逆变器单相桥臂过流



逆变器LCL参数设计（单相/三相）

逆变器LCL参数设计（单相/三相）

逆变器LCL参数设计是确保逆变器高效、稳定运行的关键环节。以下将分别针对单相和三相逆变器，详细阐述LCL滤波器的参数设计步骤。

一、单相逆变器LCL参数设计1. 确定滤波器设计的必要性

并网型逆变器作为电流源逆变器，其输出电压中含有丰富的高频开关谐波。为了抑制并网电流谐波，需要加入高频滤波器。LCL滤波器相比L滤波器具有更好的滤波效果，因此被广泛应用于逆变器和电网之间。

2. 滤波器设计需要的参数逆变器直流侧电压额定功率电网电压及频率载波频率（调制方式基于载波调制）3. 滤波器设计的原则降低逆变器一侧的电流纹波限制滤波电容的无功功率抑制并网电流单次谐波降低LCL滤波器的谐振点4. LCL滤波器设计步骤

（1）确定总电感L1+L2的约束

根据基波电流的角度，确定滤波总电感的范围。简化计算时，最大电感量可按基波电压的5%~10%确定。

（2）确定逆变器桥臂侧电感L1

方法1：根据L的上下范围直接取逆变器桥臂侧电感。

方法2：通过分析一个载波周期内电流的最大变化量，对逆变器桥臂侧的电感设计进行限制。具体可通过限制周期（50Hz）电感电流纹波的最大值，得到高频电感感量的下限。

方法3：逆变电感上的电流纹波最大值控制在20%~30%基波电流有效值。根据此条件，结合相关公式推导，可得到桥臂L1的最小值。

（3）电容C的计算

主要考虑滤波电容C引入的无功功率，理论上为逆变器单相额定有功的5%左右，但实际工程上可取大一点，到10%~20%。根据此范围，结合相关公式，可计算出电容C的具体值。

（4）网侧电感L2的计算

方法1：根据并网电流单次谐波的限制，可以得到网侧电感电流的下限制，从而确定L2的取值范围。

方法2：通过相关公式推导，结合逆变器参数和电网要求，可得到L2的具体值。

方法3：采用经验公式进行计算，得到L2的近似值。

（5）阻尼电阻R的选择

方法1：根据经验公式，在电容一侧串入一个电阻，其值为容抗的2%。

方法2：通过相关公式推导，结合滤波器参数和电网要求，可得到阻尼电阻R的具体值。

二、三相逆变器LCL参数设计

三相逆变器LCL参数设计的基本步骤与单相逆变器类似，但需注意以下几点：

三相平衡：确保三相逆变器输出电流和电压平衡，以避免对电网造成不良影响。参数调整：由于三相逆变器结构更为复杂，因此在设计LCL滤波器参数时，需要更精细地调整电感、电容和阻尼电阻的值，以满足三相系统的要求。谐波抑制：三相逆变器在运行时可能产生更多的谐波分量，因此需要更加关注滤波器的谐波抑制能力。

在具体设计时，可参考单相逆变器LCL参数设计的方法和步骤，结合三相系统的特点进行适当调整。

三、总结

逆变器LCL参数设计是一个复杂而关键的过程，需要综合考虑逆变器参数、电网要求以及滤波器性能等多个因素。通过精确计算和合理设计，可以确保逆变器高效、稳定地运行，并为电网提供高质量的电能。

以上内容仅供参考，具体设计时还需结合实际情况进行适当调整。

单相逆变器中开关管桥臂为什么要用互补pwm，能不能一个开关管用pwm，另三个开关管状态固定？

单相逆变器中，开关管桥臂使用互补PWM的主要目的是确保电路在正负半周期都能正常工作，实现双向电流流动。这种调制方式避免了在一个周期内同时开通两个开关，从而减少了开关损耗，提高了效率。

