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?一文看懂逆變器的17種主要類型

華秋商城 ? 2021-11-30 09:46 ? 次閱讀
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將整流電路取反,一端接通直流(DC),另一端便能引出交流(AC)。這就是逆變器,把直流電轉(zhuǎn)換成交流電的一種裝置。大多數(shù)商業(yè)、工業(yè)和住宅負(fù)載都需要交流電源,但交流電源不能存儲(chǔ)在電池中,而電池的存儲(chǔ)對(duì)于備用電源很重要。如今,這個(gè)缺陷可以通過直流電源來克服。直流電源的極性不像交流電源那樣隨時(shí)間變化,因此直流電源可以儲(chǔ)存在電池和超級(jí)電容器中。所以我們可以先把交流電轉(zhuǎn)換成直流電后,然后便能存儲(chǔ)于電池中,這樣,每當(dāng)需要交流電來運(yùn)行交流電器時(shí),直流電會(huì)轉(zhuǎn)換回交流電來運(yùn)行交流電器。根據(jù)應(yīng)用的輸入源、連接方式、輸出電壓波形等,逆變器分為以下17種主要類別。c132e8d2-4c52-11ec-9483-dac502259ad0.png?逆變器的分類,來源:華秋商城一、按輸入源分類逆變器的輸入可以是電壓源或電流源,故分為電壓源逆變器(VSI)電流源逆變器CSI。c186405e-4c52-11ec-9483-dac502259ad0.png電壓源逆變器(VSI)當(dāng)逆變器的輸入為恒定直流電壓源時(shí),該逆變器被稱為電壓源逆變器。電壓源逆變器的輸入有一個(gè)剛性直流電壓源,其阻抗為零。實(shí)際上,直流電壓源的阻抗可以忽略不計(jì)。假設(shè)VSI由理想電壓源(極低阻抗源)供電,則交流輸出電壓完全由逆變器中開關(guān)器件的狀態(tài)和應(yīng)用的直流電源決定。電流源逆變器(CSI)當(dāng)逆變器的輸入為恒定直流電流源時(shí),該逆變器被稱為電流源逆變器。剛性電流從直流電源提供給CSI,其中直流電源具有高阻抗。通常,使用大電感器或閉環(huán)控制電流來提供剛性電流。由此產(chǎn)生的電流波是剛性的,不受負(fù)載的影響。交流輸出電流完全由逆變器中的開關(guān)器件和直流施加電源的狀態(tài)決定。二、按輸出相位分類根據(jù)輸出電壓和電流相位,逆變器主要分為兩大類:單相逆變器和三相逆變器。單相逆變器單相逆變器將直流輸入轉(zhuǎn)換為單相輸出。單相逆變器的輸出電壓/電流只有一相,其標(biāo)稱頻率為50Hz或60Hz的標(biāo)稱電壓。標(biāo)稱電壓定義為電氣系統(tǒng)運(yùn)行的電壓水平。有不同的標(biāo)稱電壓,即120V、220V、440V、690V、3.3KV、6.6KV、11kV、33kV、66kV、132kV、220kV、400kV和765kV。低標(biāo)稱電壓可以通過使用內(nèi)部變壓器或升降壓電路的逆變器直接實(shí)現(xiàn),而對(duì)于高標(biāo)稱電壓,則使用外部升壓變壓器。單相逆變器用于低負(fù)載。單相損耗較多,單相效率比三相逆變器低。因此,三相逆變器是高負(fù)載的首選。三相逆變器三相逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為三相電源。三相電源提供三路相角均勻分離的交流電。在輸出端產(chǎn)生的所有三個(gè)波的幅度和頻率都相同,但由于負(fù)載而略有變化,而每個(gè)波彼此之間有120度的相移。基本上,單個(gè)三相逆變器是3個(gè)單相逆變器,其中每個(gè)逆變器的相位相距120度,每個(gè)單相逆變器連接到三個(gè)負(fù)載端子之一。三、按換向技術(shù)分類根據(jù)換向技術(shù),可分為線換向和強(qiáng)制換向逆變器這兩主要類型。此外,還可有輔助換向逆變器和互補(bǔ)換向逆變器,但因他們不常用,因此我們這里簡要討論兩種主要類型。線路換向在這些類型的逆變器中,交流電路的線電壓可通過設(shè)備獲得;當(dāng)SCR中的電流經(jīng)歷零特性時(shí),器件被關(guān)閉。這種換向過程稱為線路換向,而基于此原理工作的逆變器稱為線路換向逆變器。強(qiáng)制換向在這種類型的換向中,電源不會(huì)出現(xiàn)零點(diǎn)。這就是為什么需要一些外部源來對(duì)設(shè)備進(jìn)行整流的原因。這種換向過程稱為強(qiáng)制換向,而基于此過程的逆變器稱為強(qiáng)制換向逆變器。

