低輸入電壓大功率逆變器技術(shù)研究

1、2022-3-31低輸入電壓大功率逆變器技術(shù)研究 謝少軍 韓軍 張勇 2022-3-31主要內(nèi)容主要內(nèi)容引言引言 低輸入電壓逆變器技術(shù)方案分析低輸入電壓逆變器技術(shù)方案分析 小結(jié)小結(jié) 移相調(diào)壓階梯波合成逆變器原理移相調(diào)壓階梯波合成逆變器原理 28V28V輸入輸入20kVA20kVA三相逆變器設(shè)計三相逆變器設(shè)計及研制結(jié)果及研制結(jié)果 2022-3-31研究背景研究背景1.1.低電壓輸入的逆變器應(yīng)用廣泛低電壓輸入的逆變器應(yīng)用廣泛 2.2.低輸入電壓的單臺逆變器很難實現(xiàn)較大低輸入電壓的單臺逆變器很難實現(xiàn)較大功率輸出功率輸出 3.3.逆變器并聯(lián)較復(fù)雜逆變器并聯(lián)較復(fù)雜 2022-3-31低輸入電壓逆變器技術(shù)

2、方案分析低輸入電壓逆變器技術(shù)方案分析 1.1.從低壓直接逆變，再升壓。從低壓直接逆變，再升壓。 2.2.直流升壓變換器和階梯波合成逆變器組合。直流升壓變換器和階梯波合成逆變器組合。 3.3.直流變換器和正弦脈寬調(diào)制逆變器的組合。直流變換器和正弦脈寬調(diào)制逆變器的組合。采用一臺直流變換器處理全部功率，無論是隔離式采用一臺直流變換器處理全部功率，無論是隔離式變換器或非隔離式變換器，功率器件的電流均極高，變換器或非隔離式變換器，功率器件的電流均極高，工程實現(xiàn)是十分困難的。工程實現(xiàn)是十分困難的。 功率管的電流定額過大功率管的電流定額過大 功率管的功率管的開關(guān)應(yīng)力開關(guān)應(yīng)力過大過大 若若多個器件并聯(lián)多個器件

3、并聯(lián)，工藝復(fù)雜，結(jié)構(gòu)設(shè)計困難，可靠性低工藝復(fù)雜，結(jié)構(gòu)設(shè)計困難，可靠性低 大電流使逆變器的損耗過大大電流使逆變器的損耗過大 2022-3-31移相調(diào)壓階梯波合成逆變器原理移相調(diào)壓階梯波合成逆變器原理 傳統(tǒng)的階梯波逆變器本身不具備調(diào)壓功能，傳統(tǒng)的階梯波逆變器本身不具備調(diào)壓功能，為了穩(wěn)定輸出電壓，且避免采用直流變換器，為了穩(wěn)定輸出電壓，且避免采用直流變換器，可以采用兩個逆變器串聯(lián)，依靠調(diào)節(jié)兩者輸出可以采用兩個逆變器串聯(lián)，依靠調(diào)節(jié)兩者輸出電壓的相位來調(diào)節(jié)電壓。電壓的相位來調(diào)節(jié)電壓。 各個階梯波逆變器通道之間功率自然均分，各個階梯波逆變器通道之間功率自然均分，單臺逆變器功率容量小，每個橋臂的電流定額單臺

4、逆變器功率容量小，每個橋臂的電流定額小，易于實現(xiàn)小，易于實現(xiàn)單級功率變換，可以達到較高效率單級功率變換，可以達到較高效率 2022-3-31移相調(diào)壓原理移相調(diào)壓原理 1oU02UoU021UUUoo0sinsin)cos(cos2121oooooUUUUU2022-3-31移相控制信號產(chǎn)生移相控制信號產(chǎn)生 2AST2pU u up p與輸出電壓同頻率的三角波交截，得到一定脈寬的相與輸出電壓同頻率的三角波交截，得到一定脈寬的相位差脈沖，兩組逆變電源通過鎖相環(huán)分別鎖定脈沖的前后沿，位差脈沖，兩組逆變電源通過鎖相環(huán)分別鎖定脈沖的前后沿，調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)u up p的大小即可改變脈沖的寬度，從而調(diào)節(jié)兩逆變電源

