離網(wǎng)正弦波逆變器中小功率逆變器

中小功率逆變電源是戶用獨立交流光伏系統(tǒng)中重要的環(huán)節(jié)之一，其可靠性和效率對推廣光伏系統(tǒng)、有效用能、降低系統(tǒng)造價至關(guān)重要?因而各國的光伏專家們一直在努力開發(fā)適于戶用的逆變電源，以促使該行業(yè)更好更快地發(fā)展。

逆變電源按變換方式可分為工頻變換和高頻變換。工頻變換是利用分立器件或集成塊產(chǎn)生50Hz方波信號，然后利用該信號去推動功率開關(guān)管，利用工頻升壓變壓器產(chǎn)生220V交流電。這種逆變電源結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，但由于電路結(jié)構(gòu)本身的缺陷，不適合于帶感性負(fù)載，如電冰箱、電風(fēng)扇、水泵、日光燈等。另外，這種逆變電源由于采用了工頻變壓器，因而體積大、笨重、價格高。目前主要用在大型太陽能光伏電站。

20世紀(jì)70年代初期，20kHzPWM型開關(guān)電源的應(yīng)用在世界上引起了所謂"20kHz電源技術(shù)*"。這種變換思想當(dāng)時即被用在逆變電源系統(tǒng)中，但由于當(dāng)時的功率器件昂貴，且損耗大，高頻高效逆變電源的研究一直處于停滯狀態(tài)。到了80年代以后，隨著功率MOSFET工藝的日趨成熟及磁性材料質(zhì)量的提高，高頻變換逆變電源才走向市場。

高頻變換逆變電源是通過高頻DC/DC變換技術(shù)，先將低壓直流變?yōu)楦哳l低壓交流，經(jīng)過脈沖變壓器升壓后再整流成高壓直流。由于在DC/DC變換中采用了PWM技術(shù)，因而在此可得到一穩(wěn)定的直流電壓，利用該電壓可直接驅(qū)動交流節(jié)能燈、白熾燈、彩電等負(fù)載。若對該高壓直流進行類正弦變換或正弦變換，即可得到220V、50Hz類正弦波交流電或220V、50Hz正弦波交流電。這種逆變器由于采用高頻變換(現(xiàn)多為20kHz~200kHz)，因而體積小、重量輕，再由于采用了二次調(diào)寬及二次穩(wěn)壓技術(shù)，因而輸出電壓非常穩(wěn)定，負(fù)載能力強，性能價格比高，是目前可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中首選產(chǎn)品。在國外發(fā)達(dá)國家的中小交流光伏系統(tǒng)中得到普遍的使用，但在國內(nèi)，由于技術(shù)方面的原因及市場的混亂，一些逆變電源廠家一直在推廣工頻變換逆變電源，有的為了降低成本甚至使用低硅硅鋼片，這樣的逆變電源充斥市場，使得交流光伏系統(tǒng)的綜合成本升高，將會阻礙交流光伏系統(tǒng)的推廣，這對行業(yè)的發(fā)展是很不利的。

a.可靠性

目前，高頻變換中小功率逆變電源存在的問題主要是可靠性不高。我們多年的研究、生產(chǎn)及使用說明:影響高頻變換中小功率逆變電源壽命的主要因素有電解電容器、光電耦合器及磁性材料。

實踐證明:追求壽命的延長要從設(shè)計方面著手，而不是依賴于使用方。降低器件的結(jié)溫，減少器件的電應(yīng)力，降低運行電流及采用優(yōu)質(zhì)的磁性材料等措施可大大提高其可靠性。國內(nèi)之所以有人對高頻變換逆變電源的可靠性產(chǎn)生懷疑，一個重要的原因是一些廠家為了降低成本而仍使用70年代研制的第一代磁性材料，如TDK的H35、FDK的H45等，由于這種磁性材料的飽和磁通密度及居里溫度點較低，因而在功率較大時長時間使用極易出故障。我們使用80年代中后期研制的第三代磁性材料，如TDK的H7C4、FDK的H63B和H45C、西門子的N47和N67，不但能有效地提高轉(zhuǎn)換效率，而且大大提高了逆變電源可靠性。事實上，彩電及計算機中使用的開關(guān)電源也證明了高頻變換方式的可靠性。用戶的長時間使用也證明了我們目前生產(chǎn)的高頻變換中小功率逆變電源具有高的可靠性和效率，完全可與MASTERVOLT等大公司的產(chǎn)品相媲美。

