正弦波逆变电源五篇

关键词： ATmega8； TL494； 逆变器； 正弦波

中图分类号： TN710?34； TP271 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）08?0149?04

0 引 言

在风电行业中，经常需要在野外对风机进行维修，这时必须为各类维修工具和仪器进行供电。因此，设计一种便携式、低功耗、智能化的正弦逆变电源来为这些设备供电是十分必要的，可大大提高维修风机的效率。本文正是基于这种情况下而设计的一种基于单片机的智能化正弦逆变电源。

1 正弦逆变电源的设计方案

本文所设计的逆变器是一种能够将 DC 12 V直流电转换成 220 V 正弦交流电压，并可以提供给一般电器使用的便携式电源转换器。目前，低压小功率逆变电源已经被广泛应用于工业和民用领域。特别是在交通运输、野外测控作业、机电工程修理等无法直接使用市电之处，低压小功率逆变电源便成为必备的工具之一，它只需要具有一块功率足够的电池与它连接，便能产生一般电器所需要的交流电压。由于低压小功率逆变电源所处的工作环境，都是在荒郊野外或环境恶劣、干扰多的地方，所以对它的设计要求就相对很高，因此它必须具备体积小、重量轻、成本低、可靠性高、抗干扰强、电气性能好等特点。

针对这些特点和要求，研究一种简单实用的正弦波逆变电源，以低价实惠而又简单的元器件组成电路来满足实际要求，定会受到市场的普遍欢迎。当前，设计低功率逆变电源有多种方案，早期的设计方案是直接将直流电压用关管进行控制，在50 Hz方波的作用下，产生220 V的方波逆变电压。

但随着用电设备对逆变电源性能的要求不断的提高，方波逆变电源在多数场合已被淘汰，而正弦波逆变器的应用已成为必然趋势。现在，市场上低功率正弦波逆变电源的主要设计方案有3种。

1.1 一次逆变的正弦波逆变电源

该方案也是将要逆变的直流电压直接加到关管上，然后采用数十倍于50 Hz的正弦化脉冲宽度调制脉冲串对开关管直接进行驱动，之后对输出的电压实行“平滑”处理，进而获得类似于正弦波的连续变化的波形，这种方法的优点是电路一次逆变，高效而简单、但变压器过于笨重，没办法满足体积小，重量轻的要求。

1.2 多重逆变的正弦波逆变电源

该方案是将驱动开关管的50 Hz信号，分成若干相位不同而频率相同的驱动信号，分别驱动各自的开关管，使得各自的输出电压也错开一定的相位，然后再进行叠加处理，输出多阶梯的阶梯波再进行滤波就能输出所需的正弦波电压。此种方案电路较为复杂，一旦有一组开关管失效，输出的波形就有很大的失真。

1.3 二次逆变的正弦波逆变电源

随着高频开关管技术的日趋成熟，逆变电源的电路设计趋向于先变压，后变频，即先将直流电压转为高频交流电，再将高频交流电转换为50 Hz的正弦交流电源，其原理框图如图1所示。

由于开关管的价格低廉，因此组成图1的单元电路性价比高，当前市场上以此种设计方案来生产低功率逆变电源的居多[1]。

2 基于单片机控制的正弦波逆变电源

在以上列举的三种逆变电源设计方案当中，以二次逆变的正弦波逆变电源为佳。按照这种思路，早期的具体电路解决方案多采用PWM控制芯片如TL494，SG3524，SG3525A等，以固定的频率去控制DC?DC和DC?AC部分的开关管，并采用修正电路对输出的波形进行修正，以期达到正弦波的要求。但这种纯PWM芯片控制的电路，对于元件的老化、发热、受到干扰等情况无法自动加以修正，或者修正能力差，往往使得在实际的应用当中经常出现电路故障。随着单片机技术的发展，设计人员不断想将单片机引入到正弦逆变电源的控制当中，但对于高频部分的控制，低成本的单片机完成不了这个功能，高成本的单片机又会降低性价比，故本文提出了另外一种设计方案，就是采用低廉的ATmega8单片机，配合TL494，IR2110和开关管，构成一个体积小，成本低，控制能力强的正弦波逆变电源，其方框图如图2所示。

