首页-恩佐娱乐(恩佐平台注册)江苏电器2007No2设计与研究基金项目：苏州大学青年教师研究基金项目Ｑ３１１７５２０；苏州大学大学生课外学术科研基金项目ＫＹ２００６０４９Ａ作者简介：张友军１９７０－男，副教授，硕士生导师，硕士，研究方向为电力电子变换技术及待机损耗节能技术，发表论文及专业文章３０余篇。０引言随着石油、煤和天然气等主要能源的大量使用，新能源的开发和利用越来越得到人们的重视。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它新能源转化的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。ＤＣ／ＡＣ逆变器是应用功率半导体器件，将直流电能转换成恒压恒频交流电能的一种静止变流装置，供交流负载用电或与交流电网并网发电。ＤＣ／ＡＣ逆变器具有广泛的应用前景，可应用到如下领域：１以直流发电机、蓄电池、太阳能电池和燃料电池为主直流电源的场合，如通信静止变流器４８ＶＤＣ／２２０Ｖ５０ＨｚＡＣ；２以变频或恒频交流电为主交流电源且采用交—直—交变换方案的场合，如新型风力发电电源变频交流电／２２０Ｖ５０ＨｚＡＣ和变频电源２２０Ｖ５０ＨｚＡＣ／１１５Ｖ４００ＨｚＡＣ；３不间断电源ＵＰＳ中的核心环节——逆变器；４作为校表台产品的电压、电流标准源——电压功率放大器、电流功率放大器。根据逆变器中变压器和开关器件的工作频率高低逆变技术可分为低频环节逆变技术和高频环节克服其缺点，必须采用高频环节逆变技术。研制的１ｋＶＡ４８ＶＤＣ／２２０Ｖ５０ＨｚＡＣ并联交错双管正激高频环节逆变器，采用了高频环节逆变技术，在对其进行了原理分析与设计后，给出了仿真与试验波形。仿真与试验结果证实了其可行性。一种高频环节ＤＣ／ＡＣ逆变器原理分析与设计ＤＣ／ＡＣ逆变器具有广泛的应用领域，介绍了低频环节逆变技术，并对其缺点进行了分析，要ＤＣ／ＡＣ逆变器；高频环节；拓扑张友军（１苏州大学机电工程学院，江苏苏州２１５０２１；２南京理工大学自动化系，江苏南京２１００９４）中图分类号：ＴＭ４６４文献标识码：Ａ文章编号：１００７－３１７５－２００７０２－０００４－０３关键词：Abstract:DCACinverterhaswideapplicationfieldIntroductionlowfrequencylinkinvertingtechnologycarriedoutitsshortcomingsovercomeitsshortcomings,highfrequencylinkinvertingtechnologymustkVA48AC50Hzparalleltwo-transistorforwardDCACinverterhighfrequencylinktechnology,afteritsprinciplebeingcarriedoutitssimulationtestwaveformswereshownresultsproveitsfeasibilityKeywords:DCACinverter;highfrequencylink;topologyZHANGYou-junZHANGYu-zhenJIALiangWANGShi-binMechanical-electricalEngineering,SoochowUniversity,Suzhou215021,China;Automation,NanjingUniversityTechnology,Nanjing210094,China）DesignPrincipleAnalysisHighFrequencyLinkDCACInverter一种高频环节ＤＣ／ＡＣ逆变器原理分析与设计江苏电器2007No2逆变技术。本文在分析了低频环节逆变技术及其缺点之后介绍了一种高频环节逆变技术并对其原理进行了分析与设计，最后给出了仿线低频环节逆变技术传统的ＤＣ／ＡＣ逆变器采用低频环节逆变技术，主要有方波逆变器、阶梯波合成逆变器、正弦脉宽调制ＳＰＷＭ逆变器等。图１为采用了低频环节逆变技术的传统ＵＰＳ电路结构。该电路主要由整流和逆变两部分组成。