互补PWM属于双极性调制的一种。其关键在于，开关管S1和S2在一个周期内互补动作，而S3和S4则保持常开或常闭状态。这样，正半周期电流通过S3的反并联二极管续流，而负半周期通过S1的反并联二极管续流。这种设计使得电路能够高效地工作。

如果仅使用单一的PWM信号控制一个开关管，而其他三个开关管的状态固定，这种配置则无法实现互补动作。在正半周期，S1和S2的互补PWM动作会带来电流的双向流动，但若其他开关管状态固定，如S3常开，S4常闭，将导致电路无法实现完整的调制周期，进而影响逆变器的工作性能。

实际上，采用互补PWM的单相逆变器更适合非功率因数为1的工作状态。例如，在功率因数接近1的情况下，你的方法可能可行，但在功率因数较低时，这种配置无法提供稳定的工作状态。因此，采用互补PWM的单相逆变器具有更广泛的适用性。

对于更深入的理解，可以参考相关博士论文，该论文详细探讨了单相逆变器中互补PWM的应用及优缺点：http://wenku.baidu.com/view/b13bd1fd6137ee06eff9186a.html。

变频器过电流什么原因

变频器过电流的原因可以分为两大类：非短路性过流和短路性过流。

非短路性过流的主要原因包括：

外部因素：电机负载突变、电动机绕组出现烧毁、负荷侧电缆短路等，这些情况都可能引起冲击过大，导致电流突然增加。此外，如果电机和电机电缆相间或每相对地的绝缘破坏，也可能导致匝间或相间对地短路，进而引发过流。

变频器本身的问题：参数设定不当，如加速时间太短，PID调节器的比例P、积分时间I参数不合理，可能导致变频器输出电流振荡。此外，变频器内部硬件问题，如电流互感器损坏、主电路接口板电流、电压检测通道损坏等，也可能引发过流。

短路性过流的原因则可能包括：

变频器负载侧短路或接地。

变频器逆变桥同一桥臂的上下两开关管同时导通，形成直通短路。

另外，如果装有测速编码器，速度反馈信号丢失或非正常时，也可能引起过流。

在实际应用过程中，应根据具体情况进行排查和处理。

过流故障怎么解决？

变频器中过电流保护的对象主要指带有突变性质的、电流的峰值超过了过电流检测值（约额定电流的200％），变频器显示OC表示过电流，由于逆变器件的过载能力较差，所以变频器的过电流保护是至关重要的一环。

一、变频器过流故障的原因分析

过电流故障可分为加速、减速、恒速过电流。其可能是由于变频器的加减速时间太短、负载发生突变、负荷分配不均，输出短路等原因引起的。这时一般 可通过延长加减速时间、减少负荷的突变、外加能耗制动元件、进行负荷分配设计、对线路进行检查等来解决。如果断开负载变频器还是过流故障，说明变频器逆变 电路已坏，需要更换变频器。

根据变频器显示，可从以下几方面寻找原因：

（1）工作中过电流，即拖动系统在工作过程中出现过电流。其原因大致有以下几方面：

一是电动机遇到冲击负载或传动机结构出现“卡住”现象，引起电动机电流的突然增加；

二是变频器输出侧发生短路，如输出端到电动机之间的连接线发生相互短路，或电动机内部发生短路等、接地（电机烧毁、绝缘劣化、电缆破损而引起的接触、接地等）

三是变频器自身工作不正常，如逆变桥中同一桥臂的两个逆变器件在不断交替的工作过程中出现异常。如环境温度过高，或逆变器元器件本身老化等原因，使逆变器 的参数发生变化，导致在交替过程中，一个器件已经导通，而另一个器件却还未来得及关断，引起同一个桥臂的上、下两个器件的“直通”，使直流电压的正、负极 间处于短路状态。