由图2可见，整个系统主要由ATmega8单片机进行控制，TL494和IR2110是否工作，全由单片机根据反馈信号作出调整。高频开关管及驱动输出部分采用单相全桥逆变电路构成。具体工作原理是采用ATmega8单片机作为系统控制的核心，利用TL494能产生高频PWM信号的功能，通过单片机对其脉冲宽度进行控制并输出，以控制高频开关管组成的全相逆变电路，将低直流电压逆变成为高压方波，并通过整流滤波之后，送到驱动输出全桥逆变电路，由单片机控制IR2110输出工频驱动信号，控制输出驱动电路输出50 Hz，220 V的正弦交流电压[2]。

3 主要电路的具体设计

整个逆变系统的核心主要由单片机控制电路与检测电路、DC/DC变换电路、DC/AC输出电路组成。

3.1 DC/DC变换电路

如图3所示，由TL494组成了高频脉冲输出电路，该电路采用了性能优良的脉宽调制控制器TL494集成块。该集成块内含+5 V基准电源、误差放大器，频率可变锯齿波振荡器、PWM比较器、触发器、输出控制电路、输出晶体管及死区时间控制电路等。该集成块的第5、6脚分别外接了C1和R6组成了RC振荡电路，可促使TL494输出频率为100 kΩ左右的高频脉冲方波信号，并由单片机的PD7引脚对图中的DCDC端进行控制。通过控制第4脚的死区时间控制端，可调节输出信号的占空比在0～49%之间变化，从而控制输出端Q1PWM、Q2PWM的输出，而P端、VCC端和VFB端则分别接收来自负载，高频逆变输出电压、输入电压的反馈信号，与TL494内部的电路组成过压、过载保护电路，形成逆变器的第一级安全保护网[3?4]。

如图4所示为高频电压逆变电路，由4只IRF3205管构成全桥逆变电路，IRF3205采用先进的工艺技术制造，具有极低的导通阻抗，加上具有快速的转换速率和以坚固耐用著称的HEXFET设计，使得IRF3205成为极其高效可靠的逆变管。从输入端Q1PWM，Q2PWM输入的高频脉冲串控制这4个管两两导通，对VIN输入的直流低压进行斩波，然后经升压变压器后，逆变成高频交流方波，此时流通的电流为磁化电流，所以选取Philips公司生产的BYV26C超快软恢复二极管组成了全桥整流电路，该管子重复峰值电压为600 V，正向导通电流为1 A，其反向恢复时间30 ns，可以满足电路的参数需求，整流后的电压经滤波电路后输出直流电压260 V，送往DC/AC逆变电路，另外260 VDC经降压处理后作为作为反馈信号输入图3中的VFB端，作为高频逆变电压的反馈信号。

3.2 DC/AC输出电路的设计

DC/AC变换输出电路采用全桥逆变单相输出，其驱动输入波形则由单片机输出信号驱动半桥驱动器IR2110输出工频驱动信号，通过单片机编程可调节该输出驱动波形的D

IR2110是IR公司生产的大功率MOSFET和IGBT专用驱动集成电路，可以实现对MOSFET和IGBT的最优驱动，同时还具有快速完整的保护功能，因此它可以提高控制系统的可靠性，减少电路的复杂程度。如图6所示，HIN和LIN为逆变桥中同一桥臂上下两个功率MOS的驱动脉冲信号输入端。SD为保护信号输入端，当该脚接高电平时，IR2110的输出信号全被封锁，其对应的输出端恒为低电平；而当该脚接低电平时，IR2110的输出信号跟随HIN和LIN而变化，因此，在本系统中，两片IR2110芯片的SD端共同接到单片机的PB0引脚，用于实时控制IR2110是否处于保护状态。IR2110的VB和VS之间的自举电容较难选择，因此直接提供了15 V恒压，使其能正常工作。

