一种基于最优载波频率的逆变器的设计方法技术

本发明专利技术涉及电力电子技术、数字信号处理技术及控制技术领域，具体涉及一种基于最优载波频率的逆变器的设计方法，包括以下步骤：步骤1、搭建逆变器硬件电路；步骤2、建立逆变器损耗模型和输出谐波畸变模型；以载波频率为变量建立效率优化模型；利用效率优化模型求解不同功率下最优载波频率；步骤3、利用软件编程将步骤2所得最优载波频率应用到逆变器中，完成逆变器设计。本设计方法所设计的逆变器能够在保证逆变输出电能质量足够好的前提下，不同程度地降低逆变损耗，提高效率，尤其在低功率输出时较普通定频逆变器有非常明显的效率提升。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力电子技术、数字信号处理技术及控制
，特别涉及一种基于最优载波频率的逆变器的设计方法。
技术介绍
随着科技的不断进步，日常生活中对高质量且可控的电能需要越来越多。电力电子装置能够高效率地将各类能源转化成高质量的电能，逆变器是非常重要且十分具有代表性的电力电子装置。由于逆变器具有可控性高、稳定性强及适用性广等特点，其作用非常突出，因此被广泛应用于能源、交通、通讯、工业制造、国防、航空航天、环境保护、家电等众多领域。目前，虽然逆变器的整体效率较之过去已有所提高，但每年在逆变器仍然损耗较多的能量，尤其是在低功率输出下逆变器的效率还很低。目前国内外关于逆变器的研究主要集中在改变逆变器结构，优化逆变器控制策略，改进功率器件等方面。在变功率的逆变器研究方面还有很大的提升空间，目前已有的逆变器，没有同时考虑载波频率和输出谐波畸变对整体效率的影响，而在这方面还有很多的技术需要改进和优化。
技术实现思路
本专利技术的目的是一种以最优载波频率为基础，以输出谐波畸变为限制条件，在变功率输出时均获得较高效率的逆变器的设计方法。该设计方法所设计的逆变器能够在逆变输出电能质量足够好的前提下，不同程度地降低逆变损耗，提高效率，尤其在低功率输出时较普通定频逆变器有非常明显的效率提升。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于最优载波频率的逆变器的设计方法，包括以下步骤：步骤1、搭建逆变器硬件电路；步骤2、建立逆变器损耗模型和输出谐波畸变模型；以载波频率为变量建立效率优化模型；利用效率优化模型求解不同功率下最优载波频率；步骤3、利用软件编程将步骤2所得最优载波频率应用到逆变器中，完成逆变器设计。进一步地，步骤1所搭建的逆变器硬件电路包括主控芯片、检测调理电路、驱动、功率主板部分、直流电源和负载，所述功率主板部分包括逆变桥和滤波电路；所述直流电源依次连接所述逆变桥、滤波电路和负载，所述负载依次连接所述检测调理电路、主控芯片、驱动，所述驱动与所述逆变桥连接；所述逆变桥包含功率开关器件IGBT和并联二极管，所述滤波电路采用滤波电感。进一步地，步骤2所述各模型的建立包括以下步骤：①建立逆变器损耗模型：将两电平逆变器的损耗分为功率开关器件IGBT损耗，并联二极管损耗和滤波电感损耗；单个功率开关器件IGBT的导通损耗和开关损耗分别为： P S W _ T = 1 π · f S W · ( E o n _ P + E o f f _ P ) · V d c V d c * · I m I C * - - - ( 2 ) ]]>(1)、(2)式中：Pcon-T功率开关器件IGBT导通损耗，Psw-T功率开关器件IGBT开关损耗，Im为输出电流最大值，为电压电流相位差，m为调制度，Vdc为直流电源电压大小，Eon-P开通一次消耗的能量，Eoff-P关断一次消耗的能量，rCE为功率开关器件IGBT等效电阻，fsw为开关频率，VCE0为功率开关器件IGBT的门槛电压，Vdc*为功率开关器件IGBT额定工作电压，IC*为功率开关器件IGBT额定工作电流；并联二极管的导通损耗和关断损耗分别为： P S W _ D = 1 π · f S W · E r r · V d c V d c * · I C P I C * - - - ( 4 ) ]]>(3)、(4)式中：Pcon-D并联二极管导通损耗，PSW_D并联二极管关断损耗，Err为在额定电压Vdc*和额定电流Ic*下并联二极管关断一次损耗能量，rF为等效导通电阻，VF0并联二极管的门槛电压，Vdc为并联二极管直流母线电压，Vdc*为并联二极管额定工作电压，IC*为并联二极管额定工作电流，ICP为输出电流最大值；滤波电感的铜损为：Pcu＝Irms2RL (5)(5)式中，Pcu滤波电感铜损，Irms电流有效值，RL等效电阻；滤波电感的磁芯损耗为：Pcore＝kfαBmβ·VL (6)(6)式中：Pcore滤波电感磁芯损耗，VL为滤波电感磁芯体积；k、α、β滤波电感磁芯厂商给出的参数，Bm为磁感应强度的峰值，f载波频率；②建立输出谐波畸变模型：输出电压的THD数学模型为： T H D = 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于最优载波频率的逆变器的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、搭建逆变器硬件电路；步骤2、建立逆变器损耗模型和输出谐波畸变模型；以载波频率为变量建立效率优化模型；利用效率优化模型求解不同功率下最优载波频率；步骤3、利用软件编程将步骤2所得最优载波频率应用到逆变器中，完成逆变器设计。

