《有源逆變》課件

有源逆變有源逆變器是一種將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的電力電子設(shè)備。它可以通過(guò)控制開關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷狀態(tài)，將直流電源的能量轉(zhuǎn)換為交流電輸出。逆變器概述逆變器是將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的裝置。逆變器廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，例如新能源發(fā)電、電力系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)等。逆變器通常由功率電路、控制電路和保護(hù)電路組成。逆變器的工作原理是將直流電通過(guò)功率電路進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并通過(guò)控制電路進(jìn)行調(diào)節(jié)，最終輸出穩(wěn)定的交流電。逆變器的作用直流轉(zhuǎn)交流逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，為不同的設(shè)備供電。電壓變換逆變器可將直流電壓升高或降低至所需交流電壓。頻率轉(zhuǎn)換逆變器可以將直流電轉(zhuǎn)換為特定頻率的交流電，例如50Hz或60Hz。功率控制逆變器可以根據(jù)負(fù)載需求調(diào)節(jié)輸出功率。逆變器的特點(diǎn)11.高效性逆變器可以將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，并保持高效率，減少能量損失。22.可靠性逆變器需要在各種環(huán)境條件下持續(xù)運(yùn)行，因此需要高可靠性，以確保系統(tǒng)穩(wěn)定性。33.適應(yīng)性逆變器需要適應(yīng)不同的負(fù)載類型，并提供可靠的電源輸出，以滿足各種應(yīng)用需求。44.安全性逆變器需要滿足安全標(biāo)準(zhǔn)，保護(hù)用戶和設(shè)備免受電擊或其他危險(xiǎn)。逆變器的分類電壓源型逆變器電壓源型逆變器（VSI）以電壓為輸出，應(yīng)用廣泛。電流源型逆變器電流源型逆變器（CSI）以電流為輸出，適用于高電流負(fù)載。自感型逆變器自感型逆變器（ZSI）具有高效率和低損耗的特點(diǎn)。多電平逆變器多電平逆變器（MLI）能夠輸出更接近正弦波的電壓，減小諧波。電壓源型逆變器電壓源型逆變器（VSI）是逆變器中的一種常見(jiàn)類型，它以直流電壓作為輸入，輸出交流電壓。VSI通常采用脈沖寬度調(diào)制（PWM）技術(shù)控制開關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓的調(diào)節(jié)。VSI的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)多種多樣，常見(jiàn)的包括單相全橋逆變器、三相全橋逆變器等。VSI的特點(diǎn)包括：輸出電壓可調(diào)、效率較高、控制靈活等。VSI廣泛應(yīng)用于各種電力電子應(yīng)用中，例如：光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、電動(dòng)汽車、電機(jī)驅(qū)動(dòng)等。電壓源逆變器的功率電路電壓源逆變器的功率電路主要由開關(guān)器件、濾波器、變壓器和負(fù)載組成。開關(guān)器件通常采用IGBT或MOSFET，濾波器用于平滑輸出電壓，變壓器用于隔離和調(diào)整輸出電壓，負(fù)載則是逆變器輸出的能量接收端。開關(guān)器件IGBT或MOSFET濾波器LC濾波器變壓器隔離變壓器負(fù)載電機(jī)、電網(wǎng)等電壓源逆變器的控制脈寬調(diào)制(PWM)PWM技術(shù)是電壓源逆變器控制中最常用的方法。通過(guò)改變脈沖寬度來(lái)控制輸出電壓的平均值。頻率控制頻率控制確保輸出電壓的頻率穩(wěn)定，以滿足負(fù)載需求。通過(guò)調(diào)節(jié)PWM信號(hào)頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)。相位控制相位控制用于調(diào)節(jié)輸出電壓的相位。通過(guò)控制不同相位開關(guān)的開啟和關(guān)閉時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)。電流源型逆變器電流源型逆變器以電流為主導(dǎo)，其輸出電流基本保持恒定，而輸出電壓則根據(jù)負(fù)載變化而變化。電流源型逆變器通常用于需要穩(wěn)定電流輸出的場(chǎng)合，例如電弧焊機(jī)、電解槽等。電流源型逆變器具有抗負(fù)載變化能力強(qiáng)、輸出電流穩(wěn)定、易于并聯(lián)等優(yōu)點(diǎn)，但其控制相對(duì)復(fù)雜，輸出電壓受負(fù)載影響較大。電流源型逆變器的功率電路電流源型逆變器以電流為輸出，其功率電路主要由開關(guān)元件、電感、電容和輸出負(fù)載組成。與電壓源型逆變器相比，電流源型逆變器具有更高的效率、更快的響應(yīng)速度以及更強(qiáng)的抗干擾能力，在許多應(yīng)用領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。