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2022-5-12 15:40 上传
整流电路:主要由整流桥组成;将交流电(市电)经过全桥整流后成直流电。对于三相380V的交流电,经整流后,直流电压理论值为380X1.414≈537V;而单相220V的交流电,经整流后,直流电压理论值为220X1.414≈310V。
缓冲电路:抑制在上电瞬间的冲击电流。由电解电容的工作原理可知,变频器在上电瞬间,电容的两端电压不会突变,而电容两端的电流会突变,此时电容两端相当于短路。若没有缓冲电路(充电电阻),整流桥会因为电流过大而损坏。缓冲电路起到了保护整流桥的作用。
滤波电路:一般电解电容的耐压值为400V;而三相380V的交流电,经整流后,直流电压理论值约为537V。因此滤波电容器,只能由两级电解电容串联而成。由于电解电容的容量不可能绝对相同,串联之后两级电解电容上的电压分配是不均衡的,会导致两个电解电容的使用寿命不一样。为了解决电压不均衡的问题,需在两个电解电容两端分别并联阻值相同的均压电阻。
逆变电路:将直流电(直流母线)转换成交流电的电力电子电路。在逆变桥里的多个IGBT组成。每个IGBT里都集成一个续流二极管,其作用是为电机的定子绕组反馈能量(电机发电)提供回路。当电机处于发电状态时,其电能可通过续流二极管流向直流回路,电解电容充电。
由于世界各国电网中电压、频率各不相同,出口、进口产品都需要根据不同国家的电压、频率来测试其技术性能。 变频电源可以模拟世界各国的供电电压和频率。
变频电源的输入电源是交流电,一般国内的三相交流电是380V,单相交流电是220V,美国、日本等国的电压是110V,(查看世界各国的电压的频率)。变频电源可以模仿世界各国的用电标准电压怕频率,所以很多的出口电器的厂商就用变频电源来测试出口电器的使用情况。每个国家的用电标准频率都是不同的,不同国家的用电标准频率:世界各国电压标准
国家电压频率
下表列出了一些国家或地区的单相电压数值。
我们常规使用的大功率变频电源一般参数示例
变频器根据调制方式分类:
t 脉幅调制(PAM) : Plus Amplitude Modulation
t 脉宽调制(PWM) : Plus Width Modulation
变频电源是将市电中的交流电经过AC-DC-AC变换, 输出为纯净的正弦波,输出频率和电压 一定范围内可调。它有别于用于电机调速用的变频调速控制器,也有别于普通交流稳压电源。理想的交流电源的特点是频率稳定、电压稳定、内阻等于零、电压波形为纯正弦波(无失真)。变频电源十分接近于理想交流电源,因此,先进发达国家越来越多地将变频电源用作标准供电电源,以便为用电器提供最优良的供电环境,便于客观考核用电器的技术性能。
变频电源基本原变频电源做为交流谐振耐压试验系统的核心部分,要求调压、调频独立进行,输出电压0~400 V,频率30~300 Hz,且稳定度高,还要求在现场环境下有较强的抗干扰能力。
随着全控型快速开关器件GTR、IGBT、MOSFET等的出现,才逐渐发展为PWM方式。由于调节PWM波的占空比即可调节电压幅值,所以逆变环节可同时完成调压和调频任务,整流器无需控制,设备结构更简单,控制更方便。输出电压由方波改进为PWM波,降低了输出电压的低次谐波含量。
目前逆变电源研究的现状
一般的电源跟负载相连, 从相关文献可知, 目前对逆变电源的研究主要集中在以下几个方面:
- 拓扑形式
目前常用的逆变电路拓扑形式主要有: 常规逆变电路拓扑, 软开关逆变电路拓扑, 多电
平逆变电路拓扑等。
常规逆变电路拓扑
常规逆变电路拓扑可分为单相半桥、 单相桥式、 三相桥式电路等, 根据直流侧电源性质,
又可将其分为电压源型逆变电路(VSTI) 和电流源型逆变电路(CSTI)。
单相逆变电路的优点是简单, 使用器件少, 常用于几 KW 以下的小功率逆变电源。 三
相桥式逆变电源应用较多。
软开关逆变电路拓扑
逆变电源为得到更好的交流输出波形, 将会提高全控型电力电子器件的开关频率, 同时,
开关损耗也会随之增加, 电路效率严重下降, 电磁干扰也增大了, 所以简单的提高开关频率是不行的。 针对这些问题出现了软开关技术, 它是以谐振为主的辅助换流手段, 解决了电路中的开关损耗和开关噪声问题, 使开关频率可以大幅度提高。 软开关技术总的来说可以分为零电压(ZVS) 和零电流(ZCS) 两类, 按照其出现的先后, 可以将其分为准谐振、 零开关 PWM和 PWM 三大类。 每一类都包括拓扑和众多的派生拓扑。
三电平或多电平逆变电路拓扑
