一、定义与作用
定义:逆变器,也叫逆变设备或 DC/AC 变换器,英文名为 inverter,是一种能将直流电源转换为定频定压或调频调压交流电源的电源转换装置,一般输出为 220V、50Hz 的正弦波。
作用:主要作用是将电能从电池等直流电源中转换为交流电能,以供应各种需要交流电能的电器设备,是光伏、风力发电等领域不可或缺的组成部分。
二、基本结构与原理
DC/DC 升压电路:为减小高频变压器体积,常采用多个变压器共同升压,如将 4 个相同变压器初级线圈等效并联、次级线圈串联组成升压电路,可把大功率均匀分配到每个变压器上。
推挽电路:先将输入的低压直流电逆变升压成高压交流电,然后通过整流桥和滤波后得到高压直流电。电路中变压器会出现偏磁现象,设计时要保证开关器件有充足电流裕量。
DC/AC 逆变电路:通常采用全桥逆变电路,开关器件的通断由 DSP 输出信号控制。通过 2 对开关器件交替导通的方式转换直流电压并输出逆变电压,逆变电压经过 LC 滤波器输出交流电。
控制器:一般采用开关电源控制器对升压电路的输出电压进行调节,将输出电压与参考电压比较,获得误差信号并输入控制器,由控制器调节 PWM 驱动信号的占空比,完成整流输出电压的闭环控制。
三、主要分类
1、按应用分类
普通型逆变器:直流 12V 或 24V 输入,交流 220V、50Hz 输出,功率为 75-5000W,部分型号具有交 - 直流转换(UPS)功能。
逆变 - 充电一体逆变器:可结合蓄电池、发电机、太阳能电池板和风力发电机等各种电源使用,在有交流电时,用交流电为负载供电或为蓄电池充电;无交流电时,将蓄电池电能逆变为交流电为负载供电。
通信专用逆变器:为通信提供高品质的 48V 电源,产品性能好、可靠性高,采用模块式(模块为 1kW)结构,具有保护功能且可扩充功率(2-20kW)。
航空、军队专用逆变器:直流 28V 输入,可提供交流输出电压 26V、115V、230V 等,输出频率可为 50Hz 或 60-400Hz,输出功率为 30-3500VA 不等。
光伏发电逆变器:分为独立光伏发电系统逆变器和并网光伏发电系统逆变器。
2、按输出波形分类
方波逆变器:输出交流电压波形为方波,电路简单,价格便宜,维修方便,但输出方波电压含有大量高次谐波,会对带有铁心电感或变压器的负载用电器产生附加损耗,还会干扰音频和某些通信设备,且调压范围窄,保护功能不完善,噪声大。
阶梯波逆变器:输出交流电压波形为阶梯波,输出波形比方波有明显改善,高次谐波含量减少,当阶梯达到 17 个以上时输出波形可实现准正弦波,无变压器输出时整机效率高。但阶梯波叠加线路使用的功率开关管数目较多,部分电路形式还要求有多组直流电源输入,对太阳能电池方阵的分组与接线和蓄电池的均衡充电不利,对音频和某些通信设备仍有一些高频干扰。
正弦波逆变器:输出交流电压波形为正弦波,输出波形好,失真度很低,对音频及通信设备干扰小,噪声低,保护功能齐全,对电感性和电容性负载适应性强,整机效率高,但电路相对复杂,对维修技术要求高,价格较高。
3、按逆变器主开关管的类型分类
可分为晶闸管逆变器、晶体管逆变器、场效应逆变器、绝缘栅双极晶体管(IGBT)逆变器,又可归纳为半控型逆变器和全控型逆变器两大类。半控型逆变器不具备自关断能力,全控型逆变器则具有自关断能力。
4、按逆变器输出交流电能的频率分类
可分为工频逆变器(频率为 50-60Hz)、中频逆变器(频率一般为 400Hz 到十几千赫兹)、高频逆变器(频率一般为十几千赫兹到兆赫兹级)。
5、按逆变器直流电源分类
可分为电压源型逆变器(VSI)、电流源型逆变器(CSI)。VSI 直流电压近似恒定,输出电压为交变方波;CSI 直流电流近似恒定,输出电流为交变方波。
四、技术指标
额定输出电压:在规定的直流输入电压允许波动范围内,输出额定电流时,逆变器应输出的额定电压值。逆变器的输出电压稳定度通常用电压调整率来表示,即输入直流电压允许波动范围内,逆变器输出电压的偏差百分数。
额定输出频率:在规定条件下,逆变器输出交流电压的频率应相对稳定,通常为工频 50Hz,正常工作条件下其偏差应在 1% 以内。
负载功率因数:表征逆变器带感性负载或容性负载的能力,在正弦波条件下,负载功率因数为 0.7-0.9(滞后),额定值为 0.9。功率因数由负载确定,逆变器功率因数较低时,所需逆变器容量增大,会增加成本,且光伏发电系统交流回路视在功率增大,导致回路电流增大,损耗增加,系统效率降低。
额定输出电流(或额定输出容量):指在规定的输出频率和负载功率因数下,逆变器应输出的额定电流值。有些逆变器产品给出的是额定输出容量,单位以 VA 或 kVA 表示。逆变器的额定容量是当输出功率因数为 1(即纯阻性负载)时,额定输出电压与额定输出电流的乘积。
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