传统三相逆变器设计



PLECS 应用示例（78）：三相电压源逆变器（Three-Phase Voltage Source Inverter）

三相电压源逆变器(VSI)模型展示了一个从直流电压源产生交流电流和电压的逆变器电路。此模型设计用于实现10千瓦的额定功率，并提出了三种不同的脉宽调制(PWM)方案来控制VSI输出。

直流电压源提供700伏的电压，代表系统中的电池、太阳能阵列或整流器。逆变器连接到230Vrms、50Hz的低压电网，电网表示为刚性交流电压源。并网电抗为基础阻抗的10%，并包含小电阻来模拟电感器损耗。电感器电流被初始化为单位功率因数下10kW的期望额定功率，以避免启动期间的瞬态。

可配置子系统“控制器Controller”包含三种常见的PWM方法：正弦PWM、空间矢量(SV)PWM和滞后PWM。选择不同的调制器类型将呈现不同的控制参数。通常，VSI输出端电压或参考电流将使用闭环控制方法动态计算，但在模型中使用固定值。正弦和SV PWM配置中，参考信号是VSI输出端子处的期望平均电压，VSI输出电流与电网电压相位差决定了输出电压幅度和角度。正弦PWM实现使用对称PWM组件，其采样参数配置对调制指数输入进行采样的不同方式。滞后PWM是一种电流控制的PWM方案，调节逆变器的输出电流至恒定迟滞带内的参考电流。

模型配置了运行多个实验，比较每个调制器的性能。通过检查输出波形、总谐波失真(THD)、谐波频谱分析和磁滞带，可以比较每种调制策略产生的谐波。

通过比较，发现SV PWM在输出端产生的谐波失真较小，与相同开关频率的正弦PWM相比。正弦PWM和SV PWM方案的主谐波以开关频率的整数倍为中心，而磁滞PWM产生的谐波是非周期性的，并在谐波频谱中具有频率含量。

模型讨论了无调节三相VSI的运行，并实现了三种调制技术，比较了每种调制策略产生的谐波。此模型授权英富美(深圳)科技有限公司提供翻译与发表，所有权属于瑞士商Plexim GmbH所有。如有任何用途，请先获得所有权人允许。

三相逆变器SPWM三次谐波注入仿真分析

三相逆变器SPWM三次谐波注入仿真分析主要包括以下几个方面：

仿真模型构建：

电路设置：采用电压型三相逆变器，直流电压稳定在600V，载波频率设定为1kHz。负载为三相对称的10Ω电阻和10mH电感，同时接入一个50Hz、幅值为320V的正弦波负载。核心模块：包括三相正弦波产生模块、三次谐波计算模块和SPWM计算生成模块。三相正弦波产生模块用于生成精确的三相正弦波；三次谐波计算模块利用PLL技术跟踪a相电压，并通过PID控制器调节确保三次谐波与基波同步；SPWM计算生成模块采用不对称规则采样法生成SPWM信号。

三次谐波注入：

注入原理：通过三次谐波计算模块，将a相电压的1/6幅值三次谐波注入到调制波中，以实现性能优化。同步控制：确保三次谐波与基波同步，这是逆变器性能优化的关键步骤。

SPWM信号生成：

生成方法：采用不对称规则采样法，将三角形载波与阶梯波交织形成SPWM信号。滤波处理：嵌入IIR巴特沃斯低通滤波器，滤除高频噪声，确保负载电压波形的纯净度。

仿真结果分析：

波形特性：调制波精准，谐波与基波同步良好，SPWM波形调整至理想的0电平。滤波器在60Hz频段显示出强大的衰减能力。谐波管理挑战：逆变器输出中依然可见显著的奇次谐波，总谐波失真较高，达到92.82%。负载相电压呈现出五电平特性，THD为64.9%，表明SPWM技术在实际应用中的复杂性与优化空间。

结论与展望：

深入理解：通过仿真过程，深入理解了SPWM技术在三相逆变器中的实际应用以及三次谐波注入对性能的影响。优化设计：仿真结果为未来的优化设计提供了宝贵的数据和见解，指出了在追求效率的同时，对谐波管理的挑战也日益凸显，需要进一步优化谐波管理策略以降低THD。

三相LCL型并网逆变器仿真介绍（并入谐波电网，谐波抑制）

三相LCL型并网逆变器仿真介绍（并入谐波电网，谐波抑制）

三相LCL型并网逆变器是一种高效的电力电子设备，其拓扑结构相较于L型滤波器具有更强的谐波抑制能力，同时成本和体积也更小。以下是对三相LCL型并网逆变器并入谐波电网的仿真介绍，重点讨论其谐波抑制策略。

