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电力变频器技术与基础知识

发布日期:2020-05-22 浏览次数:28 来源:深圳市英高达电子科技
   电力逆变器的基本知识电力逆变器目前主要采用PWM,控制器在脉冲周期内快速切换到直流,确保直流积分值同时与交流正弦波的采样值相等。滤波后,可以实现96%以上的正弦波输出。脉冲逆变器是自激逆变器,输出电压为脉冲调制。这种电源逆变器通过增加周期脉冲切换时间来降低电压和电流脉冲数,仅通过增加变频器的换向计数来实现。
 
  交流电源逆变电感决定电流谐波的含量。因此,为了满足电网接入要求,应保证光伏发电系统的等效电感值小。电源逆变器连接到低通滤波器和隔离变压器。它可以滤除低于N-1的谐波,其中N是当前周期的触发脉冲流。为了增加开关频率,电子设备的功率损耗将会增加,但低开关频率下低通滤波器的损耗会增加。如果要并入单相交流电网的当前时钟倍频,则调制光伏发电机直流输出的交流控制信号频率将增加一倍。
 
  电力逆变器的基本概念
 
  通常,交流电能转化为直流(DC)可称为整流,电路称为整流电路,完成整流器的功能,器件实现整流过程称为整流器或整流器。相应地,将直流电转换为交流电源的过程称为反相,电路完成变频器功能称为逆变电路,器件实现变频器的过程称为变频器。
 
  现代电力逆变技术是研究逆变电路理论与应用的科学。是以工业电子,半导体技术,现代控制技术,现代电力电子技术,半导体转换技术,脉宽调制(PWM)技术等为主题的实用技术。它主要包括半导体功率集成器件及其应用,逆变电路和逆变器控制技术。
 
  电力变频器分类
 
  有多种变频器。它们可以根据不同的方法进行分类。
 
  根据变频器输出的交流电源频率,可分为变频器,中频和高频变频器。
 
  变频器频率为50 / 60Hz,图1为使用升压变压器的变频器电路。将直流反向转换为低压交流电源,再将变频器的变频器转换为交流220V,50Hz供电。它具有结构简单,可在较低电压下实现各种保护功能。在变频器和负载之间有变压器,所以变频器稳定,运行可靠,承载能力强,抗冲击能力强,也可以抑制高次谐波分量。然而,变频器体积庞大而昂贵的问题,其效率相对较低。小功率变频器的额定负载效率在当前级别不超过90%。同时,电力变压器全负载运行和轻载时,铁损基本保持不变。因此,轻负载运行时负载损耗大,效率低。
 
  低功率输出的逆变器效率比峰值效率更为重要。变频器系统更适合隔离系统(用户最多在低于峰值功率时)。变频器可承受更高的负载功率影响。
 
  (中频)逆变
 
  中频逆变器的频率行列400Hz的至10000Hz。

  高频变频器
 
  高频变频器频率一般在十几kHz到MHz之间。高频变压器电源逆变电路如图2所示。低压直流逆变器用于高频低压交流使用高频直流/直流转换技术。经过高频升压变压器,通过高频整流电路整流,通常为300V以上的高压直流。最后通过变频器电路为负载提供220V 50Hz的交流电源。由于高频变频器用于小型,轻量级的高频芯材料,因此电路的功率密度大大提高,使得变频器的空载损耗小,变频器效率提高。一般来说,中小型PVS高频逆变器的峰值能量转换效率超过90%。
 
  高频变压器拓扑结构
 
  电力变压器和高频变压器效率曲线,红色为电力变压器,蓝色用于高频变压器根据功率变频器输出的数量级,可分为单相逆变器,三相逆变器和多相逆变器。
 
  根据变频器功率输出的下落,可分为有源和无源变频器。有源变频器是变频器向工业电网输出的电力,而无源变频器是逆变器输出功率的一些电力负载。
 
  根据变频器主电路的形式,可分为单端逆变器,推挽逆变器,半桥逆变器和全桥逆变器。
 
  根据电力变频器主要开关装置的类型,可分为晶闸管逆变器,晶体管逆变器,场效应逆变器和绝缘栅双极晶体管(IGBT)逆变器。也可归纳为“半控型”变频器和“全控”变频器两大类。前者没有自我关断能力,导通后的部件失控,被称为“半控制”通用晶闸管。后者具有自动关断能力,无需设备开启,关断可由控制电极控制,称为“全控制”。功率场效应晶体管和绝缘栅极双极右晶体管(IGBT)等属于这一类。
 