b.效率

要提高逆變電源的效率，就必須減小其損耗。逆變電源中的損耗通?？煞譃閮深?導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗。導(dǎo)通損耗是由于器件具有一定的導(dǎo)通電阻Rds，因此當(dāng)有電流流過時將會產(chǎn)生一定的功耗，損耗功率Pc由下式計算:Pc=I2×Rds。在器件開通和關(guān)斷過程中，器件不僅流過較大的電流，而且還承受較高的電壓，因此器件也將產(chǎn)生較大的損耗，這種損耗稱為開關(guān)損耗。開關(guān)損耗可分為開通損耗、關(guān)斷損耗和電容放電損耗。

開通損耗? Pon=?1/2 ×Ip×Vp×ts×f?

關(guān)斷損耗? Poff=1/2×Ip×Vp×ts×f?

電容放電損耗? Pcd=(1/2)×Cds×Vc2×f?

總的開關(guān)損耗? Pcf=Ip×Vp×ts×f+?1/2 ×Cds×Vc2×f。

式中:Ip為器件開關(guān)過程中流過的電流最大值;

Vp為器件開關(guān)過程中承受的電壓最大值;

ts為開通關(guān)斷時間;

f為工作頻率;

Cds為功率MOSFET的漏源寄生電容。

現(xiàn)代電源理論指出:要減小上述這些損耗，就必須對功率開關(guān)實施零電壓或零電流轉(zhuǎn)換，即采用諧振型變換結(jié)構(gòu)。

可以參考:

<HS150K3光伏并網(wǎng)逆變器使用說明書>

隨著諧振開關(guān)電源的發(fā)展，諧振變換的思想也被用在逆變電源系統(tǒng)中，即構(gòu)成了諧振型高效逆變電源。該逆變電源是在DC/DC變換中采用了零電壓或零電流開關(guān)技術(shù)，因而開關(guān)損耗基本上可以消除，即使當(dāng)開關(guān)頻率超過1MHz以上后，電源的效率也不會明顯降低。實驗證明:在工作頻率相同的情況下，諧振型變換的損耗可比非諧振型變換降低30%~40%。目前，諧振型電源的工作頻率可達(dá)500kHz到1MHz。

另外值得注意的是，光伏系統(tǒng)用中小功率逆變電源的研究正朝著模塊化方向發(fā)展，即采用不同的模塊組合，就可構(gòu)成不同的電壓、波形變換系統(tǒng)。

毫無疑問，光伏系統(tǒng)用中小功率逆變電源會采用高頻變換電路結(jié)構(gòu)。在一些技術(shù)細(xì)節(jié)上，也會有別于其它場合使用的逆變電源，如除了追求高可靠、高效率外，還應(yīng)針對光伏行業(yè)的特點，將控制、逆變有效地合二為一，即光伏逆變電源在設(shè)計上應(yīng)具有過壓、欠壓、短路、過熱、極性接反等保護功能。這樣做不但降低了系統(tǒng)的造價，而且提高了系統(tǒng)的可靠性。

1、直流電壓要一致

每臺逆變器都有接入直流電壓數(shù)值，如12V，24V等，要求選擇蓄電池電壓必須與逆變器直流輸入電壓一致。例如，12V 逆變器必須選擇12V蓄電池。

2、逆變器輸出功率必須大于電器的使用功率，特別對于啟動時功率大的電器，如冰箱、空調(diào)，還要留大些的余量。

3、正、負(fù)極必須接正確

逆變器接入的直流電壓標(biāo)有正負(fù)極。紅色為正極(+)，黑色為負(fù)極(-)，蓄電池上也同樣標(biāo)有正負(fù)極，紅色為正極(+)，黑色為負(fù)極(-)，連接時必須正接正(紅接紅)，負(fù)接負(fù)(黑接黑)。連接線線徑必須足夠粗，并且盡可能減少連接線的長度。

