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正文內(nèi)容

kw離網(wǎng)型光伏逆變器的設(shè)計(jì)(編輯修改稿)

2025-02-08 04:34 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 (41) 當(dāng)輸出功率等于 5kW 時(shí) 計(jì)算得 L=20μ H 當(dāng)工作在電感電流連續(xù)模式下時(shí) 輸 出電壓紋波較小 電容充放電電流的變化率也較小 具有很好的電能輸出質(zhì)量 本設(shè)計(jì) 中選取 P=100W 時(shí)所對(duì)應(yīng)的臨界電感值 L=1mH。電感電流連續(xù)模式下 需要的電容值 為 00 00 UDTI URDTUC (42) 要想獲得輸出為 220VAC 的正弦波 考慮到 SPWM 調(diào)制技術(shù)的最大利用率 和調(diào)制度 以及 IGBT 管的導(dǎo)通范圍 Boost 變換器需要將直流電壓升到 420V 紋波電 壓為直流電壓的 5‰ 即為 占空比 D 選取最大值 代入式 42 求得電容值 為 1033μ F 考慮到一定裕量 選取 3 個(gè)并聯(lián)的 470μ F 的電解電容。 輸入濾波電路的設(shè)計(jì) 輸入濾波電路是由濾波電容組成是用來減小輸入端電壓的脈動(dòng) 假如變換器傳輸最 大功率為 P m 由輸入輸出功率相等可得出一個(gè)周期內(nèi)輸入濾波電容所提供的能量約為 rin fPW max (43) 式 43 中 η為變換器的效率 f r 為功率 IGBT 開關(guān)器件的工作頻率。將 P m =5KW, η =, f r =18kHz 代入上式可得 W in ≈ ,每半個(gè)周期輸入濾波電容所提供的能量為 minmin 22 ininin VCVW (44) 式 44 中 V inmin 為最小輸入直流電壓 Δ V inmin 一般取 1%V inmin 濾波電容選用 鋁電解電容 為了減小電容的等效串聯(lián)電阻 本設(shè)計(jì)采用了 100V 10000UF*10 的電解電 容并聯(lián)實(shí)現(xiàn)。 逆變電路的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用的是電壓型單相全橋逆變電路。由于輸入的直流電壓為 220VDC 該 逆變器的功率為 5KW 采用的是日本三菱第五代 IPM 功率驅(qū)動(dòng)模塊。逆變采用的電路 為單相全橋逆變 如圖 43 所示 CU i VT1 VD2Z U 0 VD1VT3VD3 VT2VT4VD4 i 0 圖 43 單相全橋逆變電路 SPWM 的實(shí)現(xiàn) 產(chǎn)生 SPWM 波的方法有多種 主要分為硬件實(shí)現(xiàn)方法和軟件實(shí)現(xiàn)方法兩大類。硬 件實(shí)現(xiàn)方法是在模擬電路里采用正弦波發(fā)生器、三角波發(fā)生器和比較器來實(shí)現(xiàn) SPWM 波控制 但此方法硬件電路復(fù)雜 實(shí)現(xiàn)困難且不易改進(jìn)。本設(shè)計(jì)采用數(shù)字方法控制 即 用軟件實(shí)現(xiàn)。本設(shè)計(jì)采用軟件編程生成 PWM 波來控制 IGBT 的觸發(fā)信號(hào)。本設(shè)計(jì)采用 的是規(guī)則采樣法生成 SPWM 波。 規(guī)則采樣法就是將自然采樣法中的正弦調(diào)制波與三角載波周期中心的交點(diǎn)就是階 梯波水平線段地中點(diǎn)。這樣 三角載波與階梯波水平線段的交點(diǎn) A、 B 兩點(diǎn)就分別落在 正弦調(diào)制波的上下兩邊 從而減少了以階梯波調(diào)制的誤差。另外 由于 A、 B 兩點(diǎn)對(duì)于 三角載波周期中心線對(duì)稱 因而使 PWM 脈沖信號(hào)發(fā)生得以簡化。由圖 71 所示。三角 載波的調(diào)制度為 M 正弦調(diào)制波的角頻率為ω 1 根據(jù)相似三角形的幾何關(guān)系容易得出 規(guī)則采樣法 SPWM 脈寬δ以及脈沖間隙時(shí)間δ’的表達(dá)式為 式 45 和式 46 中 t D 為三角載波的中心的時(shí)間值 T C 為 SPWM 載波信號(hào) 周期 M 為三角載波的調(diào)制度。 圖 44 SPWM 脈沖信號(hào)規(guī)則采樣法生成原理 工頻隔離變壓器 當(dāng) 220V 的直流電通過逆變器逆變后生成的 SPWM 波的大小約為 140V 左右 需要 通過升壓使逆變輸出的電壓能夠給交流負(fù)載供電。即逆變輸出的電壓為 220V 的交流電。 首先把直流電逆變成工頻低壓交流電 再通過工頻變壓器升壓呈 220V。 50Hz 的交 流電給負(fù)載使用。它的有點(diǎn)事結(jié)構(gòu)簡單 各種保護(hù)功能均在較低電壓下實(shí)現(xiàn)。