空调用逆变电源的设计文献综述
2020-04-24 09:58:52
利用晶闸管电路把直流电转变成交流电,这种对应于整流的逆向过程,定义为逆变。
逆变器器工作在逆变状态时,如果把变流器的交流侧接到交流电源上,把直流电逆变为同频率的交流电反送到电网去,叫有源逆变。如果变流器的交流侧不与电网联接,而直接接到负载,即把直流电逆变为某一频率或可调频率的交流电供给负载,则叫无源逆变。交流变频调速就是利用这一原理工作的。
基本型方波逆变电源电路简单,但输出电压波形的谐波含量过大,亦既THD(电流谐波畸变率)过大;移相多重叠加逆变电源输出电压波形的谐波含量小,亦即THD小,但电路较复杂。而PWM脉宽调制式逆变电源,既有电脑的电路,又可使输出电压波形,因而得到了广泛的应用。
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。
所谓PWM脉宽调制技术(Pulse Width Modulation,PWM),它是通过改变输出方波的占空比来改变等效的输出电压,即是用一种参考波(通常是正弦波,有时也采用梯形波或注入零序谐波的正弦波或方波等)为调制波(Modulating Wave),而以N倍于调制波频率的三角波(有时也用锯齿波)为载波(Carrier Wave)进行波形比较,在调制波大于载波的部分产生一组幅值相等,而宽度正比于调制波的矩形脉冲序列用来等效调制波,用开关量取代模拟量,并通过对逆变电源开关管的通/断控制,把直流电变成交流电,这种技术就叫做脉宽控制逆变技术。由于载波三角波(或锯齿波)的上下款度是线性变化的,故这种技术就叫做脉宽控制逆变技术。由于载波三角波(或锯齿波)的上下宽度是线性变化的,故这种调制方式也是线性的,当调制波为正弦波时,输出矩形脉冲序列的脉冲宽度按正弦规律变化,这种调制技术通常又称为正弦脉宽调制(SPWM)技术。因此所谓SPWM,就是在PWM的基础上改变了调制脉冲方式,脉冲宽度时间占空比按正弦规律排列,这样输出波形经过适当的滤波可以做到正弦波输出。它广泛地用于直流交流逆变器等,比如高级一些的UPS就是一个例子。三相SPWM是使用SPWM模拟市电的三相输出,在逆变器领域被广泛的采用。[1]
逆变电源广泛运用于各类:电力、通讯、工业设备、卫星通信设备、军用车载、医疗救护车、警车、船舶、太阳能及风能发电领域。
随着国内经济的飞速发展 , 空调新的发展阶段 。空调逆变器是一种新型高效无污染 '绿色'能源, 其应用前景非常广阔。 SPWM技术是空调逆变器中主要的控制技术,要生成SPWM脉冲常采用两种方法 一是由模拟电路生成;二是由单片机等数字电路生成。前者电路复杂,抗干扰性能差,有温漂现象,系统可靠性和一致性低;数字方法则利用计算机实时计算,这样系统一致性很高,没有温漂 现象,同时调试工作量大大降低 。
要生成SPWM波形主要有以下几种方法:
(1)等面积法
该方案实际上就是SPWM法原理的直接阐释,用同样数量的等幅而不等宽的矩形脉冲序列代替正弦波,然后计算各脉冲的宽度和间隔,并把这些数据存于微机中,通过查表的方式生成PWM信号控制开关器件的通断,以达到预期的目的.由于此方法是以SPWM控制的基本原理为出发点,可以准确地计算出各开关器件的通断时刻,其所得的的波形很接近正弦波,但其存在计算繁琐,数据占用内存大,不能实时控制的缺点。[2]
(2)硬件调制法
硬件调制法是为解决等面积法计算繁琐的缺点而提出的,其原理就是把所希望的波形作为调制信号,把接受调制的信号作为载波,通过对载波的调制得到所期望的PWM波形。通常采用等腰三角波作为载波,当调制信号波为正弦波时,所得到的就是SPWM波形。其实方法简单,可以用模拟电路构成三角波载波和正弦调制波发生电路,用比较器来确定它们的交点,在交点时刻对开关器件的通断进行控制,就可以生成SPWM波。但是,这种模拟电路结构复杂,难以实现精确的控制。
(3)软件生成法