4、應(yīng)放置在通風(fēng)、干燥的地方，謹(jǐn)防雨淋，并與周圍的物體有20cm以上的距離，遠(yuǎn)離易

燃易爆品，切忌在該機上放置或覆蓋其它物品，使用環(huán)境溫度不大于40℃。

5, 充電與逆變不能同時進行。即逆變時不可將充電插頭插入逆變輸出的電氣回路中.

6、兩次開機間隔時間不少于5秒(切斷輸入電源)。

7、請用干布或防靜電布擦拭以保持機器整潔。

8、在連接機器的輸入輸出前，請首先將機器的外殼正確接地。

9、為避免意外，嚴(yán)禁用戶打開機箱進行操作和使用。

10、懷疑機器有故障時，請不要繼續(xù)進行操作和使用，應(yīng)及時切斷輸入和輸出，由合格的檢修人員或維修單位檢查維修。

11、在連接蓄電池時，請確認(rèn)您的手上沒有其它金屬物，以免發(fā)生蓄電池短路，灼傷人體。

12使用環(huán)境 基于安全和性能的考慮,安裝環(huán)境應(yīng)具備以下條件:

<1> 干燥:不能浸水或淋雨

<2> 陰涼:溫度在0℃與40℃之間

<3> 通風(fēng):保持殼體上5CM內(nèi)無異物,其它端面通風(fēng)良好

13. 安裝使用方法

<1> 將轉(zhuǎn)換器開關(guān)置于關(guān)(OFF)的位置,然后把雪茄頭插入車內(nèi)點煙器插口,確保插到位而接觸良好.

<2> 確認(rèn)所有電器的功率在G-ICE標(biāo)稱功率以下方可使用,將電器的220V插頭直接插入轉(zhuǎn)換器一端的 220V插座內(nèi),并確保兩個插座所有連接電器的功率之和在G-ICE標(biāo)稱功率以內(nèi).

<3> 開啟轉(zhuǎn)換器開關(guān)，綠色指示燈亮，表示工作正常。

<4> 紅色指示燈亮，表示因過壓/欠壓/過載/過溫，導(dǎo)致轉(zhuǎn)換器關(guān)斷。

<5> 在很多情況下，由于車用點煙器插口輸出有限，使得正常使用時轉(zhuǎn)換器報警或關(guān)斷，這時只要發(fā)動車輛或減小用電功率即可恢復(fù)正常。

14.注意事項

<1> 電視機，顯示器，電動機等在啟動時電量達(dá)到峰值，盡管轉(zhuǎn)換器可以承受標(biāo)稱功率2倍的峰值功率，但有些功率符合要求的電器的峰值功率可能會超過轉(zhuǎn)換器的峰值輸出功率，引發(fā)過載保護，電流被關(guān)斷。同時帶動多個電器，可能發(fā)生這種情況，這時應(yīng)先關(guān)閉電器開關(guān)，打開轉(zhuǎn)換器開關(guān)，然后逐個打開電器開關(guān)，并應(yīng)最先開啟峰值最高的電器。

<2> 在使用過程中，電瓶電壓開始下降，當(dāng)轉(zhuǎn)換器DC輸入端的電壓降到10.4-11V時,報警器發(fā)出峰鳴聲,此時電腦或其它敏感電器應(yīng)及時關(guān)閉,若忽視報警聲,轉(zhuǎn)換器將在電壓到9.7-10.3V時,自動關(guān)斷,這樣可以避免電瓶被過量放電.電源保護關(guān)斷后,紅色指示燈亮起.

<3> 應(yīng)及時啟動車輛,給電瓶充電,防止電量衰竭,影響汽車啟動和電瓶壽命.

<4> 盡管轉(zhuǎn)換器沒有過壓保護功能,輸入電壓超過16V,仍有可能損壞轉(zhuǎn)換器.

