離網(wǎng)逆變器工作原理、種類及特點(diǎn)

離網(wǎng)逆變器工作原理、種類及特點(diǎn)逆變器分類逆變器的工作原理是通過功率半導(dǎo)體開關(guān)器件的開通和關(guān)斷作用,把直流電能變換成交流電能。單相逆變器的基本電路有推挽式、半橋式和全橋式三種，雖然電路結(jié)構(gòu)不同，但工作原理類似。電路中都使用具有開關(guān)特性的半導(dǎo)體功率器件，由控制電路周期性地對(duì)功率器件發(fā)出開關(guān)脈沖控制信號(hào)，控制各個(gè)功率器件輪流導(dǎo)通和關(guān)斷，再經(jīng)過變壓器藕合升壓或降壓后，整形濾波輸出符合要求的交流電。表4-6逆變器分類分類方式名稱輸出電壓波形方波逆變器、正弦波逆變器、階梯波（準(zhǔn)正弦波）逆變器輸出電能去向有源逆變器、無(wú)源逆變器輸出交流電的相數(shù)單項(xiàng)逆變器、三相逆變器、多相逆變器輸出交流電的頻率工頻逆變器、中頻逆變器、高頻逆變器主回路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)推挽逆變器、半橋逆變器、全橋逆變器線路原理自激振蕩型逆變器、脈寬調(diào)制型逆變器、諧振型逆變器輸入直流電源性質(zhì)電壓源型逆變器、電流源型逆變器2.單相推挽逆變器電路原理單相推挽逆變器電路工作原理如圖4-16所示，該電路由2只共負(fù)極功率開關(guān)和1個(gè)帶有中心抽頭的升壓變壓器組成。若輸出端接阻性負(fù)載時(shí)，當(dāng)11WtWt2時(shí)，VT1功率管加上柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)U1,VT1導(dǎo)通，VT2截止，變壓器輸出端端輸出正電壓；當(dāng)13W1W14時(shí)，VT2功率管加上柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)U2時(shí)，VT2導(dǎo)通，VT1截止，變壓器輸出端端輸出負(fù)電壓。因此變壓輸出電壓Uo為方波，如圖4-17所示;若輸出端接感性負(fù)載，則變壓器內(nèi)的電流波形連續(xù),輸出電壓、電流波形如圖4-18所示，讀者可自行分析此波形的形成原理。圖4-16單相推挽逆變器電路圖4-17圖4-16單相推挽逆變器電路圖4-17推挽逆變電路輸入輸出電壓?jiǎn)蜗喟霕蚴侥孀冸娐吩韱蜗喟霕蚴侥孀冸娐方Y(jié)構(gòu)圖所4-19所，示該電路由兩只功率開關(guān)管、兩只儲(chǔ)能電容器等組成。當(dāng)功率開關(guān)管VT1導(dǎo)通時(shí)，電容C1上的能量釋放到負(fù)載RL上；當(dāng)VT2導(dǎo)通時(shí)，電容C2的能量通過變壓器釋放到負(fù)載RL上;VT1、VT2輪流導(dǎo)通時(shí)，在負(fù)載兩端獲得了交流電源。全橋式逆變電路全橋式逆變電路結(jié)構(gòu)如圖4-20所示。該電路由兩個(gè)半橋電路組成，開關(guān)功率管VT1和VT2互補(bǔ)，VT3和VT4互補(bǔ)，當(dāng)VT1與VT3同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，負(fù)載電壓U0=Ud；當(dāng)VT2與VT4同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，負(fù)載兩端U0=Ud；VT1、VT3和VT2、VT4輪流導(dǎo)通，負(fù)載兩端得到交流電能，若負(fù)載具有一定電感，即負(fù)載電流落后于電壓角度，在VT1、VT3功率管加上驅(qū)動(dòng)信號(hào)，由于電流的滯后，此時(shí)VT1、VT3仍處于導(dǎo)通續(xù)流階段，當(dāng)經(jīng)過?電角度時(shí)，電流仍過零，電源向負(fù)載輸送有功功率，同樣當(dāng)VT2、VT4加上柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)VT2、VT4仍處于續(xù)流狀態(tài)，此時(shí)能量從負(fù)載饋送回直流側(cè)，現(xiàn)經(jīng)過?角度后，VT2、VT4才真正流過電流。綜上所述，VT1、VT3和VT2、VT4分別工作半個(gè)周期，其輸出電壓波形為1800的方波表，如圖4-21所示。r十中.洱圖4-20全橋逆變電路r十中.洱圖4-20全橋逆變電路K：.-4.逆變結(jié)構(gòu)上述幾種電路都是逆變器的最基本電路，在實(shí)際應(yīng)用中，除了小功率光伏逆變器主電路采用這種單級(jí)的（DC-AC）轉(zhuǎn)換電路外，中、大功率逆變器主電路都采用兩級(jí)（DC-DC-AC）或三級(jí)（DC-AC-DC-AC）的電路結(jié)構(gòu)形式。