【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 系統(tǒng)正常運(yùn)行。 （5） 保護(hù)電路： 主要包括輸入與輸出時(shí)過(guò)電壓、過(guò)電流、負(fù)載過(guò)大和過(guò)熱保護(hù)等。 （6） 主逆變電路：主要由全控型開(kāi)關(guān)器件和與其相并聯(lián)的二極管及相應(yīng)的電感和電容等組成，是逆變器轉(zhuǎn)換工作核心。電壓源型逆變器的直流側(cè)輸入為直流電壓源，常?？捎迷谠偕茉窗l(fā)電系統(tǒng)中，直流電壓源可以是太陽(yáng)能電池板、燃料電池。下圖21所示為三相橋式電壓源型逆變拓?fù)洹D22 電壓源型逆變器拓?fù)淙鐖D22所示，直流側(cè)電容是為了穩(wěn)定直流側(cè)輸入電壓，逆變橋中與每個(gè)功率管反并聯(lián)的二極管用來(lái)保證反方向電流的流通，防止功率管被擊穿。電壓源型逆變器拓?fù)浍@得了廣泛的應(yīng)用，在于其輸出電壓波形不隨負(fù)載的改變而改變。但其自身也存在一些理論缺陷，即電壓源型逆變器只能實(shí)現(xiàn)降壓，即其交流端電壓幅值不會(huì)超過(guò)直流側(cè)輸入電壓。這樣就限制了它的應(yīng)用場(chǎng)合，在直流側(cè)輸入電壓較低的情況必須要加入DCDC升壓裝置，對(duì)系統(tǒng)的效率有較大的影響。同時(shí)，在任意時(shí)間，同一橋臂的兩個(gè)開(kāi)關(guān)管不能同時(shí)打開(kāi)，否則會(huì)造成電源短路，燒毀開(kāi)關(guān)管，因此工程應(yīng)用中必須在開(kāi)關(guān)管切換時(shí)加入一定的死區(qū)時(shí)間，死區(qū)時(shí)間會(huì)造成輸出電壓波形畸變嚴(yán)重[4]。電流源型逆變器的直流側(cè)輸入為直流電流源，下圖23所示為三相橋式電流源型逆變拓?fù)洹? 圖223電流源型逆變器拓?fù)淙鐖D23所示，直流側(cè)大電感用來(lái)儲(chǔ)能，輸入呈現(xiàn)高阻電流源特性。電流源型逆變器輸出端需并聯(lián)電容提供容性負(fù)載，當(dāng)輸入端直流電流穩(wěn)定時(shí)其輸出電流波形不隨負(fù)載變化而變化。由于其結(jié)構(gòu)與電壓源型逆變器形成對(duì)稱，其自身同樣存在一些理論缺陷，電流源型逆變器只能實(shí)現(xiàn)升壓，即其交流端電壓幅值不會(huì)小于直流側(cè)輸入電壓。同樣，這也限制了它的應(yīng)用場(chǎng)合，在直流側(cè)輸入電壓太高的情況必須要加入DCDC降壓裝置，會(huì)降低系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率。同時(shí)，工作過(guò)程中，開(kāi)關(guān)管必須阻斷反向電壓，因此高性能IGBT無(wú)法應(yīng)用。因?yàn)橹绷鱾?cè)大電感在任意時(shí)間不能被開(kāi)路，所以三相橋臂任意時(shí)間內(nèi)必須維持至少其中一相導(dǎo)通。 電壓源型和電流源型逆變電路中最常用的是三相橋式逆變電路，下面就三相橋式逆變器的輸出電壓進(jìn)行定量分析。把輸出線電壓展開(kāi)成傅立葉級(jí)數(shù)得： (21)式中，n=6k+1,k為自然數(shù)。輸出線電壓有效值U為： （22）基波幅值和基波有效值分別為： （23） （24） 把負(fù)載時(shí)的相電壓展開(kāi)成傅立葉級(jí)數(shù)可以得到 （25） 式中，n=6k+1或6k1,k為自然數(shù)。 負(fù)載相電壓有效值為： （26） 基波幅值和基波有效值分別為： （27） （28） 現(xiàn)在使用比較普遍的是三相電壓型和三相電流型逆變電路，逆變電路中實(shí)現(xiàn)逆變的核心部分就是逆變電路，逆變電路可以分為電壓型和電流型，因?yàn)樗麄兊闹绷鱾?cè)電壓的性質(zhì)不同來(lái)進(jìn)行區(qū)別分類。 三相逆變電路可以由三個(gè)單相逆變電路構(gòu)成，在三相橋式逆變電路中選擇性能優(yōu)異的IGBT作為可控開(kāi)關(guān)器件，能夠讓系統(tǒng)工作更容易實(shí)現(xiàn)和節(jié)約電能。電路原理圖如下所示。 圖24 三相電壓型橋式逆變電路 下面介紹一下三相橋式逆變電路的基本工作原理，三相橋式逆變電路基本工作方式是從單相和半橋轉(zhuǎn)變過(guò)來(lái)的，它們最實(shí)質(zhì)的原理還是一樣的。首先就是全控型開(kāi)關(guān)器件的導(dǎo)通方式和導(dǎo)通角度，在系統(tǒng)電路工作過(guò)程中總是由三個(gè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通來(lái)完成逆變電路的工作。現(xiàn)在的逆變電路大部分都采用相同的導(dǎo)通角度和開(kāi)關(guān)工作方式，希望逆變器的研究可以突破實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步飛躍發(fā)展。 下面將介紹三相電流行逆變電路，就像前面所述，直流電壓為電流源的逆變電路稱為電流型逆變電路。