低输入电压大功率逆变器技术研究

1、2022-3-31低输入电压大功率逆变器技术研究 谢少军 韩军 张勇 2022-3-31主要内容主要内容引言引言 低输入电压逆变器技术方案分析低输入电压逆变器技术方案分析 小结小结 移相调压阶梯波合成逆变器原理移相调压阶梯波合成逆变器原理 28V28V输入输入20kVA20kVA三相逆变器设计三相逆变器设计及研制结果及研制结果 2022-3-31研究背景研究背景1.1.低电压输入的逆变器应用广泛低电压输入的逆变器应用广泛 2.2.低输入电压的单台逆变器很难实现较大低输入电压的单台逆变器很难实现较大功率输出功率输出 3.3.逆变器并联较复杂逆变器并联较复杂 2022-3-31低输入电压逆变器技术

2、方案分析低输入电压逆变器技术方案分析 1.1.从低压直接逆变，再升压。从低压直接逆变，再升压。 2.2.直流升压变换器和阶梯波合成逆变器组合。直流升压变换器和阶梯波合成逆变器组合。 3.3.直流变换器和正弦脉宽调制逆变器的组合。直流变换器和正弦脉宽调制逆变器的组合。采用一台直流变换器处理全部功率，无论是隔离式采用一台直流变换器处理全部功率，无论是隔离式变换器或非隔离式变换器，功率器件的电流均极高，变换器或非隔离式变换器，功率器件的电流均极高，工程实现是十分困难的。工程实现是十分困难的。 功率管的电流定额过大功率管的电流定额过大 功率管的功率管的开关应力开关应力过大过大 若若多个器件并联多个器件

3、并联，工艺复杂，结构设计困难，可靠性低工艺复杂，结构设计困难，可靠性低 大电流使逆变器的损耗过大大电流使逆变器的损耗过大 2022-3-31移相调压阶梯波合成逆变器原理移相调压阶梯波合成逆变器原理 传统的阶梯波逆变器本身不具备调压功能，传统的阶梯波逆变器本身不具备调压功能，为了稳定输出电压，且避免采用直流变换器，为了稳定输出电压，且避免采用直流变换器，可以采用两个逆变器串联，依靠调节两者输出可以采用两个逆变器串联，依靠调节两者输出电压的相位来调节电压。电压的相位来调节电压。 各个阶梯波逆变器通道之间功率自然均分，各个阶梯波逆变器通道之间功率自然均分，单台逆变器功率容量小，每个桥臂的电流定额单台

4、逆变器功率容量小，每个桥臂的电流定额小，易于实现小，易于实现单级功率变换，可以达到较高效率单级功率变换，可以达到较高效率 2022-3-31移相调压原理移相调压原理 1oU02UoU021UUUoo0sinsin)cos(cos2121oooooUUUUU2022-3-31移相控制信号产生移相控制信号产生 2AST2pU u up p与输出电压同频率的三角波交截，得到一定脉宽的相与输出电压同频率的三角波交截，得到一定脉宽的相位差脉冲，两组逆变电源通过锁相环分别锁定脉冲的前后沿，位差脉冲，两组逆变电源通过锁相环分别锁定脉冲的前后沿，调节调节u up p的大小即可改变脉冲的宽度，从而调节两逆变电源

5、输的大小即可改变脉冲的宽度，从而调节两逆变电源输出的相位差。出的相位差。 三角波交截法三角波交截法 2022-3-3128V28V输入输入20kVA20kVA三相逆变器设计三相逆变器设计某28V输入三相逆变器要求工作电压范围18-32V输出电压为115V，频率400Hz根据上述原理采用两个四通道三相桥式逆变器实现；考虑2倍过载，功率管电流额定需要300A，可以采用两只60V/200A功率场效应管并联；将合成变压器的变比取为1:1.14:0.94:0.66:0.34；2在26-90范围内变化，即可实现全部工作电压范围内的输出电压稳定；理论上该逆变器不滤波输出电压失真度为7.3%，采用很小的24次

6、滤波陷阱后，输出电压失真度可小于1%；由于每个三相逆变桥功率较小，工程实现很简单。2022-3-31系统动态模型的建立系统动态模型的建立 为了研究系统的稳定性和动态性能，对系统进行了小信号分析。首先建立系统的动态数学模型，为了便于建模分析，同时保证模型的合理有效，我们做如下假设：(1)假设系统在某一时刻已经稳定，输入给定发生微小变化ugr，考察系统的稳定性和动态性能;(2)所有元件都是理想的，无寄生参数，功率管开关瞬间完成，并忽略上下管的死区时间；(3)输出电压为正弦波，忽略所有谐波，并忽略滤波器对基波的延迟。 2022-3-31模型等效过程模型等效过程 PI调节器-+PLLgrUfU+-eU

7、pUoU反馈逆变电路0三角波PI调节器的传递函数为 sUsTksUeipp11三角波比较交截stAk2 vpvkssTksG2锁相环2sin12cos2RnUl skssUslsin22022-3-31系统动态模型系统动态模型+-sTkip11eUpU1sTkttlUvpvkssTk2oUfU1sTkffsEkkoUgU0 1112sTkssTsTsTsTkkkkkksHsGfvptiivfestp系统的开环传递函数 2022-3-3120kVA20kVA静止变流器研制结果静止变流器研制结果 空载输出电压波形满载输出电压电流波形 THD小于1%，满载时最高效率超过92% 2022-3-3120

8、kVA20kVA静止变流器试验结果静止变流器试验结果 变流器与蓄电池配合重载试验结果 电压V电流A输出电压V输出电流ATHD %效率%26.79620115.41115.40115.3845.342.341.90.730.680.589.926.67619115.23115.00114.9644.743.841.90.720.670.5390.925.95631115.10115.02115.0140.943.542.30.680.670.5689.024.77655114.99115.14115.0645.243.142.00.660.660.5692.423.93678115.06114.98114.9145.343.342.30.640.600.5092.72022-3-31系统动态响应系统动态响应突加负载电流电压波形 突卸负载电流电压波形 加、卸50A对称阻性负载时，电压调整时间约300ms 2022-3-31小结小结1.本文提出了移相调压阶梯波逆变器方案，有效地解决了低电压输入大功率静止变流器的技术难点，电能变换效率高，工程实现简便。 2.本文分析了