多电平逆变器的思想最早由日本 Nabae 于 20 世纪 80 年代初提出的。 其基本原理是通
过多个直流电平来合成逼近正弦输出的阶梯波电压。 其优点是减小逆变器输出谐波, 降低了开关管电压应力。 多电平拓扑结构种类较多, 但是大致可分为: 二极管钳位型, 飞跨电容性和独立直流电源级联多电平这三种拓扑结构。 这三种多电平拓扑结构各有优点, 其中应用最广泛的是二极管钳位型多电平拓扑结构。
全波整流和半波整流(AC/DC转换)将AC(交流电压)转换为DC(直流电压)的整流方式有全波整流和半波整流。两种情况都利用了二极管的电流正向流通特性来进行整流。
全波整流是通过二极管桥式电路结构将输入电压的负电压成分转换为正电压后整流成直流电压(脉冲电压)。而半波整流是使用一个二极管来消除输入负电压成分后整流为直流电压(脉冲电压)。
- 变频电源技术研究的发展趋势
在电力电子技术的应用及各种电源系统中, 变频电源技术均处于核心地位。 近年来, 现
代变频电源技术发展主要表现出以下几种趋势:
(1) 高频化
提高变频电源的开关频率, 可以有效地减小装置的体积和重量, 为了进一步减小装置的
体积和重量, 去掉笨重的工频隔离变压器, 采用高频隔离, 并可消除变压器和电感的音频噪声, 同时改善了输出电压的动态响应能力。
(2) 高性能化
高性能主要指输出电压特性的高性能, 它主要体现在以下几个方面: 稳压性能好, 空载及
负载时输出电压有效值要稳定; 波形质量高, 不但要求空载时的波形好, 带载时波形也好,对非线性负载性要强; 突加或突减负载时输出电压的瞬态响应特性好; 电压调制量小; 输出电压的频率稳定性好; 对于共相电源, 带不平衡负载时相电压失衡小。
(3) 模块化
当今逆变电源的发展趋向是大功率化和高可靠性. 虽然现在已经能生产几千 KVA 的大型
逆变电源, 完全可以满足大功率要求的场合。 但是, 这样整个系统的可靠性完全由单台电源决定, 无论如何可靠性也不可能达到很高。 为了提高系统的可靠性, 就必须实现模块化, 模块化意味着用户可以方便地将小容量的模块化电源任意组合, 构成一个较大容量的变频电源。 模块化需要解决逆变电源之间的并联问题, 变频电源的并联要比直流电源的并联复杂,它面临着负荷分配、 环流补偿、 通断控制等多方面的问题。
(4) 数字化
现在数字信号处理技术日趋完善成熟, 显示出越来越多的优点: 便于计算机处理控制、 避
免模拟信号的畸变失真、 提高系统抗干扰能力、 便于软件包调试和遥感遥测遥调、 也便于自诊断, 容错等技术的植入, 同时也为电源的并联技术发展提供了方便。
(5) 绿色化
绿色电源的含义有两层:首先是显著节电, 这意味着发电容量的节约, 而发电是造成环境
污染的重要原因。 为了使电源系统绿色化, 电源应加装高效滤波器, 还应在电网输入端采用功率因数校正技术和软开关技术。 提高输入功率因数具有重要意义, 不仅可以减少对电网的污染, 降低市电的无功损耗, 起到环保和节能的效果, 而且还能减少相应的投资, 提高运行可靠性。 提高功率因数的传统方法是采用无源功率因数校正技术, 目前较先进的方法是:单相输入的采用有源功率因数校正技术, 三相输入的采用 SPWM 高频整流提高功率因数。 今后电源技术将朝着高效率、 高功率因数和高可靠性方向发展, 并不断实现低谐波污染、 低环境污染、 低电磁干扰和小型化、 轻量化。 从而为今后的绿色电源产品和设备的发展提供强有力的技术保证, 这也将是现代电源发展的必然结果。
- 变频电源数字化发展存在的难点
数字化是变频电源发展的主要方向, 但还是需要解决一下难题:
(l) 变频电源输出要跟踪的是一个按正弦规律变化的给定信号, 它不同于一般的开关电
源的常值控制。 在闭环控制下, 给定信号与反馈信号的时间差就体现为明显的相位差, 这种相位差与负载是相关的, 这就给控制器的设计带来了困难。
(2) 变频电源输出滤波器对系统的模型影响很大, 输入电压的波动幅值和负载的性质,
大小的变化范围往往比较大, 这些都增加了控制对象的复杂性, 使得控制对象模型的高阶性、不确定性、 非线性显著增加。
(3) 变频电源电力电子变换装置是一个离散的、 耦合的、 非线性的动态系统。
要满足负载对电源的静态指标和动态指标要求, 一般地将电力电子变换装置设计成一个闭环自动控制系统,工程技术人员对线性系统的校正与综合比较熟悉, 对这样的系统控制有些力不从心。 因此, 如果能建立系统的数学模型, 特别是从控制到输出之间的传递函数, 则有助于工程技术人员的设计和系统分析, 减少盲目选择参数的调试时间, 解决本质非线性系统的线性控制问题。