4、现代逆变电源的发展概况-小型发电机逆变器专

现代逆变电源的发展概况
逆变技术的原理早在1931年就在有关的文献中提到过。但直到1948年，美国 西屋电气公司(Westinghouse)用汞弧整流器生产了第一只频率为3000Hz的感应加 热用逆变器网叫
1947年，随着世界第一支晶体管诞生，固态电力电子学随之诞生。1956年， 第一支晶闸管问世，标志着电力电子学的诞生，并且开始进入传统发展时期。在这 个时期，逆变器(逆变)继整流器(顺变)之后开始发展。首先出现的是SCR电压 型逆变器。1961年，W.McMurray与B.D.Bedibrd提出了改进型强迫式换相式逆变 器，为当时SCR逆变器的发展奠定了基础。1960年以后，人们开始注意到改善逆 变器输岀电压波形的重要性，并且开始进行研究。1962年，A.Kernick提出了 “谐 波中和消除法”，即后来常用的“多重叠加法”，标志着正弦波逆变技术的诞生。1963 年，F.GTurnbull提出了 “消除特定滤波法”，为后来的优化PWM发奠定了基础， 以实现特定的优化目标，如谐波最小、效率最优、转矩脉动最小等。
20世界70年代后期，可关断晶闸管GTO、电力晶体管GTR及其模块相继实 用化。20实际80年代以后，电力电子技术与微电子技术相结合，产生了各种高频 化的全控开关器件，并得到了迅速发展，如功率场效应管Power MOSFET.绝缘门 极晶体管IGT或IGBT、静电感应晶体管SIT、静电感应晶闸管SITH、场控晶闸管 MCT,以及MOS晶体管MGT等。这就是电力电子技术有传统发展时期进入到高频 化时期。在这个时期，具有小型化和高性能特点的新型逆变电源层出不穷，特别是 脉宽调制波形改善技术得到了飞速的发展"L
1964年，有A.Schonung和H.Stemmler提出的把通信系统调制技术应用到逆变 技术中的正弦波脉宽调制技术(Sinusoida-PWM ,SPWM),由于当时开关器件的速 度慢而未得到及时推广，直到1975年才有Bristol大学的S.R.Bowes等人把SPWM 技术正式应用到逆变电源中，是逆变电源的性能大大提高，并且得到了广泛的应用 和发展，也是正弦波逆变技术达到了一个新的高度。此后，各种不同的PWM技术 相继出现，如注入三次谐波的PWM、空间向量调制(SVM),随机PWM、电流滞 环PWM等，称为高速开关器件逆变电源的主导控制方式。至此，正弦波逆变电源 的理论发展已经基本完善。
根据以上介绍，一般认为，逆变电源的发展可以分成如下三个阶段：
1956-1980年为传统发展阶段，这个阶段的特点是，开关器件以低速器件为主, 逆变电源的开关频率较低，输岀电压波形改善以多重叠加法为主，体积重量较大， 逆变效率较低，正弦波逆变技术开始出现。
1981-2000年为高频化新技术阶段，这个阶段的逆变电源的特点是，开关器件 以高速器件为主，逆变电源的开关频率较高，波形改善以PWM方式为主，体积重 量小，逆变器效率高，正弦波逆变技术的理论发展日期完善。
2000年至今为高效低污染阶段，这个阶段的特点是以提高逆变电源的综合性能 为主，低速与高速开关器件并用，多重叠加法与PWM法并用，不在偏向追求高速 开关器件与高开关频率，高效环保的逆变技术开始出现。
在当今的PWM逆变电源中，输出变压器和交流滤波器的体积重量占主要部分。 为了减小输出变压器的交流滤波器的体积重量、提高逆变电源的功率密度，高频化 仍然是主要发展方向之一，如提高SPWM逆变电源的开关频率，釆用交流传动用变 频器的内高频环(Frequency Link)等。提高SPWM逆变电源开关频率可以减小交 流滤波器的体积重量，内高频环可以减小变压器的体积重量。但变频器的高频化也 存在一些问题，并使开关损耗增加，电磁干扰增大。此外，导体的集肤效应与临近 效应，电容的ESR及此元件的寄生参数等问题都需要解决，其中最重要的是开关损 耗和电磁干扰问题。解决这么问题最有效的办法有两个，一是提高开关器件的速度， 二是谐振或者准谐振的方式使逆变电源开关工作在软开关状态。这就是人们对谐振 的研究产生了兴趣。1970年,F.C.Schwarz提出了电流谐振技术；1975年，N.O.Sokal 提出了电压谐振技术，这两项技术都是用LC与开关器件共同组成一个串联或并联 谐振回路，利用回路在一个开关周期中的全谐振使器件工作在电流转换(并联谐振)