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逆變器

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  • 發(fā)布時間:2015/1/28 9:30:54
  • 作者:銀河電氣
定義
用于逆變的交流/直流變流器。
注:英文“逆變器”有“inverter”和“invertor”兩種拼寫,兩者都正確,本部分使用“inverter”。
參見:GB/T 2900.33-2004 電工術語 電力電子技術 551-12-10
將直流變換為交流的靜止變流器。
參見:GB/T 2900.36-2003 電工術語 電力牽引 811.19.13
將直流電流變換成單相或多相交流電流的電能變換器。
參見:GB/T 2900.83-2008 電工術語 電的和磁的器件 151-13-46
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逆變器分類

  1、按波弦性質
  主要分兩類,一類是正弦波逆變器,另一類是方波逆變器。正弦波逆變器輸出的是同我們日常使用的電網一樣甚至更好的正弦波交流電,因為它不存在電網中的電磁污染。方波逆變器輸出的則是質量較差的方波交流電,其正向最大值到負向最大值幾乎在同時產生,這樣,對負載和逆變器本身造成劇烈的不穩(wěn)定影響。同時,其負載能力差,僅為額定負載的40-60%,不能帶感性負載。如所帶的負載過大,方波電流中包含的三次諧波成分將使流入負載中的容性電流增大,嚴重時會損壞負載的電源濾波電容。針對上述缺點,出現(xiàn)了準正弦波(或稱改良正弦波、修正正弦波、模擬正弦波等等)逆變器,其輸出波形從正向最大值到負向最大值之間有一個時間間隔,使用效果有所改善,但準正弦波的波形仍然是由折線組成,屬于方波范疇,連續(xù)性不好。總括來說,正弦波逆變器提供高質量的交流電,能夠帶動任何種類的負載,但技術要求和成本均高。準正弦波逆變器可以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品。方波逆變器的制作采用簡易的多諧振蕩器,其技術屬于50年代的水平,將逐漸退出市場。
  2、根據發(fā)電源不同
  分為煤電逆變器,太陽能逆變器,風能逆變器,核能逆變器。根據用途不同,分為獨立控制逆變器,并網逆變器。世界上太陽能逆變器,歐美效率較高,歐洲標準是97.2%,但價格較為昂貴,國內其他的逆變器效率都在90%以下,但價格比進口要便宜很多。除了功率,波形以外,選擇逆變器的效率也非常重要,效率越高則在逆變器身上浪費的電能就少,用于電器的電能就更多,特別是當你使用小功率系統(tǒng)時這一點的重要性更明顯。
  3、按照源流性質
  有源逆變器:是使電流電路中的電流,在交流側與電網連接而不直接接入負載的逆變器;
  無源逆變器:使電流電路中的電流,在交流側不與電網連接而直接接入負載(即把直流電逆變?yōu)槟骋活l率或可調頻率的交流電供給負載)的逆變器
  4、按并網類型
  分為離網型逆變器和并網型逆變器
  5、按拓撲結構
  分為兩電平逆變器,三電平逆變器,多電平逆變器
  6、按功率等級
  分為大功率逆變器,中功率逆變器,小功率逆變器

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逆變器結構原理

逆變器基本結構系統(tǒng)圖

圖示:逆變器基本結構系統(tǒng)圖

  逆變器的核心是逆變開關電路,簡稱逆變電路。是通過半導體開關器件的導通與關斷完成逆變的功能,但一個完整的逆變電路,除了主逆變電路外,還要有控制電路、輸入電路、輸出電路、輔助電路和保護電路等構成。
  (1)輸入電路:為主逆變電路提供可確保其正常工作的直流電壓。
  (2)輸出電路:對主逆變電路輸出的交流電的質量(包括波形、頻率、電壓電流幅值相位等)進行修正、補償、調理,使之能滿足用戶要求。
  (3)控制電路:為主逆變電路提供一系列的控制脈沖來控制逆變開關管的導通和關斷,配合主逆變電路完成逆變功能。在逆變電路中,控制電路與主逆變電路同樣重要。
  (4)輔路電路:將輸入電壓變換成適合控制電路工作的直流電壓。包括多種檢測電路。
  (5)保護電路:輸入過壓、欠壓保護;輸出過壓、欠壓保護;過載保護;過流和短路保護;過熱保護等。
  (6)主逆變電路:由半導體開關器件組成的變換電路,分為隔離式和非隔離式兩大類。如變頻器、能量回饋等都是非隔離的;UPS、通信基礎開關電流等是隔離式逆變電路。隔離式逆變電路還應包括逆變電壓器。無論是隔離式或非隔離式主逆變電路,基本上都是由升壓電路Buck和降壓電路Boost兩種電路不同拓撲形式組合而成。這些組合在隔離式逆變器主電路中就構成了單端式(正激式和反激式兩種)、推挽式、半橋式和全橋式等。這些電路既可以組成單項逆變器,也可組合成三相逆變器。

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離網型風能、太陽能發(fā)電系統(tǒng)用逆變器試驗

