直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能的裝置工作原理
電力逆變器(英文名:inverter)是一種將直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能的裝置,可將12V或24V低壓直流電逆變?yōu)?20V/380V 50Hz的交流電,主要應(yīng)用于應(yīng)急電源系統(tǒng)、變電所、電力機(jī)柜等場(chǎng)景,為高壓設(shè)備提供備用電力支持。其核心組件包括逆變橋、控制邏輯和濾波電路。按輸出波形分為正弦波、方波和準(zhǔn)正弦波三類(lèi):正弦波逆變器輸出質(zhì)量高且通用性強(qiáng),方波逆變器負(fù)載能力較弱已逐步淘汰,準(zhǔn)正弦波逆變器因兼顧效率與成本成為主流。電力專用逆變器采用SPWM技術(shù)保障輸出穩(wěn)定,支持AC/DC主供模式自動(dòng)切換,并具備過(guò)壓、欠壓、短路等多重保護(hù)功能。部分型號(hào)提供無(wú)源干結(jié)點(diǎn)用于直流輸入及交流輸出故障告警 [1],常見(jiàn)于鐵道系統(tǒng)、發(fā)電廠、通訊基站等領(lǐng)域。使用時(shí)需避免連接感性負(fù)載并合理控制負(fù)載率。
直流電轉(zhuǎn)換成交流電主要通過(guò)逆變技術(shù)實(shí)現(xiàn),核心設(shè)備是逆變器,其本質(zhì)是通過(guò)電力電子器件周期性切換電流方向生成交流電。??核心原理與技術(shù)實(shí)現(xiàn)?逆變器基礎(chǔ)架構(gòu)?。
采用H橋電路結(jié)構(gòu),通過(guò)功率半導(dǎo)體器件(IGBT、MOSFET等)的交替導(dǎo)通實(shí)現(xiàn)電流方向切換。??1??2典型工作模式:全橋逆變電路中,V1/V4與V2/V3兩組開(kāi)關(guān)管以互補(bǔ)方式交替導(dǎo)通,生成正負(fù)交替的方波電壓。???波形優(yōu)化技術(shù)?。脈寬調(diào)制(PWM):通過(guò)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)頻率和占空比生成近似正弦波的調(diào)制波形。??1濾波處理:采用LC濾波電路將方波轉(zhuǎn)化為平滑的正弦波,滿足常規(guī)電器需求。??2??3?主要轉(zhuǎn)換方法?電子式逆變?。
直接通過(guò)半導(dǎo)體器件實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換,典型效率約80%-95%。??3??4包含DC-DC升壓(如太陽(yáng)能系統(tǒng)將12V升至310V)與DC-AC逆變兩個(gè)階段。??5?機(jī)電式轉(zhuǎn)換?。通過(guò)直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生交流電,適用于大功率工業(yè)場(chǎng)景。??4?關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)??頻率控制?:通過(guò)調(diào)整開(kāi)關(guān)周期決定輸出頻率(如50Hz/60Hz)。??2?電壓調(diào)節(jié)?:采用前級(jí)DC-DC變換器實(shí)現(xiàn)輸出電壓精確控制。??1?波形保真度?:修正正弦波(THD<5%)與純正弦波(THD<3%)兩種輸出類(lèi)型。??
直流交流轉(zhuǎn)換是指將直流電流與交流電流相互轉(zhuǎn)換的技術(shù)過(guò)程,核心設(shè)備包括逆變器等電力電子裝置。通過(guò)改變電路結(jié)構(gòu)與控制信號(hào),可實(shí)現(xiàn)電壓、頻率等參數(shù)的調(diào)整,典型應(yīng)用涵蓋電力傳輸、電子設(shè)備供電等領(lǐng)域。轉(zhuǎn)換器通常由脈沖寬度調(diào)制單元、直流轉(zhuǎn)換單元和自振式電路構(gòu)成。調(diào)制單元輸出基于電平信號(hào)調(diào)整的PWM波形,直流轉(zhuǎn)換單元將輸入電壓轉(zhuǎn)換為受PWM控制的次級(jí)電壓,自振式電路最終生成驅(qū)動(dòng)負(fù)載的交流電壓。突發(fā)模式操作下,電平信號(hào)通過(guò)高低交替控制輸出電壓的啟停周期,以滿足特定場(chǎng)景需求。該技術(shù)通過(guò)模塊化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了電能形式的高效變換,支撐了現(xiàn)代電力系統(tǒng)與電子設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。
把兩個(gè)蓄電池串連起來(lái),可以獲得24V直流電壓供給逆變器。逆變器的功率是2000瓦,但負(fù)載功率是1150瓦,所以實(shí)際上逆變器的功耗不到2000瓦,如果是理想逆變器,效率為100%的話,逆變器的功耗和負(fù)載一樣,是1150瓦,它向蓄電池索取的電流就是1150W/24V=47.917A。兩個(gè)電池的容量都是150Ah,字面意思就是以150A的電流持續(xù)放電能堅(jiān)持1小時(shí)。所以理想情況下,這個(gè)系統(tǒng)能堅(jiān)持的時(shí)間就是150Ah/47.917A=3.13h。(注意,兩塊電池是串連的,所以串聯(lián)后的總?cè)萘咳匀皇?50Ah,如果是并聯(lián),才需要乘以2)顯示器及其直流交流轉(zhuǎn)換器。顯示器包括燈管以及直流交流轉(zhuǎn)換器。直流交流轉(zhuǎn)換器包括脈沖寬度調(diào)制單元、直流直流轉(zhuǎn)換單元及自振式電路。脈沖寬度調(diào)制單元用于輸出PWM信號(hào),PWM信號(hào)的脈沖寬度是依據(jù)電平信號(hào)所決定。直流直流轉(zhuǎn)換單元接收第一直流電壓并轉(zhuǎn)換為第二直流電壓,其中第二直流電壓的電平是由PWM信號(hào)決定。自振式電路根據(jù)第二直流電壓產(chǎn)生交流電壓至燈管。直流交流轉(zhuǎn)換器通過(guò)電平信號(hào)可以決定輸出的交流電壓的電平,當(dāng)直流交流轉(zhuǎn)換器是以突發(fā)模式操作時(shí),電平信號(hào)為交錯(cuò)的高電平與低電平,使得輸出的交流電壓為突發(fā)式。
