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中小功率逆变电源

2012-08-22 9页 pdf 139KB 55阅读

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中小功率逆变电源 中小功率逆变电源 逆变电源 "逆变"是逆变与"整流"交流电转换为直流电的方法就是整流;而直流电转换 为交流电的方法是逆变。 整流,全波整流电路就是利用二极管单向导通的特 性,用 4个二极管连成一个桥式整流电路,使输入端 E2是交流电流,其波形是 正弦波,电流方向是交变的,而输出端波形电流变为同一方向,再经过滤波电路 将波形滤掉之后可得到直流电。 是户用独立交流光伏系统中重要的环节之一,其可靠性和效率对推广光伏系统、 有效用能、降低系统造价至关重要 因而各国的光伏专家们一直在努力开发适于 户用的逆变电源 电...
中小功率逆变电源
中小功率逆变电源 逆变电源 "逆变"是逆变与"整流"交流电转换为直流电的方法就是整流;而直流电转换 为交流电的方法是逆变。 整流,全波整流电路就是利用二极管单向导通的特 性,用 4个二极管连成一个桥式整流电路,使输入端 E2是交流电流,其波形是 正弦波,电流方向是交变的,而输出端波形电流变为同一方向,再经过滤波电路 将波形滤掉之后可得到直流电。 是户用独立交流光伏系统中重要的环节之一,其可靠性和效率对推广光伏系统、 有效用能、降低系统造价至关重要 因而各国的光伏专家们一直在努力开发适于 户用的逆变电源 电源 电源是向电子设备提供功率的装置,也称电源供应器,它提供计算机中所有部件 所需要的电能。 ,以促使该行业更好更快地发展。 光伏系统用中小功率逆变电源的技术 逆变电源按变换方式可分为工频变换和高频变换。工频变换是利用分立器件 分立器件 分立器件概念与半导体器件类似,所以也被称为半导体分立器件。从结构和 用途上来看,分立器件是二极管,光电二极管,三极管,功率晶体管以及其他半 导体器件的统称。不难看出,分立器件的发展与市场状况已经成为能够反映整个 电子业的特征。 [全文] 或集成块产生50Hz方波信号,然后利用该信号去推动功率开关 开关 开关是最常见的电子元件,功能就是电路的接通和断开。接通则电流可以通 过,反之电流无法通过。在各种电子设备、家用电器中都可以见到开关。 管,利用工频升压变压器 变压器 变压器(Transformer)是利用互感原理来改变交流电压的装置,主要构件是 初级线圈、次级线圈和铁心(磁芯)。在电器设备和无线电路中,常用作升降电 压、匹配阻抗,安全隔离等。变压器是变换电压、电流和阻抗的器件,当初级线 圈中通有交流电流时,铁芯(或磁芯)中便产生交流磁通,使次级线圈中感应出 电压(或电流)。它由铁芯(或磁芯)和线圈组成,线圈有两个或两个以上的绕 组,其中接电源的绕组叫初级线圈,其余的绕组叫次级线圈。 产生220V交流电。这种逆变电源结构简单,工作可靠,但由于电路结构本身 的缺陷,不适合于带感性负载,如电冰箱、电风扇、水泵、日光灯等。另外,这 种逆变电源由于采用了工频变压器,因而体积大、笨重、价格高。目前主要用在 大型太阳能光伏电站。 20世纪70年代初期,20kHzPWM型开关电源 开关电源 开关电源 1是利用现代电力电子技术,控制开关管开通和关断的时间比率, 维持稳定输出电压的一种电源,开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)控制 IC 和 MOSFET构成。开关电源和线性电源相比,二者的成本都随着输出功率的增 加而增长,但二者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上,反而高于 开关电源,这一点称为成本反转点。随着电力电子技术的发展和创新,使得开关 电源技术也在不断地创新,这一成本反转点日益向低输出电力端移动,这为开关 电源提供了广阔的发展空间 的应用在世界上引起了所谓“20kHz电源技术*”。这种变换思想当时即被用 在逆变电源系统中,但由于当时的功率器件昂贵,且损耗大,高频高效逆变电源 的研究一直处于停滞状态。到了80年代以后,随着功率MOSFET工艺的日 趋成熟及磁性 磁性材料 磁性材料主要是指由过度元素铁,钴,镍极其合金等能够直接或间接产生磁性 的物质. 质量的提高,高频变换逆变电源才走向市场。 高频变换逆变电源是通过高频DC/DC变换技术,先将低压直流变为高频 低压交流,经过脉冲变压器 脉冲变压器 脉冲变压器用于各种脉冲电路中,其工作电压、电流等均为非正弦脉冲波。常用 的脉冲变压器有电视机的行输出变压器、行推动变压器、开关变压器、电子点火 器的脉冲变压器、臭氧发生器的脉冲变压器等。 升压后再整流成高压直流。由于在DC/DC变换中采用了PWM技术,因而在 此可得到一稳定的直流电压,利用该电压可直接驱动交流节能灯、白炽灯、彩电 等负载。若对该高压直流进行类正弦变换或正弦变换,即可得到220V、50 Hz类正弦波交流电或220V、50Hz正弦波交流电。这种逆变器 逆变器 逆变器(inverter)是把直流电能(电池、蓄电瓶)转变成交流电(一般为 220v50HZ正弦或方波)。