逆变正弦电压输出电路有两种调制方式，一种为单极性调制方式，其特点是在一个开关周期内两只功率管以较高的开关频率互补开关，保证可以得到理想的正弦输出电压，另两只功率管以较低的输出电压基波频率工作，从而在很大程度上减小了开关损耗，但又不是固定其中一个桥臂始终为低频（输出基频），另一个桥臂始终为高频（载波频率），而是每半个输出电压周期切换工作，即同一个桥臂在前半个周期工作在低频，而在后半周则工作在高频，这样可以使两个桥臂的功率管工作状态均衡，对于选用同样的功率管时，使其使用寿命均衡，对增加可靠性有利。另一种为双极性调制方式，其特点是4个功率管都工作在较高频率（载波频率），虽然能得到正弦输出电压波形，但其代价是产生了较大的开关损耗[1，5]。如图6所示，本文的逆变输出电路采用了单极性调制方式，这样可以提高波形的平滑度，增加电路的可靠性。图6中的PWM1～PWM2分别接收来自图5的输出驱动信号，驱动由4个具有500 V耐压值的IRF840开关管组成的桥式逆变电路，将260 VDC逆变成220 V，50 Hz的交流电，经LC滤波后供给负载。图6中的IFB端和ACV端，分别和为电流和电压的采样，送到单片机的PC4和PC5引脚进行A/D转换，再由单片机将转换果用于功率计算和电路保护之用[1，6]。

3.3 单片机电路及编程

本文采用的是Atmel公司生产的ATmega8单片机来进行控制的，它的工作电压范围宽，抗干扰能力强，具有预取指令功能。这使得其理速度快，引脚输出电流大，驱动能力强，输出的脉冲信号无需放大可直接驱动步进电机驱动模块，端口全内置上拉电阻，均可作为输入或输出，具体情况通过编程灵活配置，基于以上优点，选择ATmega8L单片机作为控制器，不仅可提高系统整体性能，也可简化电路。

本文主要将它应用于整个系统的信号驱动， 温度检测，风扇控制，安全保护，数据显示等。ATmega8单片机分别采集来自系统电路的温度、电流、电压，并根据这三个参数的情况分别控制启动风扇散热，控制是否输出报警信号，控制SD端和DCDC端是否使系统处于保护状态，QA1～QA4则是输出50 Hz的驱动信号，具体的编程控制如图7所示。当系统启动后，单片机先检查系统的温度环境是否正常，不正常则启动报警，并提示出错代码，如果正常则启动高频逆变电路工作，并检测260 VDC是否正常，不正常则报警，正常则启动正弦逆变电路工作，并一直检测输出的电压电流是否正常，正常则输出，不正常则报警。

4 结 语

综上所述，基于ATmega8单片机控制的正弦波逆变电源的整体设计方案，可高效、便捷的为野外作业提供所需的交流电源，该电路目前已实验成功并投入到实际的使用当中。实践证明，本文设计出来的逆变电源具有体积小，重量轻，稳定可靠的性能。

参考文献

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[2] 何希才，张明莉.新型稳压电源及应用实例[M].北京：电子工业出版社，2004.

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[5] 刘萌，邓琛，李萍，等.基于PIC16C73B单片机的逆变电源的设计[J].电源技术应用，2011（3）：42?45.

关键词：Boost DC/DC转换器；EG8010-SPWM；MOSFET驱动；逆变电路DOI: 10.3969/j.issn.1005-5517.2012.11.017

输出过压保护。

户用风力发电系统纯正弦波逆变器主要由DC/DC转换电路、DC/AC逆变电路、输出电路、控制电路、驱动电路、辅助电源等构成，同时系统中还要对输出的电流和系统的温度进行反馈，监控过压、过流、欠压和过温情况，系统结构框图如图1所示。

风力发电系统逆变器的主电路(如图1所示)包括DC/DC变换电路、AC/DC逆变电路、LC滤波电路等，其中逆变电路是整个主电路的核心。DC/DC变换电路的功能一方面调节输出直流电压使之与后级的逆变电路输入相匹配，来减轻逆变电路的控制负担；另一方面完成有源功率因数校正，提高逆变器的输入功率因数并抑止输入电流的高次谐波，本文直流变换电路采用升压斩波电路。逆变电路为单相全桥逆变电路，当输出交流侧接感性负载时需要提供无功功率，因此在每个功率管的集电极与发射极间并联了快恢复二极管，以便为无功功