（2）升速、降速时过电流：当负载的惯性较大，而升速时间或降速时间又设定得太短时，也会引起过电流。在升速过程中，变频器工作频率上升太快， 电动机的同步转速迅速上升，而电动机转子的转速因负载惯性较大而跟不上去，结果是升速电流太大；在降速过程中，降速时间太短，同步转速迅速下降，而电动机 转子因负载的惯性大，仍维持较高的转速，这时同样可以使转子绕组切割磁力线的速度太大而产生过电流。

二、变频器过流故障的处理方法

（1）起动时一升速就跳闸，这是过电流十分严重的现象，主要检查：

A工作机械有没有卡住；

B负载侧有没有短路，用兆欧表检查对地有没有短路； l 变频器功率模块有没有损坏；

C 电动机的起动转矩过小，拖动系统转不起来。

（2）起动时不马上跳闸，而在运行过程中跳闸，主要检查：

升速时间设定太短，加长加速时间； l 减速时间设定太短，加长减速时间；

转矩补偿（u/f比）设定太大，引起低频时空载电流过大；

电子热继电器整定不当，动作电流设定得太小，引起变频器误动作。

最后提醒，如果上边的方法都不能解决问题，那就是变频器硬件电路坏了，一般是驱动电路或者模块有问题，更换光耦或者IGBT大多数可以解决问题。

逐波限流保护（过流保护）工作机制

逐波限流保护的工作机制主要包括以下几个方面：

短路电流监控与即时响应：

在电感电路中安装高精度传感器，用于实时监控电流情况。一旦检测到短路电流超过正常值但低于重复峰值电流，立即封锁相关驱动信号，使电流迅速下降。短路情况恢复后，解除对驱动信号的封锁。

持续短路保护：

对于持续存在的短路故障，如果200ms内情况未得到改善，软件将确认并关闭逆变器的驱动信号，以防止设备进一步受损。

桥臂直通过流保护：

为防止桥臂上下管同时导通导致的过流问题，软件需设置死区时间。硬件上实现驱动波形的互锁，确保在上下管切换时不会产生直通电流。对于IGBT的击穿、失效或外部短路情况，系统需在极短时间内检测到并封锁驱动信号，确保不超过瞬态峰值电流。

综合保护策略：

保护机制不仅要应对瞬间的短路故障，还需有效防止和处理桥臂直通等带来的过流问题。在实际应用中，对于短路超过200ms的接触性故障，需要软件逻辑介入，直接关闭驱动信号，以保障设备的安全运行。

总结：逐波限流保护通过实时监控电流、即时响应短路故障、设置死区和硬件互锁、以及综合保护策略等手段，有效防止和处理电力设备中的过流问题，确保设备的安全稳定运行。

变频器报过流和过载原因上面来说有什么区别？分别如何检测的

变频器过流和过载是常见的故障问题，其产生原因有所不同。变频器过流主要是由于电动机遇到冲击负载或传动机构出现“卡住”现象，导致电流突然增大。而变频器过载则是因为显示屏上三相电压不平衡，引起某相电流过大，导致过载跳闸，这种情况下电动机发热不均衡，从显示屏上读取运行电流时不一定能发现。

两者故障原因也存在差异。变频器过流可能是由于变频器的输出侧短路，如输出端到电动机之间的连接线发生相互短路，或电动机内部发生短路等。而变频器过载则可能是因为误动作的变频器内部电流检测部分故障，检测出的电流信号偏大，导致跳闸。

故障特征方面，变频器过流主要表现为变频器自身工作异常，如逆变桥中同一桥臂的两个逆变器件在不断交替工作过程中出现异常。而变频器过载的主要特征是机械负荷过重，电动机会出现发热现象，这可以从显示屏上读取运行电流来发现。

为检测和解决这些问题，可以采取以下措施。首先检查电动机是否发热。如果电动机温升不高，检查变频器的电子热保护功能预置是否合理，如变频器有裕量，放宽预置值；如裕量不足，应考虑更换更大容量的变频器。如果电动机发热严重，说明负荷过重，此时可以考虑调整传动比或更换更大容量的电动机。

