SPWM逆变器倍频技术及谐波抑制方法的研究

针对单相桥式逆变器的三种SPWM载波控制方式进行了理论分析,采用单倍频调制实现简单,有效抑制了谐波和减少了开关损耗,提高了输出效率。在此基础上对单极性、双极性和单极性倍频单相SPWM逆变电路输出电压含有的低次谐波进行了仿真计算,提出了有效的谐波抑制策略,重点介绍了滤波器的设计,并根据需求设计了LC滤波器,并就逆变电路加滤波系统进行了Matalab仿真验证,最后介绍了利用DSP实现单倍频SPWM的方法并设计了一个逆变器,实验结果证明,该方案正确可行,输出波形良好。     

死区对开环和闭环控制SPWM逆变器输出基波电压的影响

在SPWM逆变器中,为防止同一桥臂的上下两个开关器件产生直通,必须将驱动信号注入若干微秒的死区时间,这会使逆变器输出电压产生谐波电压。通过对基于瞬时输出电压反馈控制的SPWM逆变器死区效应造成的谐波电压的分析,建立了死区效应时SPWM逆变器控制模型,研究了逆变桥臂控制信号死区时间对开环与闭环控制SPWM逆变器输出基波电压的影响。分析结果表明,对于开环控制的SPWM逆变器,随着死区时间增加,逆变器输出基波电压有效值降低,输出电压谐波分量显著增加;对于单电压闭环控制的SPWM逆变器,死区时间对逆变器输出基波电压的影响与负载有关。通过仿真研究验证了理论分析的正确性。     

半周工作单极性双降压式半桥逆变器

提出了一种新颖的单极性双降压式半桥逆变器。该逆变器是在双Buck逆变器基础上增加2个续流桥臂得到,桥臂输出不再是传统半桥型逆变器的两电平双极性调制波,而是直流电压利用率高、谐波含量小的三电平单极性调制波,仅在电感电流较小如过零换向时保留少量双极性调制以维持输出电压波形,因而滤波器体积重量得以减小。由于器件开关损耗和滤波器损耗的降低,单极性双降压半桥逆变器相对双降压式半桥逆变器而言整机效率并没有降低。     

三相SPWM逆变器的谐波分析及其抑制策略

对三相电压型SPWM逆变器输出电压和电流谐波及其产生规律进行了讨论,并提出了一种新的易于工程实现的谐波抑制策略,该方法通过正确选择载波频率和在正弦调制波上叠加-个三次波使之成为鞍形波,产生相应的SPWM波形来控制逆变器开关器件的通断从而改善输出波形.数学分析表明有利于降低输出电压THD(波形畸变系数)、改善谐波电流损耗和转矩特性,仿真结果证明了这些措施的有效性和实用性.     

单极性SPWM逆变器并联环流分析与抑制

单极性正弦脉冲宽度调制SPWM（sinusoidal pulse width modulation）具有开关损耗低、效率高、输出波形良好的优点,然而在逆变器并联系统中,使用单极性SPWM方法可能引发环流,造成系统效率降低、电流波形畸变甚至器件损坏。对比采用4种不同单极性SPWM方法时并联系统的环流产生情况发现,只有双臂斩波单极性SPWM会引发环流,并从控制结构上分析了这一环流产生的原因。此外,针对使用双臂斩波单极性SPWM的情况,提出了一种不需要额外增加硬件成本的控制方法,可以避免在逆变器并联系统中引发环流。通过仿真与实验验证了该方法的可行性与有效性。     

单极性移相控制高频脉冲交流环节逆变器研究

高频脉冲交流环节逆变器电路结构由高频逆变器、高频变压器、周波变换器构成。在不增加电路拓扑复杂性的前提下，如何解决高频脉冲交流环节逆变器固有的电压过冲现象和实现周波变换器的软换流，是这类逆变器的研究重点。单极性移相控制高频脉冲交流环节逆变器能够将输入直流电压先调制成双极性三态的电压波，然后再解调成单极性SPWM波，经输出滤波后得到正弦电压。周波变换器功率开关是在前极输出的双极性三态的电压波为零期间进行开关转换，从而实现了ZVS换流。该文深入分析研究了高频脉冲交流环节逆变器稳态原理特性与单极性移相控制策略。采用状态空间平均法建立了逆变器平均模型，获得了输出电压、滤波电感电流、共同导通时间、单极性SPWM波占空比等关键电路参数的设计准则和逆变器的外特性曲线。设计并研制了1kVA 270VDC/115V400HzAC原理样机，试验结果证实了理论分析的正确性。这类逆变器具有电路拓扑简洁、两级功率变换(DC/HFAC/LFAC)、双向功率流、周波变换器实现了ZVS换流、单极性SPWM波、输出电压波形质量高、负载能力强等优点，包括全桥全波式、全桥桥式两种电路，前者适用于低压输出逆变场合，后者适用于高压输出逆变场合。     