  根据直流电源,可分为电压源逆变器(VSI)和电流源逆变器(CSI)。前者直流电压几乎恒定,输出电压为交替方波。后者的直流电流几乎恒定,输出电流也是交替的方波。
 
  根据变频器输出电压或电流波形,可分为非正弦波逆变器和纯正弦波逆变器。
 
  根据电源变频器的控制方式,可分为脉宽调制(PFM)变频器和脉宽调制型(PWM)变频器。
 
  根据变频器开关电路工作模式,可分为谐振逆变器,固定频率硬开关逆变器和固定频率软开关逆变器。
 
  根据变频器换向模式,可分为负载变换器和自换向变频器。

  特种功率逆变器
 
  根据市场需求,市场上的逆变器除了具有离网或电网功能外,还增加了许多其他功能。

  离网备用逆变器
 
  (1)静态旁路逆变器
 
  在电池或太阳能电池板电源短缺导致电源突然断电的情况下,可以快速切入电源,切换时间一般要求不到20ms(确保服务器或PC不掉电,但电阻负载如灯泡会闪烁现象),可以在工作时设置优先切换。
 
  (2)离网双向变频器
 
  除了静态旁路逆变器功能外,还可以通过电源为电池充电。当电池电压低于一定值时,可以确保不会导致过放电。一些更强大的逆变器也可以在电源和逆变器之间进行补充。如额定容量7KW的变频器需要给出总共10KW的负载,7KW的变频器供电形式是不够的,而一般变频器的150%过载时间不能超过几分钟。在这种情况下,双向变频器的优势表现在,它可以将变频器7KW,再加上电源3Kw供电10KW负载。这在系统升级时非常重要,如果在额定功率下正常的系统运行,在负载稍微增加的情况下,系统不工作,或者您需要投入大量的系统扩展成本,这是不值得的。

  网格连接备份逆变器
 
  有一个很大的缺点是输出功率随光强变化。它可以影响光伏电站的输出功率波动,对于网格附近的离网用户来说,这是一件非常危险的事情。在这种情况下,有些地方是不允许的,那么你必须使用一些储能装置才能平稳运行。并网逆变器的直流输入电压一般约为几百伏特,并网逆变器的输入通常配有MPPT。我们都知道,MPPT不允许通过恒流源供电,在电网逆变器的输入端直接添加到电池中是不可能实现的。有一个解决方案是使用低压电网逆变器与纯电网逆变器输出并联连接。您可以在中间搭接电源转换设备,以确保总输出不变。从而可以从离网用户提供。
 
  电子节能反馈负载
 
  电子节能反馈负载实际上是一个电力老化装置,也是并网逆变器。但是不同的并网逆变器是其输入电压是恒定的,并且允许非常低的输入电压。通过并网备份逆变器比较,其输出通常根据设定输出恒定。
 
  电力变频器选型基础
 
  技术性能
 
  具有许多基本参数和技术条件内容,以表征电力变频器性能,以下简要介绍常用参数的评估。
 
  额定输出电压
 
  可以输出表示变频器额定电压的直流电压输入的预定变动范围内。输出电压额定值的稳定精度通常如下:
 
  (1)在稳态运行时,电压波动范围应有限制,如偏差不超过额定值±3%或±5%。
 
  (2)突变负荷(额定负载0%-50%-100%)或其他干扰因素影响输出电压偏差不得超过±8%或±10%的动态条件。
 
  输出电压不平衡
 
  在正常工作条件下,变频器输出的三相不平衡电压(负序分量与正序分量的比值)不应超过规定值,通常以百分比表示,如5%或8%。
 
  输出电压
 
  波形失真当变频器输出电压为正弦波时,应提供允许的大波形失真(或谐波含量)。一般由总输出电压波形失真表示。其值不得超过5%(单相输出为10%)。
 
  额定输出频率
 
  变频器输出交流电压频率应为相对稳定的值,通常为50Hz。在正常工作条件下,偏差应在±1%以内。
 
  负载功率因数
 
  表征变频器感性负载或容性负载的容量。在正弦波的条件下,负载功率因数为0.7?0.9(滞后),额定值为0.9。
 
  额定输出电流(或额定输出容量)
 
  表示变频器额定输出电流在指定范围内的负载功率因数。一些逆变器给出了额定输出容量。单位是VA或kVA。变频器额定容量是输出功率因数为1时的额定输出电压和额定输出电流(即纯电阻负载)的乘积。
 
  额定输出效率
 
  变频器效率是指定工作条件下的输入功率与输入功率的比值,以百分比表示。变频器效率在额定输出容量时为满载效率,额定输出容量效率的10%效率低,负载效率低。
 
  保护
 
  (1)过电压保护:对变频器进行无电压稳定措施时,应有输出过压保护措施,确保负载不会被输出过压损坏(2)过电流保护:电流保护应能够确保负载短路电流或超过允许值及时采取行动,以避免浪涌电流的损坏。
 
  启动特性
 
  它描述了负载启动性能和动态工作能力。变频器应确保在额定负载下可靠启动。
 
  噪声
 
  变压器,滤波电感器,磁性开关,风扇等组成的电力电子设备可产生噪音。变频器运行正常时,噪声不得超过80dB,变频器噪音小于65dB。
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