逆變器(Inverter,逆向變壓器件)是一種直流到交流(DC to AC)的變壓器,可將可變直流輸出轉(zhuǎn)換成清潔220V正弦 50Hz 或 其他類型交流電,可用于各類設(shè)備,最大限度地滿足移動供電場所或無電地區(qū)用戶對交流電源的需要。廣泛用在通訊、工業(yè)設(shè)備、衛(wèi)星通信設(shè)備、軍用車載、醫(yī)療救護(hù)車、警車、船舶、太陽能及風(fēng)能發(fā)電領(lǐng)域。
逆變器的用途
第一,逆變器是商業(yè)電網(wǎng)或地方電網(wǎng)的關(guān)鍵組件。
隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展,人類社會對能源的需求量越來越大,石油資源的緊缺及其價格的日益攀升,以及傳統(tǒng)能源使用面臨污染環(huán)境等諸多問題使人們轉(zhuǎn)向?qū)η鍧嵞茉矗▏鴥?nèi)資源豐富的太陽能/風(fēng)能)的發(fā)展。逆變器是整個太陽能/風(fēng)能系統(tǒng)的關(guān)鍵組件,可將由太陽能/風(fēng)能獲得的可變直流輸出轉(zhuǎn)換成清潔正弦 50 或 60Hz 電流,從而滿足我們對在日常環(huán)境中不可或缺的220伏交流電,非常適用于為商業(yè)電網(wǎng)或地方電網(wǎng)提供電源。
第二,滿足“移動”時代的需求
隨著現(xiàn)在人們生活方式的改變,高節(jié)奏,高快捷的生活需求在日益的擴(kuò)大,于是現(xiàn)在的3C產(chǎn)品,更多的數(shù)碼產(chǎn)品都在朝著這樣的方向發(fā)展著,于是我們處了一個 “移動”的時代,移動辦公,移動通訊,移動休閑和娛樂的生活中。在移動的狀態(tài)中,人們不但需要由電池或電瓶供給的低壓直流電,同時更需要我們在日常環(huán)境中 不可或缺的220伏交流電,逆變器就可以滿足我們的這種需求。
逆變器的工作原理
逆變器的工作原理其實(shí)就是一個低壓直流轉(zhuǎn)換為高壓交流的過程。其直流電壓分兩路:一給前級IC供電產(chǎn)生一個KHZ級的控制信號,一路到前級功率管。下面是從低壓直流轉(zhuǎn)換成高壓交流過程中的3個步驟及每個步驟產(chǎn)生的結(jié)果電流(壓):
步驟1:由控制信號推動功率管不斷開關(guān)使高頻變壓器初級產(chǎn)生低壓的高頻交流電。
逆變器的分類
逆變器的分類方法很多,表1是常用的逆變器分類方法:
下面對比較重要的幾種逆變器進(jìn)行說明:
正弦波逆變器:輸出的是與日常使用電網(wǎng)一樣的正弦波交流電,提供高質(zhì)量的交流電,能夠帶動任何種類的負(fù)載,但技術(shù)要求和成本均高。
方波逆變器:輸出的是質(zhì)量較差的方波交流電,對負(fù)載和逆變器本身會造成劇烈的不穩(wěn)定影響。制作采用簡易的多諧振蕩器,其技術(shù)屬于50年代的水平,將逐漸退出市場。
準(zhǔn)正弦波逆變器(屬于方波范疇) :輸出波形從正向最大值到負(fù)向最大值之間有一個時間間隔,波形由折線組成,連續(xù)性不好,但可滿足我們大部分的用電需求,效率高,噪音小,售價適中,因而成為市場中的主流產(chǎn)品。
有源逆變器:使電流電路中的電流,在交流側(cè)與電網(wǎng)連接而不直接接入負(fù)載的逆變器
無源逆變器:使電流電路中的電流,在交流側(cè)不與電網(wǎng)連接而直接接入負(fù)載(即把直流電逆變?yōu)槟骋活l率或可調(diào)頻率的交流電供給負(fù)載)的逆變器。[page]
逆變器關(guān)鍵參數(shù)簡介
不管是消費(fèi)者使用還是開發(fā)者設(shè)計(jì),對于逆變器的以下幾個重要參數(shù)都需要熟悉:
1、逆變效率。
逆變效率是衡量逆變器性能的一個重要參數(shù),逆變效率值用來表征其自身損耗功率的大小,通常以%來表示。逆變器中逆變效率直接關(guān)系到系統(tǒng)效率,如果逆變器逆 變效率過低,將嚴(yán)重導(dǎo)致系統(tǒng)效率下降。在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中,太陽電池方陣的轉(zhuǎn)換效率目前一般不超過18%,且太陽電池的成本較高,如果想提高2%一3 %轉(zhuǎn)換效率非常困難,但提高逆變器逆變效率3%一5%卻是完全可能的。逆變器效率的高低是逆變器性能好壞的一個該要標(biāo)準(zhǔn),對光伏發(fā)電系統(tǒng)提高發(fā)電量和降低 發(fā)電成本有著重要影響。
2、額定輸出容量
額定輸出容最是用來表征逆變器向負(fù)級供電的能力。額定輸出容最值高,則逆變器帶負(fù)載能力越強(qiáng)。額定輸出容量值只是針對純電阻性負(fù)載的一個參考,如果逆變器所帶的負(fù)載不為純限性時,逆變器帶負(fù)載能力將小于給出的額定輸出容量值。
3、輸出電壓穩(wěn)定度
