单相逆变器的设计

lc滤波单相逆变器单电流环传递函数

LC滤波单相逆变器的单电流环传递函数是一个描述系统动态响应的数学模型，它表示了系统输入与输出之间的关系，具体形式取决于滤波器的设计和逆变器的控制策略。

详细

在电力电子技术中，逆变器是将直流电能转换为交流电能的装置。为了提高输出电能的质量，逆变器通常会配备LC滤波器，以减少输出电压和电流的谐波成分。在这个过程中，传递函数是一个关键概念，它描述了系统对输入信号的动态响应。

对于LC滤波单相逆变器，其单电流环传递函数是用于分析和设计控制系统的重要工具。该函数通常表示为G，其中s是复频率变量。传递函数的具体形式取决于LC滤波器的参数以及逆变器的控制策略。例如，如果采用比例-积分控制器来调节逆变器输出电流，那么传递函数将包含控制器的增益和积分时间常数等参数。

在实际应用中，为了得到满意的系统性能，工程师们会通过调整LC滤波器的参数和控制器的设置来优化传递函数。这样做可以确保逆变器在面对负载变化或电网扰动时能够快速稳定地响应。此外，传递函数还用于预测系统的稳定性、快速性和阻尼特性，从而在设计阶段避免潜在的问题。

举个例子，假设一个LC滤波单相逆变器，其电感L为1mH，电容C为10μF，采用PI控制器进行调节，比例增益Kp为1，积分时间常数Ki为100。在这种情况下，可以通过建立数学模型来推导传递函数，进而分析系统的频率响应、相位裕量和幅值裕量等关键指标。这些分析有助于指导逆变器的设计和调试过程，以确保其在实际运行中的性能和稳定性。

干货单相半桥逆变电路讲解，工作原理：4种工作状态，秒懂

大家好，我是李工，创作不易，希望大家多多支持我。今天给大家分享的是：单相半桥逆变器。

在上一篇文章中，我已经给大家介绍了单相全桥逆变器，感兴趣的朋友可以点击下方链接查看：

干货单相全桥逆变电路讲解，工作原理+波形图+优点，一看就懂

一、单相半桥逆变器

单相半桥逆变器的结构相对简单，由2个晶闸管T1和T2以及2个反馈二极管D1、D2组成的半桥逆变电路。每个二极管和晶闸管都和三线直流电源反并联，电源端提供平衡直流电压。

下面是半桥逆变器的基本配置，负载为RL负载。

在单相逆变器中，我们可以使用其他功率半导体开关器件，如IGBT、功率MOS关等，不一定非要使用晶闸管。

这里假设，每个晶闸管在其栅极信号存在期间导通，并在该信号移除时换向。晶闸管T1和晶闸管T2的门控信号分别为ig1和ig2。

负载RL连接在A点和B点之间。A点始终被视为相对于B点的+ve。如果电流沿着该方向流动，假设电流为+ve，类似地，如果电流从B流向A，则电流被视为－ve。

由于感性负载，输出电压波形与R负载相似，然而，输出电流波形与输出电压波形并不相似。

在RL负载输出的情况下，电流I0是时间的指数函数，输出电流滞后输出电压一个角度pin。

Φ = tan -1 (ωL/R)

二、单相负载半桥逆变器的工作原理（RL）

半桥逆变器的工作原理分为4种工作模式：

1、模式Ⅰ：T1开启

在这个期间，向晶闸管T1提供栅极脉冲，因此T1在时刻t1导通，电流从电源电压的上半部分流动。

电流沿着路径：Vs/2（上电源）-T1-负载-Vs/2。

在这个模式下，电感存储能量，并且输出电流作为时间的函数从0到其最大值（Imax）和电感两端的感应电压+V L以指数方式增加。

这次的输出电压也为正，因为A点相对于B点为正（+ve）。

应用KVL，Vs/2 – V0=0

输出电压的大小Vo = Vs/2。

在时刻T/2，输出电流达到最大值，由于电压和电流的极性相同，晶闸管T1在此时关断。

2、模式II (T/2 < t < t2)

在T/2时刻，电感耗散能量之后，当电感耗散能量时，会改变其极性。而我们知道，电感的特性，电感是不允许电流突然变化的。因此，电感通过D2二极管缓慢释放能量。

此时D2二极管导通，电流沿着路径：负载-电源下半部分（Vs/2）-D2-负载。

此时电感释放的能量反馈带下半部分电源。

在此模式下，输出电流为正，但由于感性负载消耗的能量，输出电流主见从Imax减小到0，输出电压为负（-Vs/2），因为B点相对于A为正。

3、模式III (t2 < t < T)

在时刻t2，晶闸管T2导通，电流在电路的下部分流动并遵循路径：Vs/2（下电源）- 负载 - T2 - Vs/2。

因此，电流方向是反向的，因为B点相对于A为正，并且电感以相反方向存储能量，从(-Imax) 到零。

此时，负载两端的输出电压为负（-Vs/2）。

4、模式IV（0 < t < t1）

在时刻T，输出电压和输出电流具有相同的极性。因此，T2 由于感性负载而关断，D1 导通。

电流的路径为：负载 - D1 - Vs/2（上半部分）- 负载。

这里能量通过电感释放回到电源电压Vs/2的上部，该时间点A相对于点B为正。

因此输出电压为正Vs/2，输出电压为正Vs/2，输出电流从负最大值 (-Imax) 呈指数下降到零。

以上就是关于单相半桥逆变器RL负载的知识。

单相全桥逆变电路动作过程讲解~

电压源逆变器是将直流电能转换为交流电能的装置，是逆变技术中的一种常见类型。它将直流电转换为交流电，与转换器的工作原理相似。

逆变器与转换器都采用了脉宽调制技术，逆变器将直流电压转换为高频高压交流电，而转换器则将电网的交流电压转换为稳定的直流电压输出。

单相逆变器有推免式、半桥式和全桥式三种电路拓扑结构，它们的工作原理相似，都使用具有开关特性的半导体功率器件，通过控制电路发出开关脉冲控制信号，控制多个功率器件轮流导通和关断，然后通过变压器耦合升压或降压后，整型滤波输出符合要求的交流电。

