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1、 本科毕业设计（论文）单相逆变器的单周期控制技术研究*燕 山 大 学2012年 6 月 本科毕业设计（论文）单相逆变器的单周期控制技术研究学院（系）：* 专 业：电气工程及其自动化 学生 姓名：* 学 号：* 指导 教师：* 答辩 日期：2012年6月17日 摘要摘 要逆变技术作为一种重要的电能变换技术已经广泛应用于交流电机调速、不间断电源、新能源开发等领域。单周控制（One-Cycle Control，OCC）作为一种新型的控制方式，由于响应快、自适应性强等优点，在各种电路拓扑中得到了广泛地应用。现阶段单周控制基本上都是采用模拟控制的方式，需要通过模拟电路来实现一个可以快速复位的积分器和一个
2、稳定的积分常数，而采用数字控制方式来实现单周期控制不仅可以克服模拟单周期控制存在的一些缺点，还可以发挥数字控制的优势。首先本文针对数字控制自身的特点和优势，采用数字控制的方式来实现单周期控制，从而即可以很方便地实现积分复位和保证控制器的参数不随时间和环境的变化而变化，又可以充分利用数字控制在实时通讯、状态监测等方面的优势。其次本文主要研究了单相逆变器的数字单周期控制技术，根据单周期控制的基本思想研究了单周期控制单相全桥逆变器的数字算法，并对算法进行了仿真验证。关键词单周期控制，数字控制，单相逆变器，全桥逆变器I AbstractInverter technology has been wide
3、ly applied in areas like AC motor drive control, uninterruptible power supply and new energy development as an important electrical energy conversion technology. One Cycle Control (OCC), as a new type of control method, has advantages of quick response and strong adaptability, and has been widely ap
4、plied in a variety of topologies. At this stage One Cycle Control are based on the analog control, the analog circuits of rapid reset and constant coefficient integrator are need，or the digital one-cycle control can combine both advantages of one-cycle control and digital control.Firstly in this the
5、sis, in connection with the characteristics and advantages of digital control, digital control is used to achieve OCC. Thus, it would be easy to achieve a rapid reset of integrator and a stable constant integrator coefficient and realize real-time communication and supervision. Secondly the digital
6、one-cycle control technique for single-phase inverter is studied on the thesis. Based on the basic principle of one-cycle control, the digital one-cycle control algorithm for single-phase inverter is introduced, and the modeling and simulation verification are depicted as well.Keywords One-Cycle Con
7、trol, Digital Control, Single-Phase Inverter Full-bridge inverter 目 录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题背景11.2 电力电子技术及发展概述11.3电力电子技术的发展史4第2章 逆变器及其发展72.1 逆变电路72.2逆变技术发展过程与现状72.3逆变器的应用及分类82.4逆变电路的基本工作原理92.5 单相逆变电路92.5.1 单相半桥逆变电路92.5.2单相全桥逆变电路10本章小结12第3章 逆变器的主要控制技术133.1 PWM逆变器调制方法133.1.1 SPWM 技术133.1.2 SVPWM 技术