5、輸?shù)拇笮〖纯筛淖兠}沖的寬度，從而調(diào)節(jié)兩逆變電源輸出的相位差。出的相位差。 三角波交截法三角波交截法 2022-3-3128V28V輸入輸入20kVA20kVA三相逆變器設(shè)計三相逆變器設(shè)計某28V輸入三相逆變器要求工作電壓范圍18-32V輸出電壓為115V，頻率400Hz根據(jù)上述原理采用兩個四通道三相橋式逆變器實現(xiàn)；考慮2倍過載，功率管電流額定需要300A，可以采用兩只60V/200A功率場效應(yīng)管并聯(lián)；將合成變壓器的變比取為1:1.14:0.94:0.66:0.34；2在26-90范圍內(nèi)變化，即可實現(xiàn)全部工作電壓范圍內(nèi)的輸出電壓穩(wěn)定；理論上該逆變器不濾波輸出電壓失真度為7.3%，采用很小的24次

6、濾波陷阱后，輸出電壓失真度可小于1%；由于每個三相逆變橋功率較小，工程實現(xiàn)很簡單。2022-3-31系統(tǒng)動態(tài)模型的建立系統(tǒng)動態(tài)模型的建立 為了研究系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動態(tài)性能，對系統(tǒng)進行了小信號分析。首先建立系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型，為了便于建模分析，同時保證模型的合理有效，我們做如下假設(shè)：(1)假設(shè)系統(tǒng)在某一時刻已經(jīng)穩(wěn)定，輸入給定發(fā)生微小變化ugr，考察系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動態(tài)性能;(2)所有元件都是理想的，無寄生參數(shù)，功率管開關(guān)瞬間完成，并忽略上下管的死區(qū)時間；(3)輸出電壓為正弦波，忽略所有諧波，并忽略濾波器對基波的延遲。 2022-3-31模型等效過程模型等效過程 PI調(diào)節(jié)器-+PLLgrUfU+-eU

7、pUoU反饋逆變電路0三角波PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為 sUsTksUeipp11三角波比較交截stAk2 vpvkssTksG2鎖相環(huán)2sin12cos2RnUl skssUslsin22022-3-31系統(tǒng)動態(tài)模型系統(tǒng)動態(tài)模型+-sTkip11eUpU1sTkttlUvpvkssTk2oUfU1sTkffsEkkoUgU0 1112sTkssTsTsTsTkkkkkksHsGfvptiivfestp系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù) 2022-3-3120kVA20kVA靜止變流器研制結(jié)果靜止變流器研制結(jié)果 空載輸出電壓波形滿載輸出電壓電流波形 THD小于1%，滿載時最高效率超過92% 2022-3-3120

8、kVA20kVA靜止變流器試驗結(jié)果靜止變流器試驗結(jié)果 變流器與蓄電池配合重載試驗結(jié)果 電壓V電流A輸出電壓V輸出電流ATHD %效率%26.79620115.41115.40115.3845.342.341.90.730.680.589.926.67619115.23115.00114.9644.743.841.90.720.670.5390.925.95631115.10115.02115.0140.943.542.30.680.670.5689.024.77655114.99115.14115.0645.243.142.00.660.660.5692.423.93678115.06114.98114.9145.343.342.30.640.600.5092.72022-3-31系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)突加負載電流電壓波形 突卸負載電流電壓波形 加、卸50A對稱阻性負載時，電壓調(diào)整時間約300ms 2022-3-31小結(jié)小結(jié)1.本文提出了移相調(diào)壓階梯波逆變器方案，有效地解決了低電壓輸入大功率靜止變流器的技術(shù)難點，電能變換效率高，工程實現(xiàn)簡便。 2.本文分析了