整流部分由整流器和输入滤波器构成，交流电压经整流器后，得到脉动的直流电压，再经输入滤波器滤波后得到平滑的直流电压，为逆变器提供直流电源，同时给电池充电。逆变部分由电池、逆变器和输出滤波器构成，平滑的直流电压经逆变器后得到含有输出电压基波分量的单极性或双极性ＳＰＷＭ波形电压，该电压经工频变压器变压后再经输出滤波器滤波，最后得到输出电压的基波分量。图中工频变压器实现输出电压的匹配及输入输出之间的电气隔离。在停电时由电池为逆变器提供直流电源。虽然该项技术应用广泛、性能可靠而且技术成熟，但是仍有许多不足之处１工频变压器的体积、重量大；２输出滤波器的体积、重量大；３音频噪音大；４对于输入电压和负载的波动，系统的动态响应特性差。如果将逆变器的开关频率增加到２０ｋＨｚ以上，则可以克服缺点２～４。但由于工频变压器的体积和逆变器的开关频率无关，只和输出电压的频率有关，因而无法克服第一个缺点。要克服第一个缺点，必须采用高频环节逆变技术。２一种高频环节逆变技术图２为一种采用了高频环节逆变技术的逆变器电路拓扑结构。该电路主要由前后两级组成。前级由两个双管正激变换器交错并联而成，功率开关Ｑ、整流二极管Ｄ构成一组双管正激变换器，将直流电压Ｅ变换为占空比小于０．５的直流脉冲电压，该脉冲电的时序相同；功率开关Ｑ构成另外一组双管正激变换器，同样将直流电压Ｅ变换为占空比小于０．５的直流脉冲电压，其时序和Ｑ的时序相反，相差半个开关周期，在ａ、ｃ两点得到两个双管正激变换器输出电压的交错之和，如图３中ｕａｃ所示，故将前级称为并联交错双管正激变换器。ｕａｃ经电感Ｌ滤波后，在ｂ、ｃ两点得到平滑的直流输出电压ｕｂｃ。高频变压器Ｔ构成。基准电压ｕｒｅｆ与载波，两者反相一种高频环节ＤＣ／ＡＣ逆变器原理分析与设计江苏电器2007No2互补，如图４所示；ｕｒｅｆ与零电平比较后得到Ｑｒｅｆ大于零时，Ｑ高频互补开通与关断，在输出滤波器前端ｄ、ｈ两点得到和控制信号Ｋ具有相同时序的高频脉冲电压波ｕｄｈ电平为正或为零；当ｕｒｅｆ小于零时，Ｑ高频互补开通与关断，ｄ、ｈ两点得到的高频脉冲电压波ｕｄｈ和控制信号Ｋ的时序相同，其电平为负或为零；两段结合，ｕｄｈ即为含有输出电压基波分量的单极性ＳＰＷＭ波，经输出滤波器Ｌ滤波后，最后得到输出电压的基波分量ｕ３仿线所示的并联交错双管正激高频环节逆变器电路拓扑结构，研制成１ｋＶＡ４８ＶＤＣ／２２０Ｖ５０ＨｚＡＣ逆变器。功率开关ＱＤＳ＜０．０１３Ω，７５Ａ／７５Ｖ；续流二极管Ｄ选用ＳＴＰＳ６０Ｈ１００Ｃ，２３０Ａ／１００Ｖ，ｕ ＜０．７２Ｖ；整流二极管Ｄ ＝２２０μＦ／４００Ｖ；前级双管正激变换器开关频率为５０ｋＨｚ。功率开关Ｑ 选用ＳＴＰ２０ＮＭ５０ＦＤ，ＲＤＳ ＝３．２μＦ／４００Ｖ；后级逆变部分开关频率为２２ｋＨｚ。 图５为１２０％阻性满载时仿真波形，ｉ Ｌｆ 为输出 滤波电感电流，ｕ 为逆变器输出电压。图６为逆变器输出电压ｕ 的周期为２０．００ｍｓ、频率为５０．０１Ｈｚ。由于实验室所用示波器的量程所 限最大每格５０Ｖ，故测量时采用电阻分压对输出 电压ｕ 半值的测量波形，因此ｕ 的峰值等于３１２／２２＝３１２Ｖ，有效值为２２０．６Ｖ。 ４结论 逆变器具有广泛的应用领域，根据逆变器中变 压器和开关器件的工作频率高低逆变技术可分为 低频环节逆变技术和高频环节逆变技术。虽然低频 环节逆变技术应用广泛、性能可靠而且技术成熟， 但是仍有许多不足之处，要克服其缺点，必须采用 高频环节逆变技术。本文研制的１ｋＶＡ４８ＶＤＣ／２２０Ｖ ５０ＨｚＡＣ并联交错双管正激高频环节逆变器，采用高 频环节逆变技术，仿真与试验波形证实了其可行性。 参考文献 ［１］Ｙａｍａｔｏ．ＮｅｗｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍｆｏｒＵＰＳｕｓ－ ｉｎｇｈｉｇｈｆｒｅｑｕｅｎｃｙｌｉｎｋ［Ｃ］．ＩＥＥＥＰｏｗｅｒＥｌ－ ｅｃｔｒｏｎｉｃｓＳｐｅｃｉａｌｉｓｔｓＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ１９８８６５８－ ６６３． ［２］张友军．高频脉冲交流环节航空静止变流器研究［Ｄ］． 南京：南京航空航天大学，２００２． 收稿日期：２００６－１２－３０ 一种高频环节ＤＣ／ＡＣ逆变器原理分析与设计