整输出交流电压大小。

电流检测电路

电路如图8所示，采样MOS管源极的输出端电流并通过4个康铜丝并联反馈电压信号，一方面信号送到EG8010芯片引脚(14)，该引脚内部的基准峰值电压设定为0.5V，过流检测延时时间600mS，当某种原因导致负载电流偏高超出逆变器的负载电流，EG8010根据引脚(9)PWMTYP的设置状态将输出SPWMOUT1～SPWMOUT4到“0”或“1”电平，关闭所有功率MOSFET使输出电压到低电平，该功能是主要保护功率MOSFET和负载。

温度检测电路

【关键词】：无工频变压器；电路；电源

中图分类号： TM4 文献标识码： A

一、正弦波逆变器的设计要求和主电路形式及参数

1.1逆变电源的设计要求和目标

1）输出电压：输出为单相220VAC（有效值），频率为50Hz±1Hz。

2）输出功率：4KW，允许过载20%，既Pomax=4800W。

3）输出电流：允许失真度为3倍，既在电压峰值时的电流峰值允许最大为有效值的3倍。最大有效值为Pomax/Voe=4800W/220V≈16.5A。

4）整机效率：设计目标η≥78%。

5）输入电压：输入：110/220V直流电压波动±15%

1.2主电路形式选择

1.2.1无工频变压器的逆变电源工作原理

逆变电路以PWM方式首先将220VDC电压逆变成高频方波，经高频升压变压器升压，再整流滤波得到一个稳定的直流电压，比如350VDC。这部分电路实际上是一套直流/直流变换器，既DC/DC或DC-DC。然后，由另一套逆变器以SPWM方式工作，将稳定的直流电压逆变成有效值稍大于220V的SPWM电压波形，经LC滤波后，就可以得到有效值为220V的50Hz交流电压。

1.2.2主电路形式

无工频变压器的逆变电源实际上包含两部分：一套DC/DC和一套SPWM逆变器。DC/DC的设计这里我们不讨论。所以，这里只讨论SPWM逆变主电路，其电路形式如下图所示,电源350V。

单相SPWM逆变主电路

1.3 参数设计

1.3.1开关管

逆变器允许输出峰值电流为

Im=3Iom=3*5.5A=16.5A

所以开关管选择额定电压为600V，额定电流30A。

1.3.2 LC滤波

L为工频电感，电感量可选为1～3mH。为减小噪声，选闭合铁芯，如OD型硅钢铁芯（400Hz）或铁粉芯铁芯。

C为工频电容，可以选CBB61-10µF-250VAC。

1.4 整体电路（如下图）

二、逆变控制电路的设计

2.1 SG3525结构框图和引脚功能

逆变电源控制电路的核心是SPWM发生器。系统采用SG3525来实现SPWM控制信号的输出，该芯片其引脚及内部框图如下图所示。

直流电源Vs从脚15接入后分两路，一路加到或非门；另一路送到基准电压稳压器的输入端，产生稳定的+5 V基准电压。+5 V再送到内部(或外部)电路的其它元器件作为电源。

振荡器脚5须外接电容CT ,脚6须外接电阻RT ,振荡器频率f由外接电阻RT和电容CT决定，f=1.18／RTCT ,逆变桥开关频率定为10kHz，取CT=O．22μF，RT=5 kΩ。振荡器的输出分为两路，一路以时钟脉冲形式送至双稳态触发器及两个或非门；另一路以锯齿波形式送至比较器的同相输入端，比较器的反向输入端接误差放大器的输出。误差放大器的输出与锯齿波电压在比较器中进行比较，输出一个随误差放大器输出电压高低而改变宽度的方波脉冲，再将此方波脉冲送到或非门的一个输入端。或非门的另两个输入端分别为双稳态触发器和振荡器锯齿波。双稳态触发器的两个输出互补，交替输出高低电平，将PWM脉冲送至三极管V1及V2的基极，锯齿波的作用是加入死区时间，保证V1及V2不同时导通。最后，V1及V2分别输出相位相差180°的PWM波。

