逆变器二次纹波电流



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。

逆变器滤波器设计（变频器输出滤波）

逆变器滤波器设计（变频器输出滤波）

逆变器滤波器设计是确保变频器输出波形质量的关键环节，特别是在变频器驱动电动机时，滤波器的设计直接关系到电动机的运行稳定性和寿命。以下是对逆变器滤波器设计的详细分析：

一、滤波器类型选择

LC滤波器（正弦波滤波器）：

结构：由串联电抗L和并联电容C构成。

适用场景：主要用于电压源逆变器，特别是当逆变器直接为负荷供电（如UPS）时。此时，只要电压纹波系数小于一定值，负荷就能承受，因此可以省去一组电感。

LCL滤波器：

结构：头部是一组电感串联，中间部分是并联的安规电容，尾部又串联了一组电感。

适用场景：主要用于电流源逆变器，特别是当逆变器与电网相连接时。但需注意LCL滤波器存在两个谐振点，控制参数需精心设计以避免谐振。

二、滤波器设计原理

正弦波滤波器原理：

正弦波滤波器的作用是将变频器输出的PWM波形转变成正弦波，从而避免PWM波形在电动机端产生的过冲电压对电动机绝缘造成损伤。

滤波器通过串联电抗L和并联电容C的组合，形成低通滤波器，滤除PWM波形中的高频谐波成分，使输出电压接近正弦波。

截止频率的选择：

截止频率f=1/（2πLC），是滤波器设计的重要参数。通过选择合适的截止频率，可以滤除PWM波形中的大部分谐波，使输出电压U0近似为正弦波。

截止频率的选择需根据变频器的载波频率fc来确定，通常选择截止频率低于fc的某个值，以确保大部分谐波被滤除。

三、滤波器参数设计

电抗L的选择：

电抗L的大小直接影响输出电压的畸变率和输出电压的降低程度。增大电抗值可以降低输出电压的畸变率，但也会降低输出电压。

因此，在设计时需根据电动机的容量和额定电流来选择合适的电抗值，并留有一定的电流余量。

电容C的选择：

电容C的大小同样影响输出电压的质量和成本。增大电容值可以提高输出电压质量，但也会增加成本，并且输出电压也会有所降低。

电容值的选择需与电抗值和变频器的载波频率相匹配，以确保滤波效果最佳。

四、设计实例

以额定功率315kW、功率因数0.8的电动机为例，进行滤波器参数设计：

计算额定工作电流：

根据电动机的额定功率和功率因数，计算出额定工作电流。

选择电抗L：

根据额定工作电流和留有的电流余量，选择合适的电抗值。

选择电容C：

根据电抗值和变频器的载波频率，选择合适的电容值。

五、注意事项

谐振问题：

对于LCL滤波器，需特别注意谐振问题。在设计时需精心选择控制参数，以避免发生谐振。

背景谐波电压：

如果系统较弱，背景谐波电压可能会通过系统阻抗与LCL滤波器的电容C发生谐振。此时，可以在电容C上串联一个电阻，或者采用虚拟阻抗的方法来解决。

滤波器安装：

滤波器应安装在变频器与电动机之间的电缆上，以确保滤波效果最佳。同时，需注意滤波器的接地和散热问题。

六、展示

以上是对逆变器滤波器设计的详细分析，包括滤波器类型选择、设计原理、参数设计、设计实例和注意事项等方面。通过合理的滤波器设计，可以确保变频器输出的波形质量，保护电动机免受损伤，提高系统的稳定性和可靠性。

逆变器前级全桥测试步骤详解

逆变器前级全桥测试的核心在于分阶段验证电路功能，确保各元件参数与保护机制符合设计要求。

一、测试前准备

1. 工具和设备：需备齐示波器、万用表、电子负载及稳压直流电源，校准仪器精度并确认设备接地安全。

2. 电路初检：重点排查焊点是否虚焊，核对MOS管型号与安装方向，使用放大镜检查桥臂布线是否接触其他元件引脚。

二、静态参数检测

1. 电阻值测量：断开电源，用万用表分段测试各开关管D-S极电阻——关断状态应呈兆欧级高阻值，导通后阻值须低于1Ω。同步检测电感绕组通断及电容有无漏电。

2. 低压通电：输入12V直流电压，观察驱动电路供电电压是否稳定，栅极驱动电压是否符合MOS管规格书阈值（通常4-10V），中点电压对称误差须小于5%。

三、动态波形验证

1. 栅极信号：示波器探头接地后接入栅极，测量驱动脉冲上升时间是否小于50ns，占空比与设计文件对比偏差不超过±2%。同一桥臂上下管的驱动波形相位差必须180度。