電流型逆變電路通常會(huì)在直流側(cè)串聯(lián)大電感來(lái)穩(wěn)定電壓，這樣有利于電路工作時(shí)系統(tǒng)的穩(wěn)定性提高。可靠型器件選擇GTO，我們利用的是它的反向阻斷能力，在GTO工作時(shí)我們應(yīng)當(dāng)考慮到對(duì)于反向電壓的處理，那就是在每個(gè)GTO上并聯(lián)二極管來(lái)解決。需要說(shuō)明的是，電容用來(lái)吸收能量在電路工作時(shí)很重要。 圖25電流型逆變電路圖 就本圖來(lái)說(shuō)是典型的電流型逆變電路，下面簡(jiǎn)單介紹其工作原理。和很多電路的工作方式一樣選擇器件的導(dǎo)通角度為120度。每個(gè)晶閘管按順序?qū)ㄒ淮蜗喔?0度導(dǎo)通，每個(gè)橋臂一周期內(nèi)導(dǎo)通120度。逆變電路工作的每個(gè)時(shí)刻都會(huì)有兩個(gè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通，分別為上下橋臂中的一個(gè)。換流是在一側(cè)內(nèi)部完成的橫向進(jìn)行。 逆變輸出的電壓波形圖是正弦波，但是不是十分標(biāo)準(zhǔn)，這是由于逆變工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生諧波，影響最終結(jié)果。 輸出交流電流的基波有效值和直流電流的關(guān)系為： 有上式可以看出電流型和電壓型它們的最終逆變輸出的形式相同而且有效數(shù)據(jù)的系數(shù)也相同。第三章 直流升壓電路和MCU控制器 首先簡(jiǎn)單介紹一下斬波電路的本意，斬波電路原來(lái)是指在電力器件及系統(tǒng)運(yùn)用中，出于某種需要,將電壓正弦波的一部分給“斬掉”。通過(guò)直流側(cè)輸入的直流電由一個(gè)全控型開(kāi)關(guān)器件和電容電感等共同構(gòu)成升壓斬波電路的主體，可以將直流電進(jìn)行斬波分析形成一個(gè)個(gè)脈沖段。 如圖31所示，該電路中也是使用一個(gè)全控型器件。 圖31 升壓斬波電路圖 下面對(duì)電路圖進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析，首先我們假設(shè)電路中電感值很大，電容值也很大。設(shè)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間為t1，此階段電感積蓄能量，當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，電感釋放能量，那么在這個(gè)過(guò)程中能量守恒，即吸收的能量等于釋放的電能。根據(jù)能量守恒，在一個(gè)周期中，當(dāng)電路在穩(wěn)定狀態(tài)下吸收的等于釋放的能量[1]。 基本公式為： （31） (32)上式中的將升壓比的倒數(shù)記作β，即 ，則和導(dǎo)通占空比有如下關(guān)系： （33） 上式可表示為： (34) 最終實(shí)現(xiàn)了升壓，其關(guān)鍵有兩個(gè)原因：一電感可以儲(chǔ)存能量，二電容可以使電壓穩(wěn)定。 如果忽略電路中的損耗，則由電源提供的能量?jī)H由負(fù)載R消耗，即： （35） 輸出電流的平均值Io為： （36） 電源電流I1為： （37） 在此電路工作過(guò)程中要求電壓保持不變，我們可以通過(guò)電容來(lái)維持電壓的穩(wěn)定，就要求電容必須足夠大，通過(guò)它向負(fù)載放電，這樣電壓就會(huì)有所下降而使得電路的運(yùn)行效果下降而影響最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。但只要電容值足夠大可以有效的減小誤差，在實(shí)際中可以忽略。 升壓斬波電路主要由以下三方面的應(yīng)用：一 用在直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)電路中；二 常用在單相功率因數(shù)校正電路；三 用于其他交直流電壓中[4]。 在使用到直流電動(dòng)機(jī)中用升壓斬波電路時(shí)，通常是用作直流電動(dòng)機(jī)再生制動(dòng)時(shí)把電能回饋給直流電源，此時(shí)的電路如圖31所示，只是其中的電源換成電動(dòng)機(jī)。需要補(bǔ)充說(shuō)明的是此時(shí)電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)相當(dāng)于圖31中的電源，此時(shí)的直流電源相當(dāng)于其中的負(fù)載，其工作原理完全相同，故可以進(jìn)行分析計(jì)算。通常會(huì)并聯(lián)電容來(lái)穩(wěn)定電壓，但直流電壓源基本不變，所以不必并聯(lián)電容[4]。 圖32 直流電動(dòng)機(jī)反饋能量的升壓斬波電路圖 下面對(duì)電路工作在工作在斷態(tài)和通態(tài)進(jìn)行分析： 當(dāng)可控開(kāi)關(guān)處于通態(tài)時(shí)，設(shè)電動(dòng)機(jī)的電流為i1，得下式： （38） 式中，R為電動(dòng)機(jī)電樞回路和線路