電流源型逆變器的控制1脈寬調(diào)制PWM技術(shù)通過(guò)改變開關(guān)器件的導(dǎo)通時(shí)間來(lái)控制輸出電壓和電流。2頻率控制通過(guò)調(diào)節(jié)載波信號(hào)的頻率來(lái)控制逆變器輸出頻率，以適應(yīng)不同的負(fù)載需求。3反饋控制通過(guò)檢測(cè)輸出電壓和電流，并將其與設(shè)定值進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)對(duì)逆變器輸出的精確控制。自感型逆變器自感型逆變器自感型逆變器是一種使用電感儲(chǔ)存能量的逆變器類型。工作原理它通過(guò)控制開關(guān)電路，將直流電源轉(zhuǎn)換為交流電源。應(yīng)用場(chǎng)景自感型逆變器通常用于高功率應(yīng)用，例如電動(dòng)汽車充電和太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)。自感型逆變器的功率電路自感型逆變器功率電路通常采用開關(guān)電感或變壓器作為功率轉(zhuǎn)換元件，通過(guò)控制開關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)直流電向交流電的轉(zhuǎn)換。自感型逆變器功率電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)多種多樣，常見(jiàn)的有單相全橋、三相全橋等，具體選擇取決于應(yīng)用場(chǎng)景和性能要求。自感型逆變器的控制1電流控制通過(guò)調(diào)節(jié)電流的幅值和相位，控制輸出電壓和頻率。2電壓控制根據(jù)負(fù)載需求，控制輸出電壓的幅值和相位。3頻率控制通過(guò)改變開關(guān)頻率，實(shí)現(xiàn)輸出頻率的調(diào)節(jié)。自感型逆變器通常采用脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)，通過(guò)控制開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓和頻率的調(diào)節(jié)。多電平逆變器多電平逆變器是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型電力電子裝置。與傳統(tǒng)的兩電平逆變器相比，多電平逆變器具有更高的輸出電壓、更低的諧波含量、更小的開關(guān)應(yīng)力等優(yōu)點(diǎn)。多電平逆變器在電力電子領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，例如，可用于新能源發(fā)電、電力系統(tǒng)中的無(wú)功補(bǔ)償、高壓直流輸電等。多電平逆變器的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)勢(shì)電壓等級(jí)更高輸出波形更純凈諧波含量更低劣勢(shì)成本更高控制更復(fù)雜電路更復(fù)雜多電平逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)兩電平三電平多電平結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單降低諧波高壓直流成本低廉提高效率高功率密度應(yīng)用廣泛提高可靠性應(yīng)用廣泛多電平逆變器的調(diào)制方法多電平逆變器調(diào)制方法是實(shí)現(xiàn)輸出電壓波形接近正弦波的關(guān)鍵。不同的調(diào)制方法有著不同的優(yōu)缺點(diǎn)，需要根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行選擇。1載波調(diào)制將多個(gè)載波信號(hào)與參考信號(hào)比較，生成PWM信號(hào)2空間矢量調(diào)制將輸出電壓矢量投影到空間矢量圖上，生成PWM信號(hào)3神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)調(diào)制利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，根據(jù)輸入信號(hào)生成PWM信號(hào)諧波分析諧波的影響諧波會(huì)造成電網(wǎng)電壓失真，影響其他設(shè)備的正常運(yùn)行。諧波的測(cè)量可以使用諧波分析儀測(cè)量電路中的諧波成分。諧波的抑制可以通過(guò)使用濾波器、補(bǔ)償器等措施來(lái)抑制諧波。逆變電路中的線損計(jì)算逆變器中的線損主要包括導(dǎo)線損耗和開關(guān)損耗。導(dǎo)線損耗由電流流過(guò)導(dǎo)線產(chǎn)生的熱量造成。開關(guān)損耗由開關(guān)器件的通斷過(guò)程產(chǎn)生。導(dǎo)線損耗可以用以下公式計(jì)算：P=I^2*R，其中P為功率損耗，I為電流，R為導(dǎo)線的電阻。開關(guān)損耗取決于開關(guān)器件的類型和工作頻率。為了降低逆變器中的線損，需要選擇合適的導(dǎo)線尺寸和開關(guān)器件，并優(yōu)化控制策略，以減少電流和開關(guān)頻率。逆變器的效率分析逆變器效率是衡量逆變器性能的重要指標(biāo)，主要影響因素包括器件損耗、開關(guān)損耗、散熱損耗等。