一、三相LCL型并网逆变器拓扑结构

三相LCL型并网逆变器的基本拓扑结构如图1所示，包括三相逆变器、电感L1、电容C、电感L2、公共并网点（PCC）、电网电感LG以及电网电源ug。

二、LCL型并网逆变器的谐振问题与解决策略

LCL型逆变器虽然具有诸多优点，但由于其三阶系统的特性，存在谐振问题，容易引起系统的不稳定。特别是在电网背景谐波含量较高时，容易引起较大的谐波电流。为解决这一问题，目前主要有两种策略：有源阻尼和无源阻尼。

无源阻尼：通过在系统中合适的位置增加电阻，如电感上串联电阻、电容上并联电阻，来增大系统阻尼，抑制谐振。其中，电容器两端并联电阻是最合适的无源阻尼方式，但会增大系统损耗。

有源阻尼：通过控制策略实现阻尼效果，保证系统稳定的同时，不带来额外的损耗，也不会削弱滤波器对高频谐波的抑制能力。电容电流补偿法是目前最合适的有源阻尼方式。

三、三相LCL型并网逆变器仿真模型

图2展示了采用电容电流补偿法的三相LCL型并网逆变器控制/电路拓扑图。该仿真模型中，电网电压中串入了一串谐波分量，用来模拟三相LCL型并网逆变器并入谐波电网中的表现。

仿真模型采用外环并网电流控制（控制并网电流幅值大小及相位），内环采用电容电流补偿的方式。图3为simulink仿真模型，图4为电网电压及并网电流对比图。

通过FFT分析，并网电流中的谐波含量为7.06%。由于LCL型并网逆变器输出谐波阻抗较小，因此其并入谐波电网中容易引起较大的谐波电流。

四、谐波抑制策略——前馈补偿

为抑制并网电流中的谐波电流，可采用前馈补偿的方式。其原理为：并网电流主要由控制参考值Iref以及干扰项电网电压ug的影响叠加而成。通过分析系统传递函数，在控制中反方向再叠加一个ug的影响，从而可以在一定程度上抑制电网电压ug的影响，降低其谐波分量。

添加前馈补偿后的仿真模型如图5所示。经过前馈补偿后，并网电流的畸变程度明显降低。图6为添加前馈补偿后的电网电压及并网电流波形图，图7为并网电流FFT分析结果。

可以看到，在其他任何参数不变的前提下，经过前馈补偿后，并网电流的谐波含量降至了3.92%，谐波抑制效果显著。

五、总结

三相LCL型并网逆变器在并入谐波电网时，通过采用有源阻尼策略（如电容电流补偿法）和前馈补偿策略，可以有效抑制并网电流中的谐波分量，提高系统的稳定性和电能质量。对于深入研究LCL型并网逆变器的原理、参数设计、谐波抑制策略等，可参照相关专业书籍如《LCL型并网逆变器的控制技术》等。

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。

电机（十）——三相电压型逆变电路

三相电压型逆变电路是由三个单相逆变器组合而成，采用180°导电方式，通过纵向换流确保电路高效运行。以下是关于三相电压型逆变电路的详细解答：

组成：三相电压型逆变电路由三个单相逆变器组合而成，每个单相逆变器负责一相的电流转换。

工作原理：

180°导电方式：同一相的上下两个臂交替导通，确保电流在电路中连续流动。相位差：三个相开始导电的角度差为120°，这种设计使得三相电流在时间上均匀分布，从而保证了电路的稳定性和效率。纵向换流：每一瞬间，三个桥臂会同时导通，这种换流方式简化了电路结构，提高了电路的可靠性。

负载电压：

线电压：指负载两端的电压，是电路输出性能的重要指标。相电压：指负载中点N与直流电源假想中点N’之间的电压。在三相对称负载下，UUN、UVN和UWN的电压之和等于零，这反映了三相电路的平衡特性。

数学分析：

为了深入理解三相电压型逆变电路的动态特性，可以通过傅里叶级数展开的方法进行数学分析。这种方法能够揭示电路中各种频率成分的含量和相位关系，为电路的优化设计提供理论依据。然而，深入的数学推导在此处暂未展开，后续内容将对此进行详细探讨。

英飞凌丨如何为光伏系统构建高效的三相混合逆变器（2）

为光伏系统构建高效的三相混合逆变器，需要关注以下几个关键点：

一、三相混合逆变器的拓扑结构选择

三相混合逆变器的拓扑结构是构建高效系统的基石。在选择拓扑结构时，需要综合考虑系统的效率、成本、可靠性以及控制复杂度。常见的三相混合逆变器拓扑结构包括三相全桥、三相半桥以及多电平结构等。