逆變器將直流電轉(zhuǎn)換成交流電時(shí),但轉(zhuǎn)換效率有所差異。
大多情況下,逆變器內(nèi)部器件的功率損耗等因素會(huì)影響逆變器的轉(zhuǎn)換效率,從而導(dǎo)致光伏電站發(fā)電收益產(chǎn)生變化。
例如:以100kW逆變器為例,同等功率下,如果高質(zhì)量逆變器比普通逆變器高出1%的轉(zhuǎn)換效率,按照每天工作4小時(shí)計(jì)算,高質(zhì)量逆變器每天可多發(fā)出近4度電,那么一年就可以多發(fā)出將近1460度電,這大大提高了用戶的發(fā)電收益。
德業(yè)逆變器系統(tǒng)采用全并聯(lián)電路設(shè)計(jì),可將每塊組件的直流電逆變?yōu)榻涣麟姾笤俨⑷腚娋W(wǎng),最大限度地減少在逆變過(guò)程中損失的能量。
另一方面,德業(yè)微型逆變器和光伏優(yōu)化器采用組件級(jí) MPPT技術(shù),將分別跟蹤每一塊光伏組件的最大功率點(diǎn)。這意味著,如果某塊光伏組件運(yùn)行效率不佳,也不會(huì)影響其他光伏組件,其他組件在MPPT的調(diào)節(jié)下會(huì)繼續(xù)保持各自的最高發(fā)電效率。
直流電是否可以轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姡鸢甘强隙ǖ?,直流電確實(shí)可以轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟?。這一過(guò)程主要通過(guò)一個(gè)叫做逆變器的設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)。逆變器是一種能將直流電(DC)轉(zhuǎn)換為交流電(AC)的電子設(shè)備。其工作原理主要是通過(guò)一系列快速的開(kāi)關(guān)操作,將直流電源轉(zhuǎn)換成一連串的脈沖,再通過(guò)濾波器整形成平滑的交流電。這種轉(zhuǎn)換在很多場(chǎng)合都非常有用,比如太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)、電動(dòng)車(chē)以及不間斷電源(UPS)等,都需要將直流電轉(zhuǎn)換為交流電以供使用。
直流電確實(shí)可以再次整流。整流是將交流電轉(zhuǎn)換為直流電的過(guò)程,但在某些情況下,已經(jīng)整流的直流電可能需要進(jìn)行進(jìn)一步的整流處理。這通常發(fā)生在對(duì)電源質(zhì)量要求非常高的場(chǎng)合,例如某些精密的電子設(shè)備或科學(xué)實(shí)驗(yàn)。通過(guò)再次整流,可以進(jìn)一步平滑電流,減少其中的脈動(dòng)成分,提高電源的質(zhì)量和穩(wěn)定性。
直流電當(dāng)然可以通過(guò)二極管。二極管是一種常見(jiàn)的電子元件,其主要特性是只允許電流從一個(gè)方向流過(guò),這種特性使其成為整流電路中的重要組成部分。在整流電路中,二極管被用來(lái)將交流電轉(zhuǎn)換為直流電,只允許正半周的電流通過(guò),阻止了負(fù)半周的電流,從而實(shí)現(xiàn)了整流效果。此外,二極管也被廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備和電路中,發(fā)揮著控制電流、保護(hù)電路等重要作用。
直流電與交流電的相互轉(zhuǎn)換在現(xiàn)代電力系統(tǒng)和電子設(shè)備中扮演著至關(guān)重要的角色。除了上述提到的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)、電動(dòng)車(chē)和UPS等應(yīng)用外,還有許多其他領(lǐng)域也離不開(kāi)這種轉(zhuǎn)換技術(shù)。例如,在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域,變頻器就廣泛應(yīng)用于電機(jī)的調(diào)速控制,其核心就是將交流電轉(zhuǎn)換為直流電,再通過(guò)PWM(脈寬調(diào)制)技術(shù)將直流電轉(zhuǎn)換回頻率可調(diào)的交流電以供電機(jī)使用。此外,在通信領(lǐng)域、音頻處理領(lǐng)域以及許多其他高科技領(lǐng)域,直流電與交流電的轉(zhuǎn)換技術(shù)都發(fā)揮著不可或缺的作用。
綜上所述,直流電不僅可以轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟?,還可以進(jìn)行再次整流,并且可以通過(guò)二極管等電子元件進(jìn)行控制和處理。這些轉(zhuǎn)換技術(shù)在現(xiàn)代電力系統(tǒng)和電子設(shè)備中具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值和深遠(yuǎn)的發(fā)展前景。