2．2 SPWM调制信号的产生

要得到正弦电压的输出，就要使逆变电路的控制信号以SPWM方式控制功率管的开关，所得到的脉冲方波输出再经过滤波就可以得到正弦输出电压。通过SG3525来实现输出正弦电压，首先要得到SPWM的调制信号，而要得到SPWM调制信号，必须得有一个幅值在l～3.5V，按正弦规律变化的馒头波，将它加到SG3525脚2，并与锯齿波比较，就可得到正弦脉宽调制波实现SPWM的控制电路框图,如图下所示。

基准50Hz的方波是由555芯片生成的，用来控制输出电压有效值和基准值比较产生的误差信号，使其转换成50Hz的方波，经过低频滤波，得到正弦的控制信号。当电源输出电压发生变化时，会改变正弦信号的幅值，使SG3525输出脉宽也发生相应的变化，这就构成了一个闭合的反馈回路，能有效稳定输出的波形。

三、其他回路设计

3.1 过电流保护电路

过电流保护采用电流互感器作为电流检测元件，其具有足够快的响应速度，能够在IGBT允许的过流时间内将其关断，起到保护作用。

从整体电路图可知，过流保护信号取自CT2，经分压、滤波后加至电压比较器的同相输入端，如上图所示。当同相输入端过电流检测信号比反相输入端参考电平高时，比较器输出高电平，使D2从原来的反向偏置状态转变为正向导通，并把同相端电位提升为高电平，使电压比较器一直稳定输出高电平。同时，该过电流信号还送到SG3525的脚10。当SG3525的脚10为高电平时，其脚11及脚14上输出的脉宽调制脉冲就会立即消失而成为零。

3.2 驱动电路的设计

驱动电路的设计既要考虑在功率管需要导通时，能迅速地建立起驱动电压，又要考虑在需要关断时，能迅速地泄放功率管栅极电容上的电荷，拉低驱动电压。具体驱动电路如下图所示。

其工作原理是：

1)当光耦原边有控制电路的驱动脉冲电流流过时，光耦导通，使Q1的基极电位迅速上升，导致D2导通，功率管的栅极电压上升，使功率管导通；

2)当光耦原边无控制电路的驱动脉冲电流流过时，光耦不导通，使Q1的基极电位拉低，而功率管栅极上的电压还为高，所以导致Q1导通，功率管的栅极电荷通过Q1及电阻R3速泄放，使功率管迅速可靠地关断。

当然，对于功率管的保护同样重要，所以在功率管源极和漏极之间要加一个缓冲电路避免功率管被过高的正、反向电压所损坏。

如需减小电源体积，驱动电路可以选择IR2110集成芯片。

3.3 欠压电路

SG3525内部自带欠压保护，故不用设计。

四、逆变器的实验结果

[关键词]vvvf；交流传动；城轨动车组；工作原理；发展趋势

1交流传动概况

与斩波器─直流电机斩波调压电气传动系统相比，调压调频(vvvf)逆变器─交流电机的系统主电路变得十分简单,少了电阻发热的危害。现在，以斩波器为核心的直流传动电动车组也逐步让位于以vvvf为核心的交流传动电动车组，如日本的东京、韩国的首尔、德国的汉堡和法兰克福、美国的波特兰等。交流传动技术是一门综合技术，但其本质的特点是牵引电动机采用了交流异步电动机，其一系列的优点都是由此而表现出来的。交流传动机车包括城市轨道交通交流传动动车组，所以成为现代机车发展的方向，正是由异步电动机的特点和优点所决定的。交流异步电动机驱动系统的优越之处表现在构造简单、黏着性能好、功率大、牵引力大、可靠性高、维修简便、效率高，利用率高、使用灵活性强、动力性能好、制动性能好。