因其逆變 電源與負(fù)載之間存有工頻變壓器 故逆變器運(yùn)行穩(wěn)定、可靠、過負(fù)荷能力和抗沖擊能力 強(qiáng) 且能夠抑制波形中的高次諧波成分。 LC 輸出濾波電路 通過變壓器變壓后的 SPWM 波中含有載波頻率的整數(shù)倍及其附近的諧波分量。所以需要濾波 常見的濾波裝置有單電感濾波 LC 濾波 還有 LCL 濾波。單電感濾波器 結(jié)構(gòu)簡單 但是 由于高頻諧波衰減特性不夠理想 需要較大的電感量才能對(duì)諧波進(jìn)行 有效衰減 或者 需要采用較高的開關(guān)頻率來降低諧波電流 因此 單電感 L 濾波器通 常用于小功率高開關(guān)頻率的并網(wǎng)逆變器中。 LC 濾波器用場合在公共并網(wǎng) /獨(dú)立雙模式逆 變器中 當(dāng)逆變器工作在獨(dú)立模式時(shí) LC 濾波器能有效衰減輸出電壓的高頻諧波部分 從而可以獲得理想的輸出電壓波形 當(dāng)逆變器工作于并網(wǎng)模式時(shí) 由于電網(wǎng)電壓的鉗制 作用 僅濾波電感對(duì)并網(wǎng)電流起濾波作用 濾波電容相當(dāng)于本地負(fù)載。 LCL 濾波器對(duì)高 頻分量呈高阻抗 對(duì)高頻諧波電流可起到很大的衰減作用 即使在低開關(guān)頻率和較小的 電感情況下也能滿足電流諧波衰減要求。所以 LCL 濾波器通常用于較低開關(guān)頻率的中 大功率場合。 本設(shè)計(jì)采用的是 LC 濾波。 LC 低通濾器的選取主要考慮幾個(gè)方面的因素 噪聲、 抑制能力、輸出阻抗、逆變電流應(yīng)力。 設(shè)計(jì)中還要綜合考慮濾波電路的體積、重量以及制作成本 通常截止頻率選擇在開 關(guān)頻率的 1/10~1/20。 本設(shè)計(jì)中選擇系統(tǒng)開關(guān)頻率為 18kHz,逆變器輸出交流電源頻率為 50Hz 初步確定截止頻率為 1kHz 濾波器中有兩個(gè)待定的參數(shù) 即濾波電感和濾波電 容。 LC 低通濾波器的結(jié)構(gòu)如圖 45 所示。 C Z2Z1 UinL Uout 圖 45 LC 低通濾波器結(jié)構(gòu)圖 LC 濾波器的傳遞函數(shù)為 1211 )()( 2 20 swswsUsU lin (47) 式 56 中ω l 為 LC 諧振的角頻率 , LCw l /1 為阻尼系數(shù) CL R L 21 S 為拉普拉斯算子。 濾波器的截止頻率為 LCf c 21 (49) 串聯(lián)阻抗和并聯(lián)阻抗的乘積 KCL jwCjwLZZ 21 (410) L、 C 值確定后 K 為常數(shù) 由于 L/C 具有阻抗平方量綱 故 K 也可以用濾波器的另 一參數(shù) R 表示 2 RKCL (411) 式 (411 中 R 為標(biāo)稱特性阻抗 R 和負(fù)載電阻 L R 的關(guān)系 L RR)~( (412) 本設(shè)計(jì)中逆變器功率為 5kW 輸入額定電壓為 220VDC 要求輸出頻率為 50Hz 電 壓有效值為 220VAC 的正弦波。逆變器滿載工作時(shí) 可得 22 PUR L (413) 所以 R 初步選定 R=6 將 R 代入式 410 與式 411 中 可得 L=995μ H,C= F 實(shí)驗(yàn)實(shí)際選擇 L=1mH C=10μ F 則此時(shí) LC 低通濾波器的截 止頻率為 kHzLCf c 5 控制回路的設(shè)計(jì) 輔助電源設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)是基于 UC3842 的單端反激式開關(guān)電源的設(shè)計(jì)來設(shè)計(jì)該系統(tǒng)的輔助電源 輔 助電源作用是給整個(gè)光伏逆變器系統(tǒng)的控制電路、驅(qū)動(dòng)電路、檢測報(bào)警電路等提供穩(wěn)定 的低壓電源 是系統(tǒng)穩(wěn)定可靠工作的重要保障。電源板將輸入的電變成 +15V 的直流電 給驅(qū)動(dòng)板和采樣板供電。輸出的 +5V 的直流電給液晶板供電。 UC3842 是一種高性能單 端輸出式電流控制型脈寬調(diào)制器芯片。內(nèi)部采用的是雙閉環(huán)控制 內(nèi)環(huán)是電流控制環(huán) 外環(huán)是電壓控制環(huán)。無論是電流變化 還是電壓的變化 都會(huì)是 PWM 輸出脈沖占空比 發(fā)生變化。這種控制方式可改善系統(tǒng)的電壓調(diào)整率 提高系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)速度 增加系 統(tǒng)的穩(wěn)定性。其控制系統(tǒng)框圖如圖 51。 電流型 PWM 是在脈寬比較器的輸入端 直接用流過輸入電 感線圈電流的信號(hào)與誤 差放大器輸出信號(hào)進(jìn)行比較 從而調(diào)節(jié)占
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