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1、2021/3/5 低输入电压大功率逆变器技术研究 谢少军 韩军 张勇 2021/3/5 主要内容 引言 低输入电压逆变器技术方案分析 小结 移相调压阶梯波合成逆变器原理 28V输入 20kVA三相逆变器设计 及研制结果 2021/3/5 研究背景 1.低电压输入的逆变器应用广泛 2.低输入电压的单台逆变器很难实现较大 功率输出 3.逆变器并联较复杂 2021/3/5 低输入电压逆变器技术方案分析 1.从低压直接逆变，再升压。 2.直流升压变换器和阶梯波合成逆变器组合。 3.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 变换器或非隔离式变换器，功率器件的电
2、流均极高， 工程实现是十分困难的。 功率管的电流定额过大 功率管的 开关应力 过大 若 多个器件并联 ， 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 2021/3/5 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， 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 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， 单台逆变器功率容量小，每个桥臂的电流定额 小，易于实现 单级功率变换，可以达到较高效率 2021/3/5 移相调压原理 1o U 02 U o U 021 UUU oo 0s i ns i n )c
3、 o s (c o s 21 21 oo ooo UU UUU 2021/3/5 移相控制信号产生 2A S T 2 p U up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， 调节 up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。 三角波交截法 2021/3/5 28V输入 20kVA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
4、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。 2021/3/5 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
5、 ; (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。 2021/3/5 模型等效过程 P I 调节器 - + PLL grU fU + - eU p U oU 反馈 逆变电路 0 三角波 PI调节器的传递函数为 sUsTksU e ipp 11 三角波比较交截 st A k 2 vp v kssT ksG 2 锁相环 2s i n12c o s2 RnU l skssU sl s in2 2021/3/5 系统动态模型 + - sT k i p 1 1 e U pU 1 sT k t t
6、l U vp v kssT k 2 o U f U 1sT k f f sE kk oUgU 0 11 12 sTkssTsTsT sTkkkkkksHsG fvpti ivfestp 系统的开环传递函数 2021/3/5 20kVA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% 2021/3/5 20kVA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 A THD % 效率 % 26.79 620 115.41 115.40 115.38 45.3 42.3 41.9 0.73 0.68
7、 0.5 89.9 26.67 619 115.23 115.00 114.96 44.7 43.8 41.9 0.72 0.67 0.53 90.9 25.95 631 115.10 115.02 115.01 40.9 43.5 42.3 0.68 0.67 0.56 89.0 24.77 655 114.99 115.14 115.06 45.2 43.1 42.0 0.66 0.66 0.56 92.4 23.93 678 115.06 114.98 114.91 45.3 43.3 42.3 0.64 0.60 0.50 92.7 2021/3/5 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 2021/3/5 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.本文分析了方案的工作原理，建立了系统的动态分 析模型以进行参数设计。 3.研制了 28V输入 20kVA/400Hz逆变电源，具有优良的 稳态和动态性能，该逆变电源已经过近二年部队外场 运行，工作可靠。 2021/3/5 谢谢大家！ 低输入电压大功率逆变器技术研究
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