不同應(yīng)用場(chǎng)景下，逆變器效率要求也不同。逆變器的熱設(shè)計(jì)11.散熱器散熱器是熱設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的部分，其尺寸和材質(zhì)決定了熱量傳遞效率。選擇合適的散熱器類型，例如風(fēng)冷、水冷或液冷，以滿足特定應(yīng)用場(chǎng)景的需求。22.熱量傳遞熱量從功率器件傳遞到散熱器，然后散逸到環(huán)境中。熱傳遞效率取決于散熱器尺寸、材料和冷卻方法。33.熱模擬使用熱模擬軟件來(lái)預(yù)測(cè)逆變器在不同工作條件下的溫度分布和熱量損失。逆變器的可靠性分析元件選擇選擇高可靠性元件，例如壽命更長(zhǎng)的電容器和耐溫等級(jí)更高的半導(dǎo)體。熱設(shè)計(jì)合理的熱設(shè)計(jì)，降低元件溫度，提高元件壽命。冗余設(shè)計(jì)采用冗余設(shè)計(jì)，例如雙電源供電或多模塊并聯(lián)，提高系統(tǒng)可靠性。保護(hù)電路設(shè)計(jì)完善的保護(hù)電路，防止過(guò)電流、過(guò)電壓、過(guò)熱等故障。逆變器在新能源中的應(yīng)用光伏發(fā)電逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，連接電網(wǎng)。實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)運(yùn)行。風(fēng)力發(fā)電逆變器將風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換為交流電。使風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)可以并網(wǎng)發(fā)電。逆變器在可再生能源中的應(yīng)用光伏發(fā)電逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，并將其并入電網(wǎng)或?yàn)樨?fù)荷供電。風(fēng)力發(fā)電逆變器將風(fēng)力渦輪機(jī)產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，并與電網(wǎng)同步。生物質(zhì)能發(fā)電逆變器可以將生物質(zhì)能發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，以滿足電力需求。逆變器在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用風(fēng)能發(fā)電風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)通常使用逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，以便連接到電網(wǎng)。光伏發(fā)電光伏發(fā)電系統(tǒng)使用逆變器將太陽(yáng)能電池板產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，并將其并入電網(wǎng)。電力傳輸和分配逆變器可用于將電力從發(fā)電站傳輸?shù)截?fù)載中心，并確保電力穩(wěn)定供應(yīng)。智能電網(wǎng)逆變器在智能電網(wǎng)中發(fā)揮著重要作用，幫助實(shí)現(xiàn)電力供應(yīng)的優(yōu)化和控制。逆變器在電機(jī)驅(qū)動(dòng)中的應(yīng)用11.電機(jī)控制逆變器可用于調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速和扭矩。22.效率優(yōu)化提高電機(jī)效率，降低能耗。33.可靠性提升提升電機(jī)系統(tǒng)可靠性，延長(zhǎng)使用壽命。44.應(yīng)用場(chǎng)景廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、電動(dòng)汽車、航空航天等領(lǐng)域。逆變器在航空航天中的應(yīng)用電力系統(tǒng)航空航天器上的電力系統(tǒng)通常使用逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，為各種設(shè)備供電。逆變器可以提供穩(wěn)定的電源，以滿足飛機(jī)、衛(wèi)星和火箭等航天器的特殊需求。推進(jìn)系統(tǒng)一些航空航天器使用電推進(jìn)系統(tǒng)，例如離子推進(jìn)器，這些系統(tǒng)需要逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為高壓交流電。逆變器可確保電推進(jìn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，提高推進(jìn)效率。通訊系統(tǒng)航空航天器上的通訊系統(tǒng)通常需要高頻交流電，逆變器可以將直流電轉(zhuǎn)換為所需頻率的交流電，支持穩(wěn)定的通訊。逆變器在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用軍事裝備逆變器為軍用設(shè)備提供可靠的電源，例如坦克、飛機(jī)和艦艇。無(wú)人機(jī)逆變器為無(wú)人機(jī)提供電力，以延長(zhǎng)飛行時(shí)間并提高作戰(zhàn)