全桥逆变电路是单相逆变电路中应用最广泛的一种，由两个半桥电路组成。全桥逆变器的工作过程包括：开关T1、T4闭合，电流途径为T1→L→R→T4，负载电压为正；开关T2、T3闭合，负载电压为负。电流变化与电压变化同步，最终反映在电阻上的电压波形就是跟随阻感负载的电流变化的。

全桥逆变器在光伏发电、户外储能等领域有广泛的应用。例如，太阳能发电站需要逆变器将直流电源转换为交流电网供电，户外储能市场快速增长，便携储能产品产量占全球比例达到了91.9%。

逆变电路的应用非常广泛，包括蓄电池、干电池、太阳能电池等直流电源向交流负载供电，交流电机调速用变频器、不间断电源、感应加热电源等电力电子装置等。了解全桥逆变电路的动作过程，有助于满足工业生产建设中的各种需求。

PLECS RT Box 应用示例 11 (99)：单相逆变器（Single-Phase Inverter）

此演示模型专注于单相并网逆变器在50千瓦和单位功率因数下的运行，利用PLECS电气和控制域的功率级和控制实现。电厂与控制器模型被分为两个不同的子系统，分别部署在两个RT Box上，通过虚拟原型配置的37针Sub-D电缆进行连接，交换数字PWM信号和模拟电流测量值。对于硬件在环（HIL）或快速控制原型（RCP）应用程序的实时模型开发，此配置提供了一个潜在的起点。

离散化步长和平均执行时间的参数为每个子系统提供关键信息，以确保实时执行。RT Box上的实时执行要求模型使用固定步长解算器执行，参数指定生成代码的基本采样时间，并用于离散化物理模型和控制域状态空间方程。执行时间表示在RT Box硬件上执行PLECS模型的一个离散步骤所需的实际时间。处理器负载是执行时间与离散化步长的比率。

表1展示离散化步长和平均执行时间的详细数据，为构建高效实时模型提供指导。此模型针对两个RT Boxes应用程序，一个运行Plant模型，另一个运行Controller模型，以最小化每个实时目标的执行时间。若用户仅拥有一个RT Box，可参考针对一个RT Box应用程序的相应型号进行配置。

在电源电路中，直流电压源为Vdc=750 V，H桥由两个IGBT半桥电源模块组成，通过PWM捕获块生成开关信号。滤波电感和断路器连接到电网，实现与理想交流电压源（Vrms＝220V，f＝50Hz）的连接。直流电压、电网电压和电网电流通过模拟输出组件输出，比例因子和偏移配置将模拟输出电压限制在[-4 V，+4 V]范围内。

闭环控制器用于调节线路电流与电网电压的同步，包含基于正交信号发生器的锁相环（PLL）以检测电网的电角度和频率。PLL相位角输出转换为电网电流的参考信号，比例积分（PI）或比例谐振（PR）调节器在“Controller”子系统内部切换。调节器参数Kp和Ki使用最佳幅值规则设置，谐振频率选择等于电网频率，确保系统响应的优化。

在实时操作模式下，模型既可以在计算机上以离线模式运行，也可以在PLECS RT Box上以实时模式运行。实时操作过程中，可使用PLECS示波器“电子Elec”观察控制器箱上的测量值和中间信号，如电网相位角、PLL检测到的角频率以及测量的电网电压和电流。参考电流与测量电流的比较显示了使用PR调节器时测量电流滞后稍小的特性。电网电流的参考振幅可以通过调整控制器子系统中的增益块“Ip”进行改变，通过将“断路器Breaker”常数设置回0断开逆变器与电网的连接。

此模型展示了单相并网逆变器模型的实用性，适用于离线模拟和实时操作，支持硬件在环测试和快速控制原型设计。

几种基础的单相电压型逆变电路及其详细运行原理

单相桥式逆变电路的基本工作原理涉及开关控制负载电压的正负，实现电压的逆变。在电阻负载下，负载电流与电压同相位；阻感负载下，电流基波滞后于电压，电流变化非瞬时，反映在电阻上的电压波形跟随阻感负载电流变化。半桥逆变电路结构简单，工作原理包括电流方向改变、能量反馈、负载电流续流过程，二极管在此发挥反馈或续流作用。全桥逆变器与半桥相似，输出为方波，其傅里叶级数展开仅含正弦项的奇次谐波。时域分析下，电流变化根据开关状态计算，输出电流稳态值为初始电流与时间的函数。全桥逆变电路的移相电压调节可通过改变开关信号的导通顺序实现输出电压的调整，结合傅里叶级数展开分析，输出电压的有效值随移相角度减小而降低，有效降低谐波含量。选择性谐波消除（SHE）是一种通过移相实现特定谐波消除的技术，也是脉冲宽度调制（PWM）的一种应用。

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