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逆变器

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  • 发布时间:2015/1/28 9:30:54
  • 作者:银河电气
定义
用于逆变的交流/直流变流器。
注:英文“逆变器”有“inverter”和“invertor”两种拼写,两者都正确,本部分使用“inverter”。
参见:GB/T 2900.33-2004 电工术语 电力电子技术 551-12-10
将直流变换为交流的静止变流器。
参见:GB/T 2900.36-2003 电工术语 电力牵引 811.19.13
将直流电流变换成单相或多相交流电流的电能变换器。
参见:GB/T 2900.83-2008 电工术语 电的和磁的器件 151-13-46
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逆变器分类

  1、按波弦性质
  主要分两类,一类是正弦波逆变器,另一类是方波逆变器。正弦波逆变器输出的是同我们日常使用的电网一样甚至更好的正弦波交流电,因为它不存在电网中的电磁污染。方波逆变器输出的则是质量较差的方波交流电,其正向最大值到负向最大值几乎在同时产生,这样,对负载和逆变器本身造成剧烈的不稳定影响。同时,其负载能力差,仅为额定负载的40-60%,不能带感性负载。如所带的负载过大,方波电流中包含的三次谐波成分将使流入负载中的容性电流增大,严重时会损坏负载的电源滤波电容。针对上述缺点,出现了准正弦波(或称改良正弦波、修正正弦波、模拟正弦波等等)逆变器,其输出波形从正向最大值到负向最大值之间有一个时间间隔,使用效果有所改善,但准正弦波的波形仍然是由折线组成,属于方波范畴,连续性不好。总括来说,正弦波逆变器提供高质量的交流电,能够带动任何种类的负载,但技术要求和成本均高。准正弦波逆变器可以满足我们大部分的用电需求,效率高,噪音小,售价适中,因而成为市场中的主流产品。方波逆变器的制作采用简易的多谐振荡器,其技术属于50年代的水平,将逐渐退出市场。
  2、根据发电源不同
  分为煤电逆变器,太阳能逆变器,风能逆变器,核能逆变器。根据用途不同,分为独立控制逆变器,并网逆变器。世界上太阳能逆变器,欧美效率较高,欧洲标准是97.2%,但价格较为昂贵,国内其他的逆变器效率都在90%以下,但价格比进口要便宜很多。除了功率,波形以外,选择逆变器的效率也非常重要,效率越高则在逆变器身上浪费的电能就少,用于电器的电能就更多,特别是当你使用小功率系统时这一点的重要性更明显。
  3、按照源流性质
  有源逆变器:是使电流电路中的电流,在交流侧与电网连接而不直接接入负载的逆变器;
  无源逆变器:使电流电路中的电流,在交流侧不与电网连接而直接接入负载(即把直流电逆变为某一频率或可调频率的交流电供给负载)的逆变器
  4、按并网类型
  分为离网型逆变器和并网型逆变器
  5、按拓扑结构
  分为两电平逆变器,三电平逆变器,多电平逆变器
  6、按功率等级
  分为大功率逆变器,中功率逆变器,小功率逆变器

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逆变器结构原理

逆变器基本结构系统图

图示:逆变器基本结构系统图

  逆变器的核心是逆变开关电路,简称逆变电路。是通过半导体开关器件的导通与关断完成逆变的功能,但一个完整的逆变电路,除了主逆变电路外,还要有控制电路、输入电路、输出电路、辅助电路和保护电路等构成。
  (1)输入电路:为主逆变电路提供可确保其正常工作的直流电压。
  (2)输出电路:对主逆变电路输出的交流电的质量(包括波形、频率、电压电流幅值相位等)进行修正、补偿、调理,使之能满足用户要求。
  (3)控制电路:为主逆变电路提供一系列的控制脉冲来控制逆变开关管的导通和关断,配合主逆变电路完成逆变功能。在逆变电路中,控制电路与主逆变电路同样重要。
  (4)辅路电路:将输入电压变换成适合控制电路工作的直流电压。包括多种检测电路。
  (5)保护电路:输入过压、欠压保护;输出过压、欠压保护;过载保护;过流和短路保护;过热保护等。
  (6)主逆变电路:由半导体开关器件组成的变换电路,分为隔离式和非隔离式两大类。如变频器、能量回馈等都是非隔离的;UPS、通信基础开关电流等是隔离式逆变电路。隔离式逆变电路还应包括逆变电压器。无论是隔离式或非隔离式主逆变电路,基本上都是由升压电路Buck和降压电路Boost两种电路不同拓扑形式组合而成。这些组合在隔离式逆变器主电路中就构成了单端式(正激式和反激式两种)、推挽式、半桥式和全桥式等。这些电路既可以组成单项逆变器,也可组合成三相逆变器。