2. 负载响应：连接额定负载时，用双通道示波器对比输入输出电压纹波。重点观测带载瞬间的电压跌落幅度，正常应控制在标称值的10%以内，同时记录不同负载下的效率曲线。

四、保护机制触发

1. 过流阈值：以每分钟10%速率提升负载电流，记录保护动作点。实测值较设定值的偏移量超过15%时，需检测电流采样电阻精度与比较器基准电压。

2. 电压保护：缓慢调高输入电压至标称值的120%，保护电路应能在50ms内切断主回路，重启后需确认自恢复功能有效性。

五、异常工况处理

发现波形畸变时，优先检查PWM芯片供电是否夹杂毛刺，用热成像仪定位异常发热元件。若出现上下管直通现象，需重新测量死区时间调节电路中的RC参数是否匹配驱动频率。

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。

什么是纹波、谐波和噪声？

纹波、谐波和噪声是电子领域中常见的三个概念，它们各自具有不同的定义和特性。

一、纹波

纹波是由于直流稳定电源的电压波动而造成的一种现象。直流稳定电源一般是由交流电源经整流稳压等环节而形成的，这就不可避免地在直流稳定量中带有一些交流成份，这种叠加在直流稳定量上的交流分量就称之为纹波。纹波的成分较为复杂，形态一般为频率高于工频（中国是50Hz）的类似正弦波的谐波，另一种则是宽度很窄的脉冲波。纹波的危害包括：

容易在用电器上产生谐波，而谐波会产生较多的危害。降低了电源的效率。较强的纹波会造成浪涌电压或电流的产生，导致烧毁用电器。会干扰数字电路的逻辑关系，影响其正常工作。会带来噪音干扰，使图像设备、音响设备不能正常工作。

二、谐波

谐波从字面解释，谐有“多部分”的意思，谐和指多部分协调有致；波指的是波形（Wave）。合起来形容，就是有很多种波形合成的波形。从高等数学中分析可知，任何周期性波形均可分解为一个基频正弦波加上许多高次频率的正弦波，高次频率是基频的整倍数（N，只能为整数），直流成分称为0次谐波，基波称为1次谐波，二次以上的波形称为高次谐波，其中偶次频率的波形称为偶次谐波，奇次频率的波形称为奇次谐波。

谐波产生的原因主要是由于正弦电压加压于非线性负载，当电流流经负载时，与所加的电压不呈线性关系，基波电流发生畸变就形成非正弦电流，即电路中有谐波产生。主要非线性负载有UPS、开关电源、整流器、变频器、逆变器等。

三、噪声

对于电子线路中所标称的噪声，可以概括地认为，它是对目的信号以外的所有信号的一个总称。最初人们把造成收音机这类音响设备所发出噪声的那些电子信号，称为噪声。但是，一些非目的的电子信号对电子线路造成的后果并非都和声音有关，因而，后来人们逐步扩大了噪声概念。例如，把造成视屏幕有白斑条纹的那些电子信号也称为噪声。可以说，电路中除目的的信号以外的一切信号，不管它对电路是否造成影响，都可称为噪声。

噪声是一种电子信号，而干扰是指的某种效应，是由于噪声原因对电路造成的一种不良反应。而电路中存在着噪声，却不一定就有干扰。在数字电路中，往往可以用示波器观察到在正常的脉冲信号上混有一些小的尖峰脉冲，这是不期望的噪声。但由于电路特性关系，这些小尖峰脉冲还不致于使数字电路的逻辑受到影响而发生混乱，所以可以认为是没有干扰。当一个噪声电压大到足以使电路受到干扰时，该噪声电压就称为干扰电压。

综上所述，纹波、谐波和噪声是电子领域中三个重要的概念，它们各自具有不同的定义、产生原因和特性。在实际应用中，需要充分了解这些概念，以便更好地设计和优化电子系统。

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