基于调制比优化的单相逆变器主谐波滤除研究

为了使逆变器输出电压的主要次谐波得到最大化的消除,提出了一种确定调制比的方法。首先,利用双重傅里叶级数理论,对级联多电平逆变器在单极性倍频SPWM调制下的输出电压进行分析,推导出输出电压的谐波分布情况。然后,在保证基波幅值不变的情况下,提出了一种选取SPWM调制比的方法,使逆变器输出电压主要次谐波降低。最后,在级联五电平逆变器中,对在不同调制比的情况下,通过软件仿真和硬件实验,验证了所提方法的正确性与有效性。     

三态电流滞环调制与单极性倍频SPWM调制比较

分析三态电流滞环调制型和单极性倍频SPWM(正弦脉宽调制)调制型逆变器的工作原理；讨论这两种调制方式下逆变器输出的谐波分布,给出各自滤波器的设计方法。针对这两种调制方式制作了两台单相6kVA逆变电源。通过实验验证,单极性倍频SPWM调制型逆变器与三态滞环调节型逆变器相比,在相同功率等级、相同的输出及相当的THD值条件下,谐波分布固定、工作噪声小、滤波器设计简单且体积小。     

基于双闭环控制的单相逆变器研究

针对逆变器带非线性负载时畸变电流在逆变器出阻抗上产生谐波压降导致输出电压波形畸变的问题,建立了单相逆变器的数学模型,确定了固定开关频率的电压外环电感电流内环的瞬时值双闭环控制策略,采用单极性倍频调制方式,搭建了以STM32为控制核心的单相逆变器实验样机并进行了相关实验.实验结果表明,在双闭环控制策略控制下逆变器输出电压波形可得到及时补偿,输出电压波形正弦度高,电压谐波含量小.     

基于单极性SPWM控制的并网逆变器的研究

光伏并网发电技术已经成为新能源利用的一个重要方向,并网逆变器是光伏系统的核心部件,因此高质量逆变电源成为研究的重点.单极性并网逆变器相对于双极性并网逆变器损耗低、谐波小、电磁干扰小,因此更适合用于并网逆变控制.这里分别介绍了两种单极性调制原理,并通过谐波关系图和仿真验证了单极性倍频控制下进网电流具有较小的THD,同时详...     

新型单相光伏并网逆变器的研制

为满足小型家用单相光伏发电系统的需求,研制了一台6 kW单相光伏并网逆变器.该逆变器前级采用Boost电路,后级采用全桥逆变电路.全桥逆变电路采用单极性倍频正弦波脉宽调制(SPWM)调试方式,使逆变器在开关频率较低的条件下,输出电流波形畸变率能满足相关标准要求.逆变器控制系统采用基于比例谐振(PR)控制器的电流环及电压...     

基于微粒群算法的三电平正弦脉冲宽度调制开关时刻优化

最优化正弦脉冲宽度调制(sinusoidal pulse width modulation，SPWM)控制是含约束条件的非线性优化问题。该问题的核心是计算出SPWM 的开关时刻，确定特定的开关切换，从而产生预期电压波形，使其基波为给定值，总谐波含量最小。该文首次将粒子群算法用于三电平正弦脉冲宽度调制开关时刻的优化。在满足一定约束下，用该方法来减小变换器的总谐波畸变率(THD)，以达到消除谐波的目的。仿真研究表明，与自然采样法和遗传算法相比，该方法能更有效、更快速找到最优的SPWM开关时间。     

考虑死区效应单相逆变器开关频率分析

针对逆变器死区效应引起的输出波形畸变问题,以单相电压型双极性SPWM逆变器为研究对象,提出一种以输出电压THD值最小为指标的选取逆变器开关频率的方法。首先,利用双重傅里叶变换和贝塞尔函数,推导了考虑死区效应情况下输出SPWM的傅里叶级数展开式。通过对输出SPWM电压进行频谱分析,研究了THD值和不同开关频率的关系。经研究发现,存在最优开关频率使得输出电压的THD值最小。其次,采用分段线性拉格朗日插值法,拟合不同死区时间选取最优开关频率的公式。最后,以TMS320F28335为控制芯片,搭建了单相双极性全桥逆变器试验样机,验证了理论分析与所提方法的有效性。实验结果表明,所提出的逆变器开关频率选取方法在减小输出电压THD的同时,减小了开关损耗,提高了直流侧电压利用率。     

