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第1章绪论

1.1研究逆变电源的意义

随着各行各业控制技术的发展和对操作性能要求的提高，许多行业的用电设备都不是直

接用交流电网提供的交流电作为电能源，而是通过各种形式对其进行变换，从而得到各自所

需的电能形式。逆变就是对电能进行变换和控制的一种基本形式，它完成将直流电变换成交

流电的功能。现代逆变技术是研究现代逆变电路的理论和应用设计方法的学科，这门学科综

合了现代电力电子开关器件技术、现代功率变换技术、模拟和数字电子技术、PWM技术、

开关电源技术和现代控制技术等多种实用设计技术，已被广泛的用于工业和民用领域中的各

种功率变换系统和装置中。

早期的变频电源，只需要其输出电压、频率可调即可，然而，今天的变频电源除这些要

求外，还必须环保无污染，即绿色环保变频电源。因而高性能的变频电源必须满足:(l)高的

输入功率因数，低的输出阻抗;(2)快速的暂态响应，稳态精度高;(3)稳定性高，效率高，可

靠性高;(4)低的电磁干扰;(5)智能化。

由于传统的变频电源采用模拟控制技术，难以实现上述要求。因而，研究数字化控制技

术的绿色变频电源技术，对当今提出的“节能、高效、绿色、环保”工业口号的实现具有重

要意义。

1.2目前研究的现状

一般的电源跟负载相连，因而这里仅讨论无源逆变技术。从相关文献可知，目前对逆变

电源的研究主要集中在以下几个方面：

1.2.1拓扑形式[1][2][5][6][11][12][15][20]

目前常用的逆变电路拓扑形式主要有：常规逆变电路拓扑，软开关逆变电路拓扑，多电

平逆变电路拓扑等。

1常规逆变电路拓扑

常规逆变电路拓扑可分为单相半桥、单相桥式、三相桥式电路等，根据直流侧电源性质，

又可将其分为电压源型逆变电路（VSTI）和电流源型逆变电路（CSTI）。

单相逆变电路的优点是简单，使用器件少，常用于几KW以下的小功率逆变电源。三

相桥式逆变电源应用较多。

2软开关逆变电路拓扑

逆变电源为得到更好的交流输出波形，将会提高全控型电力电子器件的开关频率，同时，

开关损耗也会随之增加，电路效率严重下降，电磁干扰也增大了，所以简单的提高开关频率

是不行的。针对这些问题出现了软开关技术，它是以谐振为主的辅助换流手段，解决了电路

中的开关损耗和开关噪声问题，使开关频率可以大幅度提高。软开关技术总的来说可以分为

零电压（ZVS）和零电流(ZCS)两类，按照其出现的先后，可以将其分为准谐振、零开关PWM

和PWM三大类。每一类都包括拓扑和众多的派生拓扑。

3三电平或多电平逆变电路拓扑

多电平逆变器的思想最早由日本Nabae于20世纪80年代初提出的。其基本原理是通过

多个直流电平来合成逼近正弦输出的阶梯波电压。其优点是减小逆变器输出谐波，降低了开

关管电压应力。多电平拓扑结构种类较多，但是大致可分为：二极管钳位型，飞跨电容性和

独立直流电源级联多电平这三种拓扑结构。这三种多电平拓扑结构各有优点，其中应用最广

泛的是二极管钳位型多电平拓扑结构。

1.2.2调制形式[1][2][5][7][14]

1方波控制

方波逆变器输出的交流电压波形为方波，占空比不可调。此类逆变器所使用的逆

变线路也不完全相同，但共同的特点是线路比较简单，使用的功率开关管数量很少。

这类逆变器还有调压范围不够宽，保护功能不够完善，噪声比较大等缺点，设计功率

一般在百瓦至千瓦之间。

2SVPWM调制

SVPWM(空间电压矢量控制PWM)调制也叫磁通正弦PWM法，它以三相波形

整体生成效果为前提,以逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹为目的,用逆变器不

同的开关模式所产生的实际磁通去逼近基准圆磁通,由它们的比较结果决定逆变器的

开关,形成PWM波形。此法从电动机的角度出发,把逆变器和电机看作一个整体,以

内切多边形逼近圆的方式进行控制,使电机获得幅值恒定的圆形磁场(正弦磁通)。它

提出主要是为解决电机变频驱动问题，现已被用到PWM逆变和PWM整流技术中。

3SPWM调制

SPWM法就是用脉冲宽度按正弦规