2vvvf交流传动系统在动车组应用情况

北京城轨八通线的电动车组为2动2拖4辆编，全长接近80m，牵引系统采用架控式vvvf交流传动系统和数字模拟式电控制动系统。l辆动车上有2台vvvf牵引逆变器，分别驱动2个转向架上的牵引电机，当一个逆变器出现故障时，可通过接触器切除故障逆变器，并且不影响另一个逆变器的正常工作。牵引逆变器单元是由igbt模块、牵引控制装置、传感器、保护器件等组成的2点式电压型vvvf牵引逆变器。与牵引逆变器配套配置的制动斩波器负责控制制动电阻的投入与切除，同样由igbt模块及其控制、传感器、保护等组成。每辆动车的电阻制动斩波器、制动电阻均设2组，并与每个vvvf逆变器相对应。电气牵引系统具有完善的保护功能。逆变器的冷却方式为非氟热管自冷方式。牵引逆变器系统具有牵引与电制动（包括再生制动和电阻制动）等功能。制动工况时，优先采用电制动（含再生和电阻制动），电制动优先采用再生制动，与空气制动联合制动的控制方式。电制动与空气制动随时自动配合、平滑转换，使列车不至产生过大的冲动。动车组主电路原理示意图见图1。

3vvvf逆变器原理

vvvf逆变器能够将直流电转换成交流电，并能够调节输出交流电的电压和频率的大小，从而实现对交流牵引电动机的转矩和转速的控制。

3.1正弦波与等幅矩形脉冲序列波等效

把正弦波的半波作i（这里取6）等分，将正弦曲线每一等分所包含的面积都用一个与其相等的等幅矩形脉冲来代替（见图2），同样对于正弦波的负半周来说是用极性为负的矩形脉冲来代替。这样就用6个幅度为ud(逆变器输入直流电压)的宽度不等的矩形脉冲来代替正弦波，而且谐波分量还少。

3.2vvvf逆变器的工作原理

1） 电路原理图

如图3，采用了绝缘栅双极晶体管（igbt）t1～t6作为主电路的控制部件，这是一种两点式电压源三相逆变器。从a、b、c三点向三相交流异步电动机提供正弦三相电源。

采用双极性正弦脉宽调制技术来控制t1～t6的开关顺序和时间，从而实现对三相电源的调压和调频的控制。同一桥臂下的两个元件互补通、断。图4为igbt的开、关顺序。

2） 输出电压和频率的调整

调整调制波对载波的幅度可以调整输出电压，改变调制波的频率来调整输出交流电的频率。图4的载波比n=3,载波比越大，逆变器输出的谐波分量越小。但n受到igbt开关频率和开关损耗的限制，igbt的最高开关频率可达到50khz。

4交流传动技术的发展趋势

城市轨道交通普遍采用vvvf逆变器和鼠笼式异步电机的交流传动系统，开关器件选用大功率快速开关器件igbt模块,将来选用dc1500v供电方式来取代dc750v供电方式是可行的。对于城市轨道交通列车所需的交流传动vvvf逆变器、辅助电源的dc/dc变换器(即斩波器)和静止逆变器的研制与产品化，从目前的技术水平看，我国完全能够自力更生来实现。我国铁路系统于1996年研制成功了ac4000型交流传动电力机车原型车。目前正在开展200km/h交流传动高速动车组研制。

[参考文献]

关键词：谐波；多重化；脉宽调制；滤波器；无功补偿

中图分类号：TM714 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）23-0111-02

近年来，电力电子技术飞速发展，越来越多的电力电子装置被研发并且广泛应用在电力系统、工业生产、交通运输、节能环保、家庭等众多领域。电力电子技术已经成为国民经济建设和社会生活建设中不可缺少的技术之一。然而，在电力电子技术带给人们便利的同时，也带来了谐波问题。

根据文献[1]谐波会对各种用电设备产生不利影响，使其不能正常工作。还会对电网造成污染，引起电网中局部的并联谐振和串联谐振，使原本较小的谐波放大，影响电网的供电质量，甚至发生严重的事故等。总之，谐波的危害不容小觑。因此，对电力电子装置所产生的谐波的抑制技术是十分重要的，现对电力电子技术中的几种有效的谐波抑制措施作以下探讨与分析。

1 削弱谐波源法

电力电子器件是主要的谐波源，改进电力电子装置就是从源头降低谐波含量，从而降低注入电网的谐波含量，改善供电质量。如果电力电子器件产生极其微弱的谐波或者不产生谐波，那么对谐波补偿装置的要求会随之降低，甚至不再需要谐波补偿装置，这样就会大大节省谐波补偿方面所需的人力和物力。