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兩種換向逆變器的對(duì)比區(qū)別

四、按連接方式分類根據(jù)電路中晶閘管的連接方式,可分為串聯(lián)逆變器、并聯(lián)逆變器、橋式逆變器,其中橋式逆變器又分為半橋、全橋和三相橋式。串聯(lián)逆變器串聯(lián)逆變器由一對(duì)晶閘管和RLC(電阻、電感和電容)電路組成。一個(gè)晶閘管與RLC電路并聯(lián),一個(gè)晶閘管串聯(lián)在直流電源和RLC電路之間。這種逆變器被稱為串聯(lián)逆變器,因?yàn)樨?fù)載在晶閘管的幫助下直接與直流電源串聯(lián)。串聯(lián)逆變器也稱為自換相逆變器,因?yàn)檫@種逆變器的晶閘管是由負(fù)載自行換向的。該逆變器的另一個(gè)名稱是“負(fù)載換向逆變器”。之所以給出這個(gè)名稱,是因?yàn)長CR是提供換向的負(fù)載。

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并聯(lián)逆變器并聯(lián)逆變器由兩個(gè)晶閘管、一個(gè)電容器、中心抽頭變壓器和一個(gè)電感器組成。晶閘管用于為電流流動(dòng)提供路徑,而電感器用于使電流源恒定。這些晶閘管的導(dǎo)通和關(guān)斷由連接在它們之間的換向電容器控制。它之所以被稱為并聯(lián)逆變器,是因?yàn)樵诠ぷ鳡顟B(tài)下,電容器通過變壓器與負(fù)載并聯(lián)。

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半橋逆變器半橋逆變器需要兩個(gè)電子開關(guān)才能工作。開關(guān)可以是MOSFET、IJBT、BJT或晶閘管。帶有晶閘管和BJT開關(guān)的半橋需要兩個(gè)額外的二極管,純電阻負(fù)載除外,而MOSFET具有內(nèi)置體二極管。簡而言之,兩個(gè)開關(guān)足以滿足純電阻負(fù)載,而其他負(fù)載(電感和電容)需要兩個(gè)額外的二極管。這些二極管被稱為反饋二極管或續(xù)流二極管。半橋逆變器的工作原理對(duì)于所有開關(guān)都是相同的,但這里討論的是帶有晶閘管開關(guān)的半橋。有兩個(gè)互補(bǔ)的晶閘管,這意味著一次導(dǎo)通一個(gè)晶閘管。對(duì)于阻性負(fù)載,電路工作在兩種模式。開關(guān)頻率將決定輸出頻率。輸出頻率為50HZ時(shí),每個(gè)晶閘管一次導(dǎo)通20ms。c398d140-4c52-11ec-9483-dac502259ad0.png全橋逆變器單相全橋逆變器具有四個(gè)受控開關(guān),用于控制負(fù)載中電流的流動(dòng)方向。該電橋有4個(gè)反饋二極管,可將負(fù)載中存儲(chǔ)的能量反饋回電源。這些反饋二極管僅在所有晶閘管關(guān)閉且負(fù)載不是純電阻負(fù)載時(shí)才起作用。

