低输入电压大功率逆变器技术研究

2020/2/25低输入电压大功率逆变器技术研究谢少军韩军张勇2020/2/25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2020/2/25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2020/2/25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2020/2/25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。①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②单级功率变换，可以达到较高效率2020/2/25移相调压原理1oU02UoU021UUUoo0sinsin)cos(cos2121oooooUUUUU2020/2/25移相控制信号产生2AST2pUup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2020/2/2528V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；2θ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。2020/2/25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。2020/2/25模型等效过程PI调节器-+PLLgrUfU+-eUpUoU反馈逆变电路0三角波PI调节器的传递函数为sUsTksUeipp11三角波比较交截stAk2vpvkssTksG2锁相环2'''sin12cos2RnUlskssUsl'sin22020/2/25系统动态模型+-sTkip11eUpU1sTkttlUvpvkssTk2oUfU1sTkffsEkkoUgU01112sTkssTsTsTsTkkkkkksHsGfvptiivfestp系统的开环传递函数2020/2/2520kVA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%2020/2/2520kVA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%26.79620115.41115.40115.3845.342.341.90.730.680.589.926.67619115.23115.00114.9644.743.841.90.720.670.5390.925.95631115.10115.02115.0140.943.542.30.680.670.5689.024.77655114.99115.14115.0645.243.142.00.660.660.5692.423.93678115.06114.98114.9145.343.342.30.640.600.5092.72020/2/25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300ms2020/2/25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。2020/2/25谢谢大家！低输入电压大功率逆变器技术研究