1.1 多重化电路法

此方法适用于减少整流和逆变电路中的谐波。

1.1.1 多重化整流电路

对于整流电路来说，将几个整流电路多重化联结可以减少交流侧输入电流谐波。此方法的关键是利用变压器二次侧绕组的不同接法，使二次绕组产生移相。例如：根据文献[1]使两组三项交流电源间相位错开30 °，从而使输出整流电压ud在每个交流电源周期中脉动12次，故该电路为12脉波整流电路。同理，若使三组交流电源移相20 °，则整流电压ud在每个电源周期内脉动18次，构成18脉波整流电路。

以此类推，随着整流电压在每个交流电源周期中脉动次数的增加，交流侧输入电流中的谐波含量减少。

1.1.2 多重化逆变电路

对于逆变电路来说，多重化电路法的特点是按照一定的相位差，将若干个逆变电路的输出组合起来（组合的方式可以是串联，也可以是并联，串联方式多用于电压型逆变电路，并联方式多用于电流型逆变电路），使它们各自输出中所含有的部分谐波分量通过相位差相互抵消。

1.2 多电平逆变器法

最早出现的是两电平逆变器，1981年三电平逆变器被日本长冈大学教授Nabae A.等人提出，三电平逆变器输出的谐波可大大少于两电平逆变器输出的谐波。随后随着级联数目的增加，输出电压或电流的电平数增加，从而使得输出电压或电流中的谐波含量减小。

多电平逆变电路的相电压可以输出多种电平，使其波形更加接近正弦波。多电平逆变电路有中点钳位型逆变电路、飞跨电容型逆变电路和单元串联多电平逆变电路等。其中飞跨电容型逆变电路由于较难控制且电容使用数目较多，使用得较少。中点钳位型逆变电路和单元串联多电平逆变电路与多重化逆变电路的消谐机理类似。现以单元串联多电平逆变电路为例，介绍多电平电路对谐波的抑制作用以及优缺点。

1.3 三相整流变压器采用Y，d或D，y的接线方式

此种方法可以抑制3的倍数次的高次谐波，也可以作为隔离变压器使用。可以看出，Y，d和D，y两种接线方式中都有一边的绕组采用三角形接线方式。当谐波电流通过电力电子器件流到三相整流变压器时，会导致变压器铁心内产生3的倍数次的谐波磁通，该磁通在三角形连接的绕组内产生3的倍数次谐波电动势，从而产生3的倍数次并且相位相同的高次谐波电流。这些高次谐波电流在三角形绕组内产生环流，并且伴有热量产生，使大部分的高次谐波电流被消耗。剩余部分的高次谐波电流会使铁芯中产生高次磁通，而在三相三柱式变压器中，没有能够为高次谐波电流引起的高次磁通提供回路的磁路，使得高次磁通只能通过气隙形成磁回路，从而大大地被消耗。这样一来，在三角形接线绕组回路中就不会产生3的倍数次的高次谐波电动势。

另外，电力电子器件中产生的谐波电流流到变压器星形接线方式的绕组中时，由于星形接线结构无法为3的倍数次的高次谐波提供通路，所以谐波电流只能通过气隙形成通路，从而被大大地消耗。

综上所述可知，通过Y，d或者D，y绕组连接方式的三相整流变压器，可以使3的倍数次的谐波被极大地消耗，而不至于使这些谐波注入公共电网，从而提高了电网的供电质量。

1.4 脉宽调制（PWM）技术

脉宽调制的基本原理是对电路开关器件的通断进行控制，使其输出一系列幅值相等但宽度不等的脉冲，用这些脉冲来代替所需要的波形。通过脉宽调制技术也可以达到抑制谐波的目的，其中较为有效的办法有：特定消谐法（SHE）和正弦脉宽调制法（SPWM）。下面分别介绍这两种方法。

1.4.1 特定消谐法

特定消谐法是Patel H S和Hoft R C于1973年提出的。为了减少谐波，要尽量使输出波形成为1/4周期对称波形。所谓1/4周期对称波形要同时满足两个条件：