三相全桥结构：具有输出波形质量好、控制灵活等优点，但成本相对较高。三相半桥结构：成本较低，但输出波形质量可能稍逊于全桥结构。多电平结构：能够进一步降低谐波含量，提高系统效率，但控制复杂度也相应增加。

根据光伏系统的具体需求，如输出电压范围、功率等级以及成本预算等，选择合适的拓扑结构至关重要。

二、基于不同拓扑结构的Si、Hybrid和SiC方案的性能对比

在确定了拓扑结构后，接下来需要选择合适的功率器件方案。目前，市场上主要有硅（Si）、混合（Hybrid）以及碳化硅（SiC）三种方案可供选择。

Si方案：技术成熟，成本较低，但转换效率和功率密度相对较低。Hybrid方案：结合了Si和SiC的优点，能够在一定程度上提高效率和功率密度，同时保持较低的成本。SiC方案：具有更高的转换效率、更小的尺寸、更快的驱动速度以及更高的功率密度，但成本相对较高。

在实际应用中，需要根据光伏系统的性能要求、成本预算以及长期运行效益等因素进行综合考虑，选择最适合的功率器件方案。

三、基于不同拓扑结构的英飞凌功率器件推荐

英飞凌作为全球领先的半导体公司，提供了丰富的功率器件产品，能够满足不同拓扑结构和应用场景的需求。

对于三相全桥结构：英飞凌提供了高性能的SiC MOSFET和IGBT产品，能够显著提高系统的效率和功率密度。对于三相半桥结构：英飞凌的Si和Hybrid方案能够提供成本效益和性能之间的良好平衡。对于多电平结构：英飞凌的功率器件产品同样具有出色的表现，能够支持复杂的多电平控制策略，实现高效、稳定的运行。

在选择英飞凌功率器件时，建议与英飞凌的技术团队进行深入沟通，了解产品的具体性能、应用场景以及技术支持等信息，以确保所选产品能够满足光伏系统的实际需求。

四、其他关键组件和解决方案

除了功率器件外，光伏系统的高效运行还需要依赖其他关键组件和解决方案的支持。例如，英飞凌提供的蓝牙、WIFI等无线通信技术，可以实现光伏系统的远程监控和智能管理；传感器产品则可以实时监测系统的运行状态，提高系统的可靠性和安全性。

此外，英飞凌还提供了丰富的解决方案和服务，包括系统设计、技术支持、培训等，能够帮助客户快速构建高效、稳定的光伏系统。

总结：

为光伏系统构建高效的三相混合逆变器需要综合考虑拓扑结构选择、功率器件方案、关键组件和解决方案等多个方面。英飞凌作为领先的半导体公司，提供了丰富的产品和解决方案，能够满足不同客户的需求。在选择过程中，建议与英飞凌的技术团队进行深入沟通，了解产品的具体性能和应用场景，以确保所选方案能够满足光伏系统的实际需求，实现高效、稳定的运行。

（注：以上为示例，实际可能与文中描述有所差异。）

Mini Motor三相电机逆变器 DR-BUS Nearby

Mini Motor三相电机逆变器 DR-BUS Nearby 是一种专为三相电机设计的逆变器，集成了现场总线协议，用于精确控制电机的速度。以下是关于该产品的详细介绍：

电源电压：

提供230V 50/60 Hz 2.8 A单相或115V 50/60Hz 1.4 A单相的电源电压选项。

输出：

输出电压范围为0-230V，输出频率为0-120Hz，输出电流为1.4Arms（持续）/5Arms（峰值）三相。

电机功率：

支持的电机功率高达270W。

电机控制算法：

采用V/F（电压/频率）或FOC（无传感器磁场定向控制）算法进行电机控制。

现场总线：

支持多种现场总线协议，包括EtherCAT、EthernetIP、Powerlink和Profinet，便于与各种控制系统集成。

防护等级：

达到IP65防护等级，适用于多种恶劣环境。

技术细节：

该逆变器设计紧凑，集成了DR-BUS现场总线技术，使得与三相电机的集成更加便捷。通过现场总线协议，可以实现对电机速度的精确控制，满足各种应用场景的需求。提供了用于参数化的USB端口，方便用户进行配置和调整。可选制动管理功能，进一步增强了电机的控制性能。