ZVZCS双极性高频环节逆变器的分析研究

本文提出并分析研究了ZVZCS双极性高频环节逆变器的控制策略及工作原理。采用双载波双极性移相控制，并借助输出滤波电感电流极性选择，该逆变器解决了高频环节逆变器固有的电压过冲问题，以及换流重叠期间周波变换器的环流现象，实现了逆变桥功率器件的ZVS开关和周波变换器功率器件的ZCS开关，输出滤波电感前端得到的是双极性SPWM电压波。仿真与试验结果证实了这种逆变器的可行性。     

Novel current‐source multilevel inverter driven by single gate drive power supply

This paper proposes a novel current‐source multilevel inverter, which is based on a current‐source half‐bridge topology. Multilevel inverters are effective for reducing harmonic distortion in the output voltage and the output current. However, the multilevel inverters require many gate drive power supplies to drive switching devices. The gate drive circuits using a bootstrap circuit and a pulse transformer can reduce the number of the gate drive power supplies, but the pulse width of the output PWM waveform is limited. Furthermore, high‐speed power switching devices are indispensable to create a high‐frequency power converter, but various problems, such as high‐frequency noise, arise due to the high dv/dt rate, especially in high‐side switching devices. The proposed current‐source multilevel inverter is composed of a common emitter topology for all switching devices. Therefore, it is possible to operate it with a single power supply for the gate drive circuit, which allows stabilizing the potential level of all the drive circuits. In this paper, the effectiveness of the proposed circuit is verified through experimental results. © 2008 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 166(2): 88–95, 2009; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20475     

基于阶梯波与瞬时值反馈混合控制的光伏并网级联逆变器

针对传统光伏并网系统结构存在的问题,提出了一种新的阶梯波与电流瞬时值反馈混合控制的光伏并网级联逆变器方案。该方案一部分级联单元采取梯形波控制,一部分级联单元采取带电流瞬时值反馈的倍频正弦脉冲宽度调制,2个部分串联叠加形成输出电压。逆变器输出电压的谐波分析表明:调节正弦脉冲宽度调制波的移相角可以调节输出电压幅值和功率因数;逆变器输出电压低频谐波主要由阶梯波引起,为输出滤波器的设计提供了理论依据。对阶梯波调制逆变器的触发角提出了一种简易算法,该算法适用于电压级差不等模式且可实现触发角在线计算。实验结果表明,该方案结构简单,可靠性高,能有效降低开关损耗。     

基于最优开关角的逆变器谐波优化研究

为了更好地抑制谐波和提高输出电压波形质量,在对逆变器进行深入分析与研究的基础上,提出一种新型最优开关角调制方法应用于SPWM逆变器。该方法仅对调制脉冲波的起点进行优化,而脉冲宽度依然随着正弦规律变化,在建立优化数学模型时加入滤波环节模型,目标是使滤波输出电压波形的THD最小,同时基于实际非理想情况考虑系统对开关角的灵敏度。在多个约束条件下求解非线性超越方程的最优解,并在不同开关频率、调制度和负载阻值下与一般SPWM调制方法对比优化效果,找到优化效果的最佳条件。最后,通过仿真和硬件实验验证所提方法的正确性。     

五开关H桥逆变器改进PWM控制方法的研究

针对传统级联五电平逆变器所需开关器件较多的问题,介绍了一种由1个辅助开关电路与H桥电路相结合的五开关H桥逆变器拓扑。根据该拓扑工作原理的特点,对其脉宽调制PWM策略进行了研究,提出了一种基于载波移相脉宽调制的改进型PWM控制方法。该方法依据两单元H桥级联,通过单极倍频CPSPWM方法得到五电平相电压的波形,并把该五电平电压波形作为五开关H桥逆变器的输出目标波形,再结合逆变器的4种工作模式来逆向推导出PWM脉冲信号。最后通过仿真和实验研究证明了该拓扑结构和控制方法的可行性与有效性。     

基于傅立叶分析的三相SPWM逆变器死区效应与补偿研究

为了减少逆变器输出波形所含的谐波分量,降低二极管钳位型三电平逆变器的死区效应对输出电压基波和低次谐波的影响,提出了适用于二极管钳位型三电平逆变器的死区补偿方法。利用傅立叶变换分析了三相SPWM逆变器死区时间影响输出波形谐波分量的机理,在载波的开始和中间分别采样输出电流,根据检测到的输出电流方向调整功率器件的开关动作时刻,最终使得输出电压波形与理论波形一致,达到良好的补偿效果。该方法能有效减小输出谐波含量,并恢复由死区效应引起的有效值损失。通过Matlab仿真,验证了方法的可行性。