一般來(lái)說，中、小功率光伏系統(tǒng)的太陽(yáng)能電池組件或方陣輸出的直流電壓都不太高，而且功率開關(guān)管的額定耐壓值也都比較低，因此逆變電壓也比較低，要得到220V或者380V的交流電，無(wú)論是推挽式還是全橋式的逆變電路，其輸出都必須加工頻升壓變壓器，由于工頻變壓器體積大、效率低、分量重，因此只能在小功率場(chǎng)合應(yīng)用。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，新型光伏逆變器電路都采用高頻開關(guān)技術(shù)和軟開關(guān)技術(shù)實(shí)現(xiàn)高功率密度的多級(jí)逆變。這種逆變電路的前級(jí)升伍電路采用推挽逆變電路結(jié)構(gòu)，但工作頻率都在20kHz以上，升壓變壓器采用高頻磁性材料做鐵芯，因而體積小、重量輕。低電壓直流電經(jīng)過高頻逆變后變成了高頻高壓交流電，又經(jīng)過高頻整流濾波電路后得到高壓直流電（一般均在300V以上），再通過工頻逆變電路實(shí)現(xiàn)逆變得到220V或者380V的交流電，整個(gè)系統(tǒng)的逆變效率可達(dá)到90%以上，目前大多數(shù)正弦波光伏逆變器都是采用這種三級(jí)的電路結(jié)構(gòu)，如圖6-12所示。其具體工作過程是：首先將太陽(yáng)能電池方陣輸出的直流電（如24V、48V、110V、220V等）通過高頻逆變電路逆變?yōu)椴ㄐ螢榉讲ǖ慕涣麟?，逆變頻率一般在幾千赫茲到幾十千赫茲，再通過高頻升壓變壓器整流濾波后變?yōu)楦邏褐绷麟姡缓蠼?jīng)過第三級(jí)DC-AC逆變?yōu)樗枰?20V或380V工頻交流電。DC AC DC AC圖4-22逆變器的三級(jí)電路結(jié)構(gòu)原理示意圖圖4-23是逆變器將直流電轉(zhuǎn)換成交流電的轉(zhuǎn)換過程示意圖，以幫助大家加深對(duì)逆變器工作原理的理解。半導(dǎo)體功率開關(guān)器件在控制電路的作用下以l/l00s的速度開關(guān)，將直流

切斷，并將其中一半的波形反向而得到矩形的交流波形，然后通過電路使矩形的交流波形平逆變器按照輸出電壓波形的不同，可分為方波逆變器、階梯波逆變器和正弦波逆變器，其輸出波形如圖4-24所示。在太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，方波和階梯波逆變器一般都用在小功率場(chǎng)合。下面就分別對(duì)這3種不同輸出波形逆變器的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行介紹。方波逆變器。方波逆變器輸出的波形是方波，也叫矩形波。盡管方波逆變器所使用的電路不盡相同，但共同的優(yōu)點(diǎn)是線路簡(jiǎn)單(使用的功率開關(guān)管數(shù)量最少)、價(jià)格便宜、維修方便．其設(shè)計(jì)功率一般在數(shù)百瓦到幾千瓦之間。缺點(diǎn)是調(diào)壓范圍窄、噪聲較大，方波電壓中含有大量高次諧波，帶感性負(fù)載如電動(dòng)機(jī)等用電器中將產(chǎn)生附加損耗，因此效率低，電磁干擾大。方波逆變器不能應(yīng)用于并網(wǎng)發(fā)電的場(chǎng)合。階梯波逆變器。階梯波逆變器也叫修正波逆變器，階梯波比方波波形有明顯改善，波形類似于正弦波，波形中的高次諧波含量少，故可以帶包括感性負(fù)載在內(nèi)的各種負(fù)載。用無(wú)變壓器輸出時(shí)，整機(jī)效率高。缺點(diǎn)是線路較為復(fù)雜。為把方波修正成階梯波，需要多個(gè)不同的復(fù)雜電路，產(chǎn)生多種波形疊加修正而成，這些電路使用的功率開關(guān)管也較多，電磁二擾圖4-24逆變器輸出波形示意圖（3）正弦波逆變器。正弦波逆變器輸出的波形與交流市電的波形相同。這種逆變器的優(yōu)，是輸出波形好、失真度低，干擾小、噪聲低，保護(hù)功能齊全，整機(jī)性能好，技術(shù)含量高。自點(diǎn)是線路復(fù)雜、維修困難、價(jià)格較貴。6.逆變器命名方式正弦波系列逆變器型號(hào)命名由五部分組成：正弦波系列逆變器代號(hào)、輸入直流額定電壓、輸出容量額定值、區(qū)分代號(hào)、安裝使用方式。第一部分用字母SN表示正弦波系列逆變器；第二部分用數(shù)字表示輸入直流額定電壓（單位：V）；第三部分用數(shù)字表示輸出容量額定值（單位：VA）；四部分用數(shù)字或字母表示區(qū)分代號(hào)，見下表4-6所示。表4-6區(qū)分代號(hào)、安裝使用方式字母含義