逆变电源的原理和应用.pdf

### 逆变电源的原理和应用 #### 一、概述 **逆变器**是一种能够将直流电(DC)转换为交流电(AC)的电力变换装置，在太阳能、风能等可再生能源系统中扮演着核心角色。随着电力电子技术的进步，逆变技术也在不断地发展和完善。 1. **逆变器的定义：** - 逆变器是一种利用半导体功率开关的通断作用，将直流电转换为交流电的变换装置。 - 它是整流变换的逆过程，即由直流电转变为交流电的过程。 2. **逆变技术的发展趋势：** - **早期发展**：逆变技术的研究可以追溯到1931年。1948年，美国西屋电气公司研制出了第一台3KHz感应加热逆变器，标志着逆变技术的初步发展。 - **晶闸管阶段**：20世纪70年代，晶闸管(SCR)的出现极大地推动了正弦波逆变器的发展。 - **新型器件的应用**：20世纪80年代，随着GTO、BJT、MOSFET、IGBT等新型功率器件的诞生，逆变技术得到了更广泛的应用和发展，并朝着高频化、大容量化的方向前进。 - **控制技术进步**：进入21世纪，随着微电子技术的进步，控制电路也从模拟集成电路发展到单片机控制，甚至采用数字信号处理器(DSP)进行控制，提高了逆变器的性能。 3. **逆变器的主要技术指标：** - 输出波形质量（如正弦波、方波等）。 - 效率。 - 功率因数。 - 总谐波失真率(THD)。 - 输出电压稳定性。 - 开关频率。 - 最大输出功率。 #### 二、单相电压源逆变器 1. **推挽式逆变电路：** - 结构简单，适用于小功率场合。 - 两个开关交替工作，实现直流电到交流电的转换。 2. **半桥式逆变电路：** - 由两个开关器件组成，其中一个作为主开关，另一个作为辅助开关。 - 通过控制两个开关的状态，产生交流输出。 3. **单相全桥逆变电路：** - 采用四个开关器件组成全桥结构。 - 提供更高的输出效率和更好的波形质量。 - **移相调压法**：通过调整两个半桥之间的相位差来改变输出电压。 - **脉宽调节法**：通过调节开关的导通时间来调节输出电压。 4. **单相方波逆变器的输出波形分析：** - 方波逆变器输出的是非正弦波，含有大量的谐波成分。 - 通过滤波器可以改善输出波形的质量。 5. **单相全桥正弦波逆变技术：** - 使用正弦波PWM控制技术来产生高质量的正弦波输出。 - 包括单极性和双极性两种调制方式。 - **单极性正弦波脉宽调制方式**：只在一个方向上产生PWM信号。 - **双极性正弦波脉宽调制方式**：在正负两个方向上产生PWM信号。 #### 三、三相逆变器 1. **三相电压型逆变器：** - **三相电压型方波逆变器**：输出三相对称的方波。 - **三相电压型SPWM逆变器**：采用正弦波PWM技术，输出接近正弦波的交流电。 - **SPWM波形生成技术**：通过比较正弦波与三角载波得到PWM控制信号。 - **双极性调制**：每个周期内都有正负两种状态。 - **自然采样法**与**规则采样法**：用于生成PWM波形的方法。 - **消除有限次谐波的PWM调制方法**：通过特定的调制方式减少特定次数的谐波。 - **过调制问题**：在高输出电压比时，可能会导致波形失真。 2. **三相电流型逆变器：** - 相对于电压型逆变器而言，电流型逆变器更加关注输出电流的控制。 - 在某些特定应用中具有优势。 #### 四、带高频环节逆变技术 1. **高频DC-DC变换器：** - **不隔离型直流斩波器**：适用于不需要电气隔离的应用场合。 - **降压斩波电路**：用于降低输入电压。 - **升压斩波电路**：用于提高输入电压。 - **隔离型DC-DC变换器**：提供电气隔离功能。 - **基本电路的动作说明**：介绍隔离型DC-DC变换器的工作原理。 - **后级DC-AC逆变器**：将经过高频DC-DC变换后的直流电再次转换为交流电。 2. **逆变器的设计规格与优势：** - 设计规格包括最大输入电压、最大输出功率等。 - 采用DSP控制的优势在于提高控制精度和响应速度。 #### 五、逆变器的组合、并联、多重叠加和多电平技术 1. **逆变器的组合：** - 通过将多个逆变器组合起来，可以实现更大容量或更高质量的输出。 2. **逆变器的并联：** - **并联逆变的关键技术**：主要包括均流控制和同步控制。 - **均流控制**：确保各个逆变器之间负载均衡。 - **同步控制**：使多个逆变器输出相位一致。 3. **逆变器的多重叠加技术：** - 单相串联多重叠加技术：通过串联多个逆变器，实现输出电压的增加。 - 三相逆变器的多重叠加技术：适用于三相系统，提高输出电压和电流。 4. **逆变器的多电平变换技术：** - 二极管箝位型三电平变换：输出三个电平，减少了开关损耗。 - 二极管箝位型五电平变换：输出五个电平，进一步提高了输出波形的质量。 #### 六、并网型逆变技术 1. **光伏并网逆变技术：** - **小型光伏电路**：适用于家庭或小型商业应用。 - **正弦波电压的实现**：通过正弦波PWM控制技术实现高质量的并网输出。 - **大型光伏并网发电技术**：适用于大规模光伏发电站。 2. **风机并网发电技术：** - **变速风力发电机组中的逆变器**：能够适应风速变化，提高能量利用率。 - 逆变器在风力发电系统中的应用，使得风力发电更加高效、稳定。 逆变技术是电力电子领域的重要组成部分，涵盖了从直流到交流的能量转换过程。随着新型功率器件和控制技术的不断进步，逆变器在效率、体积、性能等方面取得了显著的进步，为可再生能源的广泛应用提供了强有力的技术支持。