  1、逆變器主要技術參數:
  額定容量、額定輸出電壓、輸出頻率、波形失真度、輸出效率、空載損耗、保護功能、帶載能力。
  2、主要參數檢測標準:
  檢測標準以GB/T 20321.2-2006離網型風能、太陽能發(fā)電用逆變器系統(tǒng)用技術條件試驗方法為準。
  (1)、 輸出電壓
  逆變器應具有輸出電壓自動調節(jié)功能,當輸入直流電壓在額定范圍85%~120%變化時,其方波輸出電壓變化范圍應不超過額定電壓值的±10%,正弦波輸出電壓變化范圍不應超過額定電壓值的±5%。
  (2)、 輸出頻率
  逆變器的輸出頻率變化范圍不應超過規(guī)定值的±5%。
  (3)、 輸出波形失真度
  逆變器輸出波形為方波時,方波應不小于10%,正弦波應不小于5%。
  (4)、 輸出效率
  在額定狀態(tài)下,其輸出容量不大于2KVA的逆變器,效率不應小于80%,大于2KVA的逆變器,效率不應小于85%。
  (5)、 帶載能力
  在額定電流下,逆變器連續(xù)可靠供祖宗時間不應小于8h;在125%額定電流下,逆變器連續(xù)可靠工作時間不應小于1min;在150%額定電流下,逆變器連續(xù)可靠工作時間不應小于10S。
  (6)、 空載損耗
  在輸入電壓為額定值,負載為零時,逆變器空載損耗應不超過額定容量的3%。
  (7)、 保護功能
  逆變器應有以下的保護:
  a 、輸出短路保護:其短路保護動作時間應不小于0.5S
  b、 過流保護:當工作電流超過額定值的150%,逆變器應能自動保護
  c 、輸入欠壓保護:當輸入端電壓低于額定電壓值的85%時,逆變器應有保護和顯示。
  d、 輸入過壓保護:當輸入端電壓高于額定電壓值的130%時,逆變器應有保護和顯示。
  e 、輸入反接保護:當輸入端正、負極接反時,逆變器應有防護功能和顯示。
  f 、防雷保護:逆變器應具有防雷保護。
  3、逆變器的檢測方法:
  逆變器的輸出電壓、頻率、波形、效率、保護性能、帶載能力、空載損耗、溫升、噪聲、高低溫試驗均按下圖所示原理圖接線。

 逆變器試驗原理接線圖
圖示:逆變器試驗原理接線圖

  (1)、 輸出電壓和頻率測定方法
  將直流電源輸出電壓調整至逆變器輸入電壓的額定電壓值;調整負載電阻使逆變器的輸出功率為額定功率;再調整負載電阻使逆變器的輸出功率為額定功率;緩慢調整直流電源,使其電壓值在額定電壓的85%~120%內變化測量輸出電壓、頻率。
  (2)、 輸出波形測定
  將直流電源輸出電壓調整至逆變器輸入電壓的額定電壓值;調整負載電阻使逆變器的輸出功率為額定功率;輸出為正弦波的逆變器,將示波器接至輸出端進行測試;輸出為方波逆變器,將示波器接至輸出端進行測試,觀察波形,計算(a-b)/b。

 方波逆變器輸出波形
圖示:方波逆變器輸出波形

  (3)、 效率測定
測量器輸入電流、電壓和輸出的電流、電壓按下面公式計算:

 效率測定公式

  (4)、 空載損耗:逆變器輸出端不接負載,將接入電壓調為額定值測逆變器輸入端的電壓、電流按下公式計算損耗:

空載損耗

  (5)、 帶載能力:將輸入調到額定電壓值,調節(jié)輸出電流為額定值,連續(xù)可靠工作不少于8h;調節(jié)輸出電流為125%額定值,連續(xù)可靠工作不少于1min;連續(xù)可靠工作不少于10S。看三種情況下逆變器工作是否正常工作。
  (6)、 保護功能
  a、 將逆變器負載端短路,測量逆變器短路自動保護作用時間;
  b、 過留保護,調整負載電阻使逆變器輸出電流為1.5倍額定輸出電流,看是否保護。
  c 、欠壓保護,調整輸入電壓為額定電壓的85%以下時,觀測逆變器欠壓保護裝置是否可靠工作。
  d 、調整輸入電壓為額定電壓的130%以下時,觀測逆變器欠壓保護裝置是否可靠工作。
  e 、將逆變器正負極接反,觀測逆變器反接輸入保護是否可靠。
  f 、檢查逆變器是否安裝防雷保護裝置。

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逆變器與變頻器
  通常,把將交流電能變換成直流電能的過程稱為整流,把完成整流功能的電路稱為整流電路,把實現(xiàn)整流過程的裝置稱為整流設備或整流器。與之相對應,把將直流電能變換成交流電能的過程稱為逆變,把完成逆變功能的電路稱為逆變電路,把實現(xiàn)逆變過程的裝置稱為逆變設備或逆變器。
  變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。變頻器的作用是改變交流電機供電的頻率和幅值,因而改變其運動磁場的周期,達到控制電動機轉速的目的。變頻器的工作原理是先通過整流橋把工頻電源整流成直流再通過逆變器變成頻率不同的交流電源供給電機。
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逆變器應用
  1、汽車上的逆變器,將直流電變?yōu)樾枰慕涣麟姟?br />   2、廣泛應用于家庭影院、電動砂輪、電動工具、DVD、VCD、電腦、電視、洗衣機、風扇、照明等。
  3、逆變器是把直流電能(電池、蓄電瓶)轉變成交流電(一般為220v/50HZ正弦或方波),常見電能捕魚機。
  4、城市軌道車輛上有一種vvvf牽引逆變器,用于變頻變壓,在列車牽引時將高壓(一般為DC750V或DC1500V)變?yōu)轭l率和電壓可調的三相電供給牽引電動動機使用,在制動時可以把列車慣性帶動牽引電機旋轉發(fā)出的三相電能轉換為直流電反饋回電網或通過能量消耗模塊消耗掉。
  5、為直流電源提供交流輔助電源。有些維護工具需要交流電源,直流電源無法提供交流電源,可借助逆變器提供。
  6、為光伏或其他能源并網電源系統(tǒng)提供DC-AC變換功能。如將太陽能系統(tǒng)產生的直流電逆變?yōu)榻涣麟姡斎腚娋W。

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