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對(duì)于任何負(fù)載,一次只有2個(gè)晶閘管工作。晶閘管T1和T2將在一個(gè)周期導(dǎo)通,而T3和T4將在另一個(gè)周期導(dǎo)通。換句話說,當(dāng)T1和T2處于ON狀態(tài)時(shí),T3和T4處于OFF狀態(tài),而當(dāng)T3和T4處于ON狀態(tài)時(shí),則其他兩個(gè)處于OFF狀態(tài)。一次打開兩個(gè)以上的晶閘管會(huì)引起短路,產(chǎn)生過多的熱量并立即燒毀電路。三相橋式逆變器工業(yè)和其他重負(fù)載需要三相電源。為了從存儲(chǔ)設(shè)備或其他直流電源運(yùn)行這些重負(fù)載,需要三相逆變器。為此可以使用三相橋式逆變器。三相橋式逆變器是另一種橋式逆變器,由6個(gè)受控開關(guān)和6個(gè)二極管組成,如圖所示。c45ad060-4c52-11ec-9483-dac502259ad0.png五、按操作模式分類根據(jù)操作模式,逆變器分為3個(gè)主要類別:獨(dú)立逆變器獨(dú)立逆變器直接連接到負(fù)載,不會(huì)被其他電源中斷。獨(dú)立逆變器或“離網(wǎng)模式逆變器”,逆變器在不受電網(wǎng)或其他電源影響的情況下自行為負(fù)載供電。c4c98b22-4c52-11ec-9483-dac502259ad0.jpg?這些逆變器被稱為離網(wǎng)模式逆變器,因?yàn)檫@些逆變器不受公用電網(wǎng)的影響。這些逆變器無法連接到公用電網(wǎng),因?yàn)樗鼈儾痪哂型侥芰?,其中同步是匹配兩個(gè)交流電源的相位和標(biāo)稱頻率(50/60hz)的過程。并網(wǎng)逆變器并網(wǎng)或并網(wǎng)逆變器(GTI)有兩個(gè)主要功能。并網(wǎng)逆變器的一個(gè)功能是從存儲(chǔ)設(shè)備(直流電源)向交流負(fù)載提供交流電,而并網(wǎng)逆變器的另一個(gè)功能是向電網(wǎng)提供額外的電力。并網(wǎng)逆變器也稱為公用事業(yè)互動(dòng)逆變器、電網(wǎng)互聯(lián)逆變器或電網(wǎng)反饋逆變器,它們同步電流的頻率和相位以適應(yīng)公用電網(wǎng)。通過增加逆變器電壓的電壓電平,將功率從直流電源傳輸?shù)焦秒娋W(wǎng)。c578292a-4c52-11ec-9483-dac502259ad0.jpg?雙峰逆變器雙峰逆變器既可作為并網(wǎng)逆變器工作,也可作為獨(dú)立逆變器工作。這些逆變器可以將來自可再生能源和存儲(chǔ)設(shè)備的額外能量注入電網(wǎng),并在可再生能源產(chǎn)生的能量不足時(shí)從電網(wǎng)收回電力。換句話說,這些逆變器可以根據(jù)負(fù)載的要求作為獨(dú)立逆變器和并網(wǎng)逆變器運(yùn)行。雙峰逆變器是多功能的,包括獨(dú)立逆變器和并網(wǎng)逆變器的功能。c61c3f88-4c52-11ec-9483-dac502259ad0.jpg?雙峰逆變器的功能會(huì)隨著負(fù)載而變化。如果電網(wǎng)出現(xiàn)問題或當(dāng)可再生能源的功率足以滿足負(fù)載時(shí),其功能將更改為獨(dú)立逆變器(它成為獨(dú)立逆變器)。在這種情況下,轉(zhuǎn)換開關(guān)會(huì)斷開逆變器與電網(wǎng)的連接。一旦可再生能源開始產(chǎn)生額外的能量,運(yùn)行模式就會(huì)從獨(dú)立模式轉(zhuǎn)變?yōu)椴⒕W(wǎng)模式。逆變器與逆變器同步其相位和頻率,并開始將額外的能量注入電網(wǎng)。六、按輸出波形分類理想的逆變器是指將直流信號(hào)轉(zhuǎn)換為純正弦交流輸出的逆變器。實(shí)際逆變器的問題在于它們的輸出信號(hào)不是純正弦的。根據(jù)輸出波形,逆變器分為三大類:方波逆變器這些是將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的最簡單的逆變器,但輸出波形不是所需的純正弦波。這些逆變器在輸出端具有方波。換句話說,這些逆變器將直流輸入以方波的形式轉(zhuǎn)換為交流。同時(shí),方波逆變器也更便宜。這些逆變器的最簡單結(jié)構(gòu)可以是H橋逆變器。如圖所示,在變壓器之前使用SPDT(單推雙擲)開關(guān)可以實(shí)現(xiàn)更簡單的版本。該變壓器還將有助于實(shí)現(xiàn)任何理想的輸出電壓水平。c6ada3f6-4c52-11ec-9483-dac502259ad0.png?給定模型的工作操作極其簡單。只需打開和關(guān)閉開關(guān)就會(huì)同時(shí)改變輸出端的電流。換言之,以所需頻率切換單刀雙擲將在典型逆變器(即中心抽頭變壓器)的輸出端產(chǎn)生交流方波。一個(gè)典型的正弦波的諧波失真為約45%,這可以通過使用可進(jìn)一步降低過濾器將過濾掉一些諧波。準(zhǔn)正弦波逆變器準(zhǔn)正弦波逆變器或簡稱為具有階梯正弦波的修正正弦波逆變器。換言之,這些反相器的輸出信號(hào)以正極性逐步增加。觸及正峰值后,輸出信號(hào)開始逐步下降,直至負(fù)峰值,如圖所示。c738e65a-4c52-11ec-9483-dac502259ad0.png?