8、133.2 PWM逆变器控制方式133.2.1 单闭环控制143.2.2 电压电流双闭环控制143.2.3 重复控制153.2.4 无差拍控制153.2.5 其他控制方式153.3 数字逆变器16本章小结17第4章 单周期控制技术194.1 单周期控制的基本原理194.2 单周期控制思想简单应用224.3 单周期控制电路中的开关误差自动补偿244.4 单周期控制技术在逆变器中的应用264.5 数字单周期控制技术26本章小结28第5章 单相逆变器的单周期控制技术研究295.1单周期控制全桥逆变器的原理295.2 单周期控制器的双极性控制315.2.1 模拟双极性控制315.2.2双极性控制算法3
9、65.3 单周期控制器的单极性控制375.3.1 模拟单极性控制375.3.2 单极性控制算法39本章小结40结论41参考文献43致谢45附录147附录253附录357附录461III第1章 绪论 第1章 绪论1.1 课题背景逆变器是完成 DC/AC 变换的电力电子装置，逆变器的应用非常广泛，不仅交流电动机和交流负载等需要逆变器供电，在很多直流电源变换系统中也需要用到逆变器，随着各行各业技术的发展，许多设备对电能质量要求越来越高，由电网直接提供的原始电能已经不能满足这些用电设备的需求，原始电能必须经过变换后才能给这些设备使用，在变换环节中通常都有逆变器。此外，在新能源和直流输电等系统中，逆变器
10、都是其中的重要环节。对于逆变器的控制，模拟控制技术成熟，在各种电力电子装置的控制中占据较重席位，但是模拟控制存在元器件会老化，抗干扰能力差，不能满足智能化需求，升级产品复杂等问题，已经逐渐被数字控制取代。采用数字控制的优势在于其具有稳定性好，智能化程度高，易于维护，控制灵活，易于实现比较复杂的控制算法等优点，数字化是电力电子装置的发展趋势。单周控制技术是在20世纪90年代由KeyueM,Smedley和Slobodan Cuk 提出的一种新型PWM技术，其基本思想是通过对占空比的控制来控制开关量在一个开关周期内的平均值等于参考值。单周期控制技术是一种新型PWM技术，可应用于DC/DC变换器、功
11、率因数校正、有源滤波等领域，在逆变器控制中也得到了应用。1.2 电力电子技术及发展概述电力电子技术包括信息电子技术和电力电子技术两大分支。通常所说的模拟电子技术和数字电子技术都属于信息电子技术。电力电子技术是应用于电力领域的电子技术。具体地说，就是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。目前所用的电力电子器件均用半导体制成，故也称电力半导体器件。电力电子技术所变换的“电力”，功率可以大到数百MW甚至GW，也可以小到数瓦甚至1瓦以下。信息电子技术主要用于信息处理，而电力电子技术则主要用于电力变换。表1-1通常所用的电力有交流和直流两种。从公用电网直接得到的电力是交流的，从蓄电池和干电池得到的
12、电力是直流的。从这些电源得到的电力往往不能直接满足要求，需要进行电力变换。如表1-1所示，电力变换通常可分为四大类，即交流变直流、直流变交流、直流变直流和交流变交流。交流变直流称为整流，直流变交流成为逆变。直流变交流是指一宗电压（或电流）的直流变为另一种电压（或电流）的直流，可用直流斩波电路实现。交流变交流可以是电压或电力的变换，称作交流电力控制，也可以是频率或相数的变换。进行上述电力变换的技术成为变流技术。通常把电力电子技术分为电力电子器件制造技术和变流技术两个分支。变流技术也称为电力电子器件的应用技术，它包括用电力电子器件构成各种电力变换电路和对这些电路进行控制技术，以及由这些电路构成电力
13、电子装置和电力电子系统的技术。“变流”不只指交直流之间的变换，也包括上述的直流变直流和交流变交流的变换。如果没有晶闸管、电力晶体管等电力电子器件，也就没有电力电子技术，而电力电子技术主要用于电力变换。因此可以认为，电力电子器件的制造技术是电力电子技术的基础，而变流技术则是电力电子技术的核心。电力电子器件的制造技术的理论基础是半导体物理，而变流技术的理论基础是电路理论。图2-1 电力电子学的倒三角图1-2电力电子学（Power Electronics）这一名称是60年代出现的。1974年，美国的W.Newell用图1-2的倒三角型对电力电学进行了描述，认为电力电子学识由电力学、电子学和控制理论三
14、个学科交叉而形成的。这一观点被全世界普遍接受。“电力电子学”和“电力电子技术”是分别从学术和工程技术两个不同的角度来称呼的，其实际内容并没有很大的不同。电力电子技术和电子学的关系是显而易见的。如图2-1所示，电子学可分为电子器件和电子电路两大分支，这分别与电力电子器件和电力电子电路相对应。电力电子器件的制造技术和电力电子电路的理论基础是一样的，其大多数工艺也是相同的。特别是现代电力电子器件的制造大都使用集成电路制造工艺，采用微电子制造技术，许多设备都和微电子制造设备通用，这说明两者同根同源。电力电子电路和电力电路的许多分析方法也是一致的，只是两者应用目的不同，前者用于电力变换和控制，后者用于信息处理。广义而言，电子电路中的功率放大和功率输出部分也可算作电力电子电路。此外，电力电子电路广泛用于包括电视机、计算机在内的各种电子装置中，其电源部分都是电力电子电路。在信息电子技术中，半导体器件既可处于放大状态，也可处于开关状态；而在电力电子技术中为避免功率损耗过大，电力电子器件总是工作在开关状态