①使波形正负两半周镜对称；

②使波形在正半周期内前后1/4周期以为轴线对称。

得到了1/4周期对称波形后，就可以消除特定频率的谐波。消除特定频率谐波的数量与输出波形半个周期内开关器件开通和关断的次数有关，开关器件每开通或关断一次，就对应一个可以控制的开关时刻。其中一个开关时刻控制基波幅值，其余的都可以用来消除某个频率的特定谐波。

1.4.2 正弦波脉宽调制法

正弦波脉宽调制法是将每一正弦周期内的多个脉冲做自然或规则的宽度调制，使其依次调制出相当于正弦函数值的相位角和面积等效于正弦波的脉冲序列，形成等幅不等宽的正弦化输出。SPWM的控制可以通过计算法（包括自然采样法、规则采样法、直接PWM法）、模拟法和专用SPWM集成电路法实现。

对于单相全桥逆变器而言，SPWM技术有3种基本的调制方式：双极性SPWM、单极性SPWM和倍频式SPWM。通过文献[2]可得：双极性SPWM的特点是：基波成分与调制波完全相同，不含偶数次载波谐波；倍频式SPWM的特点是：在开关频率不变的情况下，等效输出频率倍增，奇数倍谐波被消除；单极性SPWM的特点是：基波成分与调制波完全相同，谐波出现在载波频率附近，不含载波谐波。

2 谐波补偿装置法

谐波补偿就是将产生谐波的非正弦波电信号进行补偿，使之成为正弦波电信号，从而消除谐波。谐波补偿装置大体上可分为三类：一是无源滤波器，二是有源滤波器，三是静止无功补偿器。

2.1 无源滤波器

无源滤波器又称LC滤波器，是利用电容、电感、电阻的组合设计构成的滤波器，是应用最早的谐波补偿装置。无源滤波器具有成本低廉、结构简单、运行可靠等优点。无源滤波器又分为调谐滤波器和高通滤波器。

2.1.1 谐调滤波器

调谐滤波器又分为单调谐滤波器和双调谐滤波器。根据文献[3]双调谐滤波器可以等效为两个单调谐滤波器并联，可按两个单调谐滤波器分别设计。两个滤波器的调谐频率不同，使其调谐比较困难，应用受到限制。单调谐滤波器在设计时，需要确定滤波电容、滤波电感、滤波电阻的参数，还要选择合适的调谐锐度值以获得最佳滤波效果。

2.1.2 高通滤波器

在各种高通滤波器中，二阶高通滤波器的应用最为广泛。高通滤波器的设计一要确定所要滤除谐波的谐波次数，二要确定滤波器的各个参数。滤波器参数的选择包括谐波电容、谐波电感、谐波电阻的选择。

由于高通滤波器通常与单调谐滤波器并用，一般选择略高于单调谐滤波器的最高特征谐波频率为高通滤波器的截止频率。

2.2 有源滤波器

含有有源器件的滤波器叫做有源滤波器。有源滤波器可以实现动态跟踪补偿，既能补偿谐波，又能补偿无功功率。

2.3 静止无功补偿器

静止无功补偿器是采用全控型电力电子器件组成变流器来进行无功补偿的装置，也称静止无功发生器，于20世纪70年代兴起，现在被广泛用于电力系统负荷补偿、消除电网谐波等方面。

3 结 语

本文介绍了多种谐波的治理措施，对改进电力电子装置和增设滤波器两大类中的多种方法进行了分析和探讨。这些抑制谐波的措施各有优点和不足，使用的场合也不尽相同，要视具体情况采取不同的措施。不同的抑制措施之间配合使用的情况也很普遍，虽然这样的电路结构比较复杂，但是这样综合了不同消谐措施的优点，弥补了各自的不足，使消谐效果更好。

参考文献：

[1] 王兆安，刘进军.电力电子技术（第5版）[M].北京：机械工业出版社，

2009.

[2] 王立乔.正弦波逆变器脉宽调制技术的调制模型分析[J].电力系统自 动化，2008，32（17）：45-49.

[3] 曲学基，曲敬铠，于明扬，等.电力电子滤波技术及其应用[M].北京：电子 工业出版社，2008.