【技术特征摘要】
1.一种基于最优载波频率的逆变器的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、搭建逆变器硬件电路；步骤2、建立逆变器损耗模型和输出谐波畸变模型；以载波频率为变量建立效率优化模型；利用效率优化模型求解不同功率下最优载波频率；步骤3、利用软件编程将步骤2所得最优载波频率应用到逆变器中，完成逆变器设计。2.根据权利要求1所述的基于最优载波频率的逆变器的设计方法，其特征在于，步骤1所搭建的逆变器硬件电路包括主控芯片、检测调理电路、驱动、功率主板部分、直流电源和负载，所述功率主板部分包括逆变桥和滤波电路；所述直流电源依次连接所述逆变桥、滤波电路和负载，所述负载依次连接所述检测调理电路、主控芯片、驱动，所述驱动与所述逆变桥连接；所述逆变桥包含功率开关器件IGBT和并联二极管，所述滤波电路采用滤波电感。3.根据权利要求2所述的基于最优载波频率的逆变器的设计方法，其特征在于，步骤2所述各模型的建立包括以下步骤：①建立逆变器损耗模型：将两电平逆变器的损耗分为功率开关器件IGBT损耗，并联二极管损耗和滤波电感损耗；单个功率开关器件IGBT的导通损耗和开关损耗分别为： P SW _ T = 1 π · f SW · ( E on _ P + E off _ P ) · V dc V dc * · I m I C * - - - ( 2 ) ]]>(1)、(2)式中：Pcon-T功率开关器件IGBT导通损耗，Psw-T功率开关器件IGBT开关损耗，Im为输出电流最大值，为电压电流相位差，m为调制度，Vdc为直流电源电压大小，Eon-P开通一次消耗的能量，Eoff-P关断一次消耗的能量，rCE为功率开关器件IGBT等效电阻，fsw为开关频率，VCE0为功率开关器件IGBT的门槛电压，Vdc*为功率开关器件IGBT额定工作电压，IC*为功率开关器件IGBT额定工作电流；并联二极管的导通损耗和关断损耗分别为： P S W _ D = 1 π · f S W · E r r · V d c V d c * ...

【专利技术属性】
技术研发人员：专祥涛，唐俊珂，刘强，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42