輸出電壓穩(wěn)定度是指逆變器輸出電壓的穩(wěn)定能力。逆變器中一般會給出輸入直流電壓在允許波動范圍內(nèi)逆變器輸出電壓的偏差(通常稱為電壓調(diào)整率),高性能的逆 變器一般還會給出負(fù)載由。0%變化至100%時,逆變器輸出電壓的電壓偏差(通常稱為負(fù)載調(diào)整率)。標(biāo)稱電壓通常指的是開路輸出電壓,也就是不接任何負(fù) 載,沒有電流愉出的電壓值。獨(dú)立太陽能光伏系統(tǒng)中,蓄電池端電壓在充放電時電壓波動很大,鉛酸蓄電池電壓波動可達(dá)標(biāo)稱電壓的30%左右,所以逆變器要有良 好的輸出電壓穩(wěn)定度,才能保證系統(tǒng)在較大直流輸入范圍內(nèi)工作。
4、可靠性
太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行中,逆變器可靠性是形響系統(tǒng)可靠性的主要因家之一。因?yàn)楣夥l(fā)電系統(tǒng)一般工作在比較偏遠(yuǎn)的艱苦地方,維護(hù)不方便,逆變器必須是可書 的。其可書性要求逆變器具有良好的保護(hù)功能,包括逆變器中的過流保護(hù)和短路保護(hù)功能。在光伏發(fā)電系統(tǒng)正常運(yùn)行時,由于負(fù)載故障、人為誤操作和外界干擾等原 因,引起供電系統(tǒng)電流過大或短路等情況是極有可能發(fā)生的,要提高可靠性,必須要求逆變器要有相關(guān)的保護(hù)功能。
5、啟動性能
啟動性能是指逆變器帶負(fù)載啟動的能力和動態(tài)工作的性能。逆變器在額定負(fù)級下應(yīng)能保證其正常啟動。一般電阻性負(fù)載工作時,逆變器啟動性能較好。但如果是電感 性負(fù)載,如電動機(jī)、冰箱、空調(diào)或大功率水泵啟動時,功率可能是額定功率的幾倍以上。通常感性負(fù)載啟動時,逆變器將承受較大的浪涌功率。故逆變器的啟動性能 要求在感性或其他負(fù)載啟動時,逆變器內(nèi)部器件能承受多次滿負(fù)荷啟動而不致使功率器件損壞。
6、諧波失真度
當(dāng)逆變器輸出電壓波形為正弦波時或修正波時,除了基波外還含有諧波分量,通常將諧波分量在輸出電壓總波形中的比例稱為諧波失真度。高次諧波電流會在電感性 負(fù)載產(chǎn)生渦流,導(dǎo)致器件嚴(yán)吹發(fā)熱,嚴(yán)重的會損壞電氣設(shè)備。一般逆變器會注明其諧波失真度。方波逆變器的諧波失真約為40%,一般只適合于純阻性負(fù)載;修正 波逆變器的諧波失真小于20%左右,適合于大部分負(fù)載;而正弦波逆變器的諧波失真較小,能適用于所有的交流用電負(fù)載。
逆變器未來發(fā)展方向
社會日益電氣化的現(xiàn)在,各種產(chǎn)品中逆變器的要求也越來越高,需求量也越來越大。那么在逆變器快速發(fā)展的同時,它的發(fā)展趨勢又是怎樣的呢?
第一,高頻化。
逆變器開關(guān)頻率的提高能夠有效的減少裝置的體積和重量,同時還能夠消除變壓器和電感的音頻噪聲。在改善輸出電壓的動態(tài)響應(yīng)能力的時候也減小了裝置的體積和質(zhì)量。
第二,高性能化。
要求它的穩(wěn)壓性能好, 空載及負(fù)載時輸出電壓有效值都要穩(wěn)定;另外,波形的質(zhì)量也要求要高。對突加或突減負(fù)載時輸出電壓的瞬態(tài)響應(yīng)著一特性要好。
第三,并聯(lián)及模塊化。
現(xiàn)在的逆變器已經(jīng)向著大功率和可靠性在發(fā)展,所以為了提高系統(tǒng)的可靠性, 就必須要實(shí)現(xiàn)模塊化。
第四,小型化。
這里的小型化指的就是變壓器的小型化。
第五,高輸入功率因數(shù)化。
第六,數(shù)字化。
第七,智能化。
無論什么產(chǎn)品開發(fā)到智能狀態(tài)下,與傳統(tǒng)的模式相比那肯定是更上一個層次的。
逆變器的理想設(shè)計(jì)
理想的逆變器,從直流變到交流的功率總是一定的值而沒有脈動,直流電源波形和電流波形中也不應(yīng)該產(chǎn)生脈動;而在實(shí)際的逆變電路中,因?yàn)槟孀兤鞯拿}動數(shù)等有限制,因而逆變功率P是脈動的。當(dāng)逆變器的逆變功率p的脈動波形由直流電流來體現(xiàn)時,稱之為電壓型逆變器。電壓型逆變器的特點(diǎn)是:
1)直流側(cè)有較大的直流濾波電容。
2)當(dāng)負(fù)級功率因致變化時,交流輸出電壓的波形不變,即交流輸出電壓波形與負(fù)載無關(guān)。交流輸出電壓的波形,通過逆變開關(guān)的動作被直流電源電容上的電壓鉗位成方波。
3)在逆變器中,與逆變開關(guān)并聯(lián)有反饋二極管,所以交流電壓與負(fù)載無關(guān),是方波。
4)輸出電流的相位隨負(fù)載功率因數(shù)的變化而變化,換向是在同橋臂開關(guān)管之間進(jìn)行的。
5)可以通過控制輸出電壓的幅值和波形來控制其輸出電壓。
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