準(zhǔn)正弦波逆變器的結(jié)構(gòu)比純正弦波逆變器簡單得多,但比純方波逆變器要復(fù)雜一些。雖然這些逆變器的最終輸出波形不是純正弦波,但輸出的諧波失真仍降低到24%。濾波會(huì)進(jìn)一步減少失真,但失真量仍然很大。由于這個(gè)原因,這些逆變器不是驅(qū)動(dòng)包括電子電路在內(nèi)的多種負(fù)載的首選。準(zhǔn)正弦波可能會(huì)永久損壞電路中有定時(shí)器的電子設(shè)備。如果與準(zhǔn)正弦波逆變器連接,所有帶有電機(jī)的電器將無法像連接純正弦波逆變器那樣高效工作。此外,波形的快速轉(zhuǎn)變可能會(huì)引起噪聲。由于這些問題,準(zhǔn)正弦波逆變器的應(yīng)用受到限制。純正弦波逆變器純正弦逆變器將直流轉(zhuǎn)換為幾乎純正弦交流。純正弦波逆變器的輸出波形仍然不是理想的正弦波,但比方波和準(zhǔn)正弦波逆變器平滑得多。純正弦波逆變器的輸出波形具有極低的諧波。諧波是具有不同幅度的基頻奇數(shù)倍的正弦波。諧波是非常不受歡迎的,因?yàn)樗鼤?huì)導(dǎo)致各種電器出現(xiàn)嚴(yán)重問題。通過使用各種PWM技術(shù),然后將輸出信號(hào)通過低通濾波器,可以進(jìn)一步減少這些諧波。c7bf1a2c-4c52-11ec-9483-dac502259ad0.png?純正弦波逆變器的構(gòu)造和工作比方波和修正方波逆變器復(fù)雜得多。這些逆變器優(yōu)于前兩種逆變器,因?yàn)榇蠖鄶?shù)電氣設(shè)備需要純正弦波才能更好地運(yùn)行。如前所述,方波或準(zhǔn)正弦波逆變器會(huì)損壞電器,尤其是那些裝有電機(jī)的電器。因此,對(duì)于實(shí)際用途,使用純正弦逆變器。七、按輸出電平數(shù)量分類任何逆變器的輸出電平數(shù)可以至少為兩個(gè)或兩個(gè)以上。根據(jù)輸出電平的數(shù)量,逆變器分為兩電平逆變器和多電平逆變器兩類。兩電平逆變器兩電平逆變器有兩個(gè)輸出電平。輸出電壓在正負(fù)之間交替,并以基本頻率(50Hz或60Hz)交替。一些所謂的“雙電平逆變器”在其輸出波形中具有三個(gè)電平。將三電平逆變器歸入這一類的原因是因?yàn)槠渲?個(gè)電平是零電壓。實(shí)際上零是第三級(jí),但它仍被歸類為兩級(jí)逆變器。二電平逆變電路由源極和一些控制電流或電壓的開關(guān)組成。由于開關(guān)損耗和器件額定值的限制,兩電平逆變器在高壓應(yīng)用中的高頻操作方面受到限制。然而,開關(guān)的額定值可以通過串聯(lián)和并聯(lián)組合來增加。兩電平逆變器中提供正半周的一組開關(guān)稱為正組開關(guān),而提供負(fù)半周的另一組開關(guān)稱為負(fù)組。由于以下原因,不優(yōu)選兩電平逆變器。逆變器需要使用最少數(shù)量的開關(guān)和最少的電源進(jìn)行操作,以在小電壓階躍中轉(zhuǎn)換功率。較小的電壓階躍將提供高質(zhì)量的波形。此外,它還可以降低負(fù)載上的電壓(dv/dt)應(yīng)力和電磁兼容性問題。因此,多電平逆變器是更實(shí)用的首選。多電平逆變器(MLI)多電平逆變器將直流信號(hào)轉(zhuǎn)換為多電平階梯波形。多電平逆變器的輸出波形不是直接正負(fù)交替,而是多級(jí)交替。由于波形的平滑度與電壓電平的數(shù)量成正比。因此,多電平逆變器會(huì)產(chǎn)生更平滑的波形。如前所述,這種特性使其可用于實(shí)際應(yīng)用。

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兩電平逆變器和多電平逆變器的對(duì)比區(qū)別結(jié)語:篇幅有限,本文僅簡單介紹了17種主要的逆變器類型,但事實(shí)上,逆變器的分類還有很多,比如多電平逆變器還可分為飛電容逆變器(FCMI)、二極管鉗位逆變器(DCMI)、級(jí)聯(lián)H橋逆變器。而從實(shí)際應(yīng)用出發(fā),三相逆變器適合高負(fù)載應(yīng)用,純正弦逆變器能更好地保護(hù)電器,還有多電平逆變器是更實(shí)用的首選。
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    的頭像 發(fā)表于 08-15 14:33 ?5166次閱讀

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    的頭像 發(fā)表于 08-15 14:20 ?4210次閱讀

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    微型逆變器和普通逆變器是兩不同類型逆變器,它們?cè)诠ぷ髟?、?yīng)用場景、性能特點(diǎn)等方面存在些區(qū)
    的頭像 發(fā)表于 08-15 11:41 ?2888次閱讀

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    的頭像 發(fā)表于 08-15 10:57 ?1887次閱讀

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    的頭像 發(fā)表于 08-12 21:43 ?873次閱讀