其次，检查电动机侧三相电压是否平衡。如果三相电压不平衡，检查变频器输出端的三相电压是否平衡，若不平衡，问题可能在变频器内部，应检查逆变模块及其驱动电路；若平衡，则问题可能出在线路连接处，检查接线端螺钉是否紧固。

如果电动机侧三相电压平衡，检查跳闸时的工作频率。若频率较低且未使用矢量控制，考虑增加变频器容量；若变频器具有矢量控制功能，尝试切换至矢量控制方式。

最后，若上述检查均未发现问题，则可能是误动作导致的。可通过在轻载或空载情况下测量变频器输出电流并与显示屏上显示的电流值进行对比。如果显示值显著高于测量值，说明变频器内部电流测量部分存在较大误差，跳闸可能是误动作。

死区补偿（非线性补偿）方法介绍

死区补偿（非线性补偿）方法介绍

在逆变器控制系统中，死区时间的引入是为了避免上下桥臂同时导通导致的短路情况。然而，死区时间的存在会对逆变器的性能产生不利影响，如降低控制精度和增加输出电压谐波。为了克服这些影响，需要采用死区补偿方法。

一、死区效应及其影响

死区效应主要体现在逆变器输出电压波形的畸变上。当相电流输出为正时，在死区时间内，下桥臂的体二极管会导通，导致输出的负脉冲时间比期望值偏长；相反，当相电流为负时，上桥臂的体二极管会导通，导致正脉冲的时间变长。这种效应在轻载低频情况下尤为明显，可能导致零电流钳位现象，进一步加剧电流波形的畸变。

二、死区补偿方法

为了克服死区效应的影响，可以根据电流的方向对对应的桥臂进行占空比补偿。补偿量的多少和补偿的时机是两个关键考虑因素。

补偿量的确定

补偿量通常使用Vdead的值作为参考。Vdead的计算公式为：

[V_mathrm{dead}=frac{T_mathrm{dead}+T_mathrm{on}-T_mathrm{off}}{T_s}u_mathrm{dc}]

其中，Tdead为死区时间，Ton和Toff分别为开关器件的导通和截止时间，Ts为PWM周期，udc为直流母线电压。

补偿时机的选择

补偿时机取决于输出电流的方向。当输出电流为正时，需要加大占空比；当输出电流为负时，需要减小占空比。获取输出电流方向的方法有两种：

直接使用测量值：这种方法简单直接，但在电流过零点附近，电流值可能频繁在正负之间切换，导致补偿值反复跳变，影响系统稳定性。

通过计算获取电流方向：这种方法可以避免电流过零点附近的跳变问题，但会增加系统的计算量。具体实现时，可以通过计算电流与电压的相位差来确定电流方向。

补偿量的实施

在实施补偿时，需要根据电流的角度对相应的相进行补偿。假设U相的电流为cosθ，那么三相电流与θ的关系可以用一个周期（2π）划分为0到5的六个等分区间来表示。每个区间中都只有一相的电流过零，另外两相电流方向并没有改变。因此，可以将θ以-π/6~π/6为周期进行划分，并确定每个区间内三相的补偿量。

补偿量函数形式为：

[V_{comp}(theta)=sat(A theta)]

其中，sat()为饱和函数，上限为+Vdead，下限为-Vdead，A为增益。A的值可以固定，也可以根据系统需求进行调整。例如，可以通过PI控制器根据Id的波动大小来获取A的值，从而实现更精确的补偿。

三、仿真效果与验证

通过仿真可以验证死区补偿方法的有效性。在仿真中，可以观察到在切入死区补偿后，Id和Iq的纹波会逐渐减少，从而验证了死区补偿方法的有效性。

综上所述，死区补偿方法是一种有效的克服逆变器死区效应的方法。通过精确计算补偿量和选择合适的补偿时机，可以显著提高逆变器的控制精度和输出电压波形质量。

湖北仙童科技有限公司 高端电力电源全面方案供应商 江生 13997866467