制，正弦脉宽调制使用三角波形和参考波形比较，通过三角波进行核实的移相，实现选定次数波的消除，该调制策略存在功率管的开关频率高，开关损耗大，装置效率低的缺点。软开关技术、多电平技术、并联技术、数字化控制等技术近年来被SPWM逆变器应用的越来越多。其中数字化已成为当今逆变器发展的主流21。SPWM逆变器的数字化控制技术：随着数字信号处理技术不断发展，逆变器数字控制越来越多的应用。其中SPWM控制技术使得逆变器的性能得到提高，安全性更好，干扰更小。模拟控制技术自身存在固有缺点，由于硬件上使用大量的分立元件盒电路板，其性能会随着元件的老化，温度变化大大降低。数字化控制技术比模拟控制技术具有控制灵活，系统升级容易，数字控制的微处理器资源丰富等特点。（5）SPWM控制策略，SPWM是近年发展的一种比较新颖的控制方法，是由三相功率逆变器的六个功率开关元件组成的特定开关模式产生的脉宽调制波，能够使输出电流波形尽 可能接近于理想的正弦波形。空间电压矢量PWM与传统的正弦PWM不同，它是从三相输出电压的整体效果出发，着眼于如何使电机获得理想圆形磁链轨迹。SPWM技术与SPWM相比较，绕组电流波形的谐波成分小，使得电机转矩脉动降低，旋转磁场更逼近圆形，而且使直流母线电压的利用率有了很大提高，且更易于实现数字化21。总结：结合各方面的文献资料对于先研究的三相逆变电路的控制策略有了很大的了解，三相逆变器比传统二相逆变器在直交流能量转换，高压变频调速方面具有很大的优势，控制策略灵活、丰富多样，输出电压的相位和幅值便于调节和控制，而且能达到更低的谐波畸形，更加适用于中高压设备的应用。个人认为对于逆变器的拓扑结构元件越多，逆变器的开关工作状态设置要合理性，以致逆变器散热性好，开关不会出现烧毁；三相SPWM控制策略，由于它的状态相对于二相SPWM控制过多，状态间的转换有时还需要借助其他的基本状态，因而，选择有效的中间状态是很重要的；三相逆变器是将DC转换成AC，因此DC部分的电容中点电压漂移和窄脉冲问题需要解决；逆变器如果使用软开关技术可以减小逆变器的体积、重量，提高逆变器的开关频率。逆变技术将不同的直流电能转换成不同的稳定的或者变化形式的交流电提供设备使用，相信未来逆变器技术可以灵活的调节输出电压或电流的幅值和频率，控制速度，保护性能好，使用电设备小型化，高效节能，具有更好的稳定性。参考文献：1 李宏.现代电力电子技术基础M.机械工业出版社，2009.1.2 高学民.电力电子与变流技术M山东科学技术出版社，2005.3 陈效国.三点式逆变器在磁通轨迹控制下主电路的分析J.机车电传动，1995（6）：13219.4 李序葆.电力电子器件及其应用M.机械工业出版社，2000.5 杨晶琦.电力电子器件与设计M.国防工业出版社，1999.6 张兆安，黄俊.电力电子技术M.北京，机械工业出版社，2010,7.7 沈锦飞.电源变换应用技术M.北京：机械工业出版社，2007.8 王兆安，黄俊.电力电子技术(第4版).北京：机械工业出版社，20029 陈坚.电力电子学电力电子变换和控制技术（第2版）.北京：高等教育出版社，200410 周志敏 录海华.太阳能光伏发电系统设计与应用实例.北京：电子工业出版社，2010.11 刘凤君.正弦波逆变器M.北京:科学出版社，2002.12 何此昂，周渡海.变压器与电感器设计方法及应用实例.北京：人民邮电出版社，2011.13 刘凤君.工频与高频三相绿色UPS电路.北京：电子工业出版社，2011.14 刘凤君.现代逆变技术及应用M.北京：电子工业出版社，2006.13 吴小雅,.基于瞬时电流跟踪的三相光伏逆变器并网控制策略研究J.广东电力,2016,29(1)14 王明玥,罗安,陈燕东,黄媛,吕志鹏,.三相逆变器的双模式及其平滑切换控制方法J.电工 技术学报,2016,31(16)15 施烨,吴在军,窦晓波,胡敏强,.三相全桥逆变器分岔特性研究J.中国电机工程学报,2016, 0(19)16 董锋斌,王明雷,钟彦儒,.一种三相电压型逆变器非线性控制策略J.电力电子技术,2016, 50(5)17 张方华,丁勇,王慧贞,严仰光. 四桥臂三相逆变器的特定谐波消除控制J. 中国电机工程 学报,2007,07:82-87.18 易小强,裴雪军,侯婷,康勇. 基于DSP组合