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离网型风能、太阳能发电系统用逆变器试验

  1、逆变器主要技术参数:
  额定容量、额定输出电压、输出频率、波形失真度、输出效率、空载损耗、保护功能、带载能力。
  2、主要参数检测标准:
  检测标准以GB/T 20321.2-2006离网型风能、太阳能发电用逆变器系统用技术条件试验方法为准。
  (1)、 输出电压
  逆变器应具有输出电压自动调节功能,当输入直流电压在额定范围85%~120%变化时,其方波输出电压变化范围应不超过额定电压值的±10%,正弦波输出电压变化范围不应超过额定电压值的±5%。
  (2)、 输出频率
  逆变器的输出频率变化范围不应超过规定值的±5%。
  (3)、 输出波形失真度
  逆变器输出波形为方波时,方波应不小于10%,正弦波应不小于5%。
  (4)、 输出效率
  在额定状态下,其输出容量不大于2KVA的逆变器,效率不应小于80%,大于2KVA的逆变器,效率不应小于85%。
  (5)、 带载能力
  在额定电流下,逆变器连续可靠供祖宗时间不应小于8h;在125%额定电流下,逆变器连续可靠工作时间不应小于1min;在150%额定电流下,逆变器连续可靠工作时间不应小于10S。
  (6)、 空载损耗
  在输入电压为额定值,负载为零时,逆变器空载损耗应不超过额定容量的3%。
  (7)、 保护功能
  逆变器应有以下的保护:
  a 、输出短路保护:其短路保护动作时间应不小于0.5S
  b、 过流保护:当工作电流超过额定值的150%,逆变器应能自动保护
  c 、输入欠压保护:当输入端电压低于额定电压值的85%时,逆变器应有保护和显示。
  d、 输入过压保护:当输入端电压高于额定电压值的130%时,逆变器应有保护和显示。
  e 、输入反接保护:当输入端正、负极接反时,逆变器应有防护功能和显示。
  f 、防雷保护:逆变器应具有防雷保护。
  3、逆变器的检测方法:
  逆变器的输出电压、频率、波形、效率、保护性能、带载能力、空载损耗、温升、噪声、高低温试验均按下图所示原理图接线。

 逆变器试验原理接线图
图示:逆变器试验原理接线图

  (1)、 输出电压和频率测定方法
  将直流电源输出电压调整至逆变器输入电压的额定电压值;调整负载电阻使逆变器的输出功率为额定功率;再调整负载电阻使逆变器的输出功率为额定功率;缓慢调整直流电源,使其电压值在额定电压的85%~120%内变化测量输出电压、频率。
  (2)、 输出波形测定
  将直流电源输出电压调整至逆变器输入电压的额定电压值;调整负载电阻使逆变器的输出功率为额定功率;输出为正弦波的逆变器,将示波器接至输出端进行测试;输出为方波逆变器,将示波器接至输出端进行测试,观察波形,计算(a-b)/b。

 方波逆变器输出波形
图示:方波逆变器输出波形

  (3)、 效率测定
测量器输入电流、电压和输出的电流、电压按下面公式计算:

 效率测定公式

  (4)、 空载损耗:逆变器输出端不接负载,将接入电压调为额定值测逆变器输入端的电压、电流按下公式计算损耗:

空载损耗

  (5)、 带载能力:将输入调到额定电压值,调节输出电流为额定值,连续可靠工作不少于8h;调节输出电流为125%额定值,连续可靠工作不少于1min;连续可靠工作不少于10S。看三种情况下逆变器工作是否正常工作。
  (6)、 保护功能
  a、 将逆变器负载端短路,测量逆变器短路自动保护作用时间;
  b、 过留保护,调整负载电阻使逆变器输出电流为1.5倍额定输出电流,看是否保护。
  c 、欠压保护,调整输入电压为额定电压的85%以下时,观测逆变器欠压保护装置是否可靠工作。
  d 、调整输入电压为额定电压的130%以下时,观测逆变器欠压保护装置是否可靠工作。
  e 、将逆变器正负极接反,观测逆变器反接输入保护是否可靠。
  f 、检查逆变器是否安装防雷保护装置。

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逆变器与变频器
  通常,把将交流电能变换成直流电能的过程称为整流,把完成整流功能的电路称为整流电路,把实现整流过程的装置称为整流设备或整流器。与之相对应,把将直流电能变换成交流电能的过程称为逆变,把完成逆变功能的电路称为逆变电路,把实现逆变过程的装置称为逆变设备或逆变器。
  变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。变频器的作用是改变交流电机供电的频率和幅值,因而改变其运动磁场的周期,达到控制电动机转速的目的。变频器的工作原理是先通过整流桥把工频电源整流成直流再通过逆变器变成频率不同的交流电源供给电机。
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逆变器应用
  1、汽车上的逆变器,将直流电变为需要的交流电。
  2、广泛应用于家庭影院、电动砂轮、电动工具、DVD、VCD、电脑、电视、洗衣机、风扇、照明等。
  3、逆变器是把直流电能(电池、蓄电瓶)转变成交流电(一般为220v/50HZ正弦或方波),常见电能捕鱼机。
  4、城市轨道车辆上有一种vvvf牵引逆变器,用于变频变压,在列车牵引时将高压(一般为DC750V或DC1500V)变为频率和电压可调的三相电供给牵引电动动机使用,在制动时可以把列车惯性带动牵引电机旋转发出的三相电能转换为直流电反馈回电网或通过能量消耗模块消耗掉。
  5、为直流电源提供交流辅助电源。有些维护工具需要交流电源,直流电源无法提供交流电源,可借助逆变器提供。
  6、为光伏或其他能源并网电源系统提供DC-AC变换功能。如将太阳能系统产生的直流电逆变为交流电,输入电网。

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