应急电源,一般是把直流电瓶逆变成 220V交流的。通 俗的讲,逆变器是一种将直流电(DC)转化为交流电(AC)的装置。它由逆变 桥、控制逻辑和滤波电路组成.广泛适用于空调、家庭影院、电动砂轮、电动工 具、缝纫机、DVD、VCD、电脑、电视、洗衣机、抽油烟机、冰箱,录像机、 按摩器、风扇、照明等。 由于采用高频变换(现多为20kHz~200kHz),因而体积小、重量轻, 再由于采用了二次调宽及二次稳压技术,因而输出电压非常稳定,负载能力强, 性能价格比高,是目前可再生能源发电系统中首选产品。在国外发达国家的中小 交流光伏系统中得到普遍的使用,但在国内,由于技术方面的原因及市场的混乱, 一些逆变电源厂家一直在推广工频变换逆变电源,有的为了降低成本甚至使用低 硅硅钢片,这样的逆变电源充斥市场,使得交流光伏系统的综合成本升高,将会 阻碍交流光伏系统的推广,这对行业的发展是很不利的。 国内高频变换中小功率逆变电源存在问分析 a.可靠性 目前,高频变换中小功率逆变电源存在的问题主要是可靠性不高。我们多年 的研究、生产及使用说明:影响高频变换中小功率逆变电源寿命的主要因素有电 解电容器 电容器 所谓电容器就是能够储存电荷的“容器”。只不过这种“容器”是一种特殊的物 质——电荷,而且其所存储的正负电荷等量地分布于两块不直接导通的导体板 上。至此,我们就可以描述电容器的基本结构:两块导体板(通常为金属板)中 间隔以电介质,即构成电容器的基本模型。 、光电耦合器 耦合器 耦合器是在微波系统中,能够将一路微波功率按比例分配成几路的元件。耦 合器的作用是将信号不均匀地分成几分(称为主干端和耦合端,也有的称为直通 端和耦合端),主要包括: 定向耦合器、功率分配器以及各种微波分支器件。 这 些元器件一般都是线性多端口互易网络, 因此可用微波网络理论进行分析 。 及磁性材料。 实践证明:追求寿命的延长要从设计方面着手,而不是依赖于使用方。降低 器件的结温,减少器件的电应力,降低运行电流及采用优质的磁性材料等可 大大提高其可靠性。国内之所以有人对高频变换逆变电源的可靠性产生怀疑,一 个重要的原因是一些厂家为了降低成本而仍使用70年代研制的第一代磁性材 料,如TDK的H35、FDK的H45等,由于这种磁性材料的饱和磁通密度 及居里温度点较低,因而在功率较大时长时间使用极易出故障。我们使用80年 代中后期研制的第三代磁性材料,如TDK的H7C4、FDK的H63B和H 45C、西门子的N47和N67,不但能有效地提高转换效率,而且大大提高 了逆变电源可靠性。事实上,彩电及计算机中使用的开关电源也证明了高频变换 方式的可靠性。用户的长时间使用也证明了我们目前生产的高频变换中小功率逆 变电源具有高的可靠性和效率,完全可与MASTERVOLT等大公司的产品 相媲美。 b.效率 要提高逆变电源的效率,就必须减小其损耗。逆变电源中的损耗通常可分为 两类:导通损耗和开关损耗。导通损耗是由于器件具有一定的导通电阻 电阻 电阻,物质对电流的阻碍作用就叫该物质的电阻。电阻小的物质称为电导体, 简称导体。电阻大的物质称为电绝缘体,简称绝缘体。 Rds,因此当有电流流过时将会产生一定的功耗,损耗功率Pc由下式计算: Pc=I2×Rds。在器件开通和关断过程中,器件不仅流过较大的电流,而 且还承受较高的电压,因此器件也将产生较大的损耗,这种损耗称为开关损耗。 开关损耗可分为开通损耗、关断损耗和电容放电损耗。 开通损耗 Pon= 1/2 ×Ip×Vp×ts×f 关断损耗 Poff=1/2×Ip×Vp×ts×f 电容放电损耗 Pcd=(1/2)×Cds×Vc2×f 总的开关损耗 Pcf=Ip×Vp×ts×f+ 1/2 ×Cds×Vc2 ×f。 式中:Ip为器件开关过程中流过的电流最大值; Vp为器件开关过程中承受的电压最大值; ts为开通关断时间; f为工作频率; Cds为功率MOSFET的漏源寄生电容。 现代电源理论指出:要减小上述这些损耗,就必须对功率开关实施零电压或 零电流转换,即采用谐振型变换结构。 光伏系统用中小功率逆变电源的发展展望 随着谐振开关电源的发展,谐振变换的思想也被用在逆变电源系统中,即构 成了谐振型高效逆变电源。该逆变电源是在DC/DC变换中采用了零电压或零 电流开关技术,因而开关损耗基本上可以消除,即使当开关频率超过1MHz以 上后,电源的效率也不会明显降低。实验证明:在工作频率相同的情况下,谐振 型变换的损耗可比非谐振型变换降低30%~40%。目前,谐振型电源的工作 频率可达500kHz到1MHz。 另外值得注意的是,光伏系统用中小功率逆变电源的研究正朝着模块化方向 发展,即采用不同的模块组合,就可构成不同的电压、波形变换系统。 毫无疑问,光伏系统用中小功率逆变电源会采用高频变换电路结构。在一些 技术细节上,也会有别于其它场合使用的逆变电源,如除了追求高可靠、高效率 外,还应针对光伏行业的特点,将控制、逆变有效地合二为一,即光伏逆变电源 在设计上应具有过压、欠压、短路、过热、极性接反等保护功能。这样做不但降 低了系统的造价,而且提高了系统的可靠性。
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