技术参数：

额定电源：115V 50/60 Hz 或 230V 50/60 Hz。最大标称电流：4.6 Arms（在230V下）或3.6 Arms（在115V下）。驱动器输出：0–230V 0-150Hz 1.4 Arms（注意：此处与上文略有不同，可能是不同型号或配置下的参数）。标称过载：200%持续60秒。PWM频率：4/8/12 kHz，可根据需求进行调整。制动器（可选）：24Vdc最大0.5A，提供额外的制动功能。操作模式：速度控制，满足精确控制需求。

操作和调整：

在操作前，请确保检查负载和机器的兼容性。当产品配置有错误复位功能时，请保持安全距离，以防机器在错误导致停止后突然重新启动。在操作过程中，请避免将身体部位放在旋转部件附近，并使用适当的个人防护设备。在进行机器测试之前，请在旋转部件周围提供足够的保护。切勿用湿手操作设备或其开关。

展示：

安装环境：

污染等级为3，适用于无阳光直射、无振动、无灰尘、无腐蚀性或易燃气体、无油蒸气、无雾的环境。湿度要求在[20-90]%相对湿度范围内（无冷凝-无腐蚀性）。安装高度最高可达海拔1000m。储存温度范围为[-20-60]°C（仅运输过程中的瞬态温度）。

综上所述，Mini Motor三相电机逆变器 DR-BUS Nearby 是一款功能强大、设计紧凑的逆变器，适用于各种需要精确控制三相电机速度的应用场景。通过集成现场总线协议和提供多种配置选项，该逆变器能够满足不同用户的多样化需求。

无刷电机控制（九）SVPWM之三相逆变器

SVPWM之三相逆变器

三相逆变器在无刷电机控制系统中扮演着至关重要的角色，它负责将直流电转换为交流电，以驱动无刷电机的三相线圈。以下是对三相逆变器及其在无刷电机控制中的应用的详细解析。

一、三相电压型逆变器结构

三相电压型逆变器的基本结构如图1所示。该逆变器由六个功率开关管（VT1-VT6）组成，这些开关管通常由IGBT（绝缘栅双极型晶体管）或MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）等器件实现。这些开关管通过六路PWM（脉冲宽度调制）信号进行控制，以实现逆变器的正常工作。

在逆变器中，VT1和VT4、VT2和VT5、VT3和VT6分别组成三组桥臂。当某一桥臂的上方开关管（如VT1）导通时，下方开关管（如VT4）关断；反之亦然。通过控制这六个开关管的导通和关断，逆变器可以输出三相电压ua、ub和uc。在FOC（磁场定向控制）算法的控制下，这三相电压呈现为正弦波的形式，从而实现从直流到交流的变换。

二、三相逆变器的工作原理

三相逆变器的工作原理基于PWM调制技术。通过调整PWM信号的占空比，可以控制逆变器输出电压的幅值和相位。在SVPWM（空间矢量脉宽调制）算法中，将逆变器的输出电压看作一个空间矢量，通过控制该矢量的方向和大小，可以实现对无刷电机定子磁链的精确控制。

具体来说，SVPWM算法将逆变器的输出电压空间划分为六个扇区，每个扇区对应一个特定的开关状态组合。在每个扇区内，通过调整两个相邻开关状态的作用时间，可以合成出所需的输出电压矢量。这种调制方式不仅提高了电压利用率，还降低了谐波含量，从而提高了无刷电机的运行性能。

三、三相逆变器的硬件实现

三相逆变器的硬件实现通常包括光耦芯片、驱动芯片、升压电路和大功率NMOS管等组件。这些组件共同构成了逆变器的核心电路，实现了对功率开关管的精确控制。

光耦芯片：用于隔离控制信号和功率电路，防止高压电路对控制电路的干扰。驱动芯片：用于放大控制信号，以驱动大功率NMOS管的导通和关断。升压电路：用于提高直流母线电压，以满足无刷电机对高压输入的需求。大功率NMOS管：作为逆变器的功率开关管，承受高压和大电流，实现直流到交流的变换。

以正点原子ATK-PD6010B无刷驱动板为例，其硬件结构如图2所示。该驱动板采用了上述组件，实现了对三相逆变器的精确控制。通过调整PWM信号的占空比和频率，可以实现对无刷电机转速和转矩的精确调节。

四、总结

三相逆变器是无刷电机控制系统中的关键组件之一。它通过PWM调制技术将直流电转换为交流电，以驱动无刷电机的三相线圈。在SVPWM算法的控制下，逆变器可以实现对无刷电机定子磁链的精确控制，从而提高电机的运行性能。硬件实现方面，三相逆变器通常由光耦芯片、驱动芯片、升压电路和大功率NMOS管等组件构成，这些组件共同实现了对功率开关管的精确控制。通过对这些组件的合理设计和优化，可以进一步提高无刷电机控制系统的性能和可靠性。

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