<5> 連續(xù)使用后,殼體表面溫度會上升到60℃,注意氣流通暢,易受高溫影響的物體應(yīng)遠(yuǎn)離.

1.汽車上的逆變器所獲得的220V電，是220V 50HZ，高檔點的是正弦波的，便宜的一般是方波的。

正弦波的那種和接插座上用的電，是一樣的，而方波的其實也可以用，只不過如果用風(fēng)扇等有電機的設(shè)備，會有一些噪音，之所以用方波，就是因為這種調(diào)制方式成本比較低。一般，車載的這個逆變器，功率最大不過500瓦，空調(diào)一般都700多瓦，而且，你真的那么想把家用空調(diào)裝車上?汽車?yán)锏目照{(diào)，包括那些大客車，都是讓引擎直接驅(qū)動壓縮機的，不是用電的，如果中間多一個電的轉(zhuǎn)換過程，損耗就更大了。而且也不好裝，還不如用汽車空調(diào)。

2.接筆記本，，電視，碟機之類的東西，只要在他的額定功率下使用，都沒問題 但是需要注意 他是接在汽車蓄電池上的，雖然他一般都是11V就自動保護斷電，避免電壓過低導(dǎo)致車無法啟動，但是還是不適宜在引擎不運轉(zhuǎn)的情況下用，，所以如果用負(fù)載比較大，還是建議啟動引擎。如果是給手機充電倒沒什么問題。

3.電動車上，有一個叫DC-DC的模塊，他也叫 直流轉(zhuǎn)換器，這個模塊輸入48V，輸出12V，那么你只要購買一個12V輸入的車載逆變器就可以使用。當(dāng)然若你能買到48V輸入的逆變器更好，但估計很難買到 而且，這個模塊一般只能提供5A電流，最多不過10A，而且車燈什么的也要用，所以很容易過載，建議，如果可以，多買一個 直流轉(zhuǎn)換器，這個轉(zhuǎn)換器專門給你那逆變器供電，然后如果直流轉(zhuǎn)換器只能提供5A，那么逆變器輸入就應(yīng)當(dāng)小于5A，否則可能會損壞那模塊， 當(dāng)然有一些直流轉(zhuǎn)換器電流是很大的，如果修車的地方?jīng)]有，可以到一些電器店或叫他們修理的給你進一個大電流的，或者多個直流轉(zhuǎn)換器并聯(lián)也可以，總之，不要讓他過載就可以 。

4.在目前的城市軌道車輛上有一種vvvf牽引逆變器，用于變頻變壓，在列車牽引時將高壓(一般為dc750V或DC1500V)變?yōu)轭l率和電壓可調(diào)的三相電供給牽引電動動機使用，在制動時可以把列車慣性帶動牽引電機旋轉(zhuǎn)發(fā)出的三相電能轉(zhuǎn)換為直流電反饋回電網(wǎng)或通過能量消耗模塊消耗掉。

變頻器是VFD/VVVF的中文譯名。

變頻器集成了高壓大功率晶體管技術(shù)和電子控制技術(shù)，成為獨立的傳動元件。

變頻器的作用是改變交流電機供電的頻率和幅值，因而改變其運動磁場的周期，達(dá)到控制電動機轉(zhuǎn)速的目的。

變頻器的出現(xiàn)，使得復(fù)雜的調(diào)速控制簡單化，用變頻器+交流鼠籠異步電機組合替代了大部分原先只能用直流電機完成的工作，縮小了體積，降低了維修率,使傳動技術(shù)發(fā)展到新階段。

變頻器不同于本條目所說的反用換流器、逆變器、換向器。變頻器不僅要將直流電源逆變?yōu)榻涣鞴╇?，更需要先將交流電源連續(xù)整流為直流電源。

簡單的說，逆變器只是變頻器的輸出部分。

逆變器在工作時其本身也要消耗一部分電力，因此，它的輸入功率要大于它的輸出功率。逆變器的效率即是逆變器輸出功率與輸入功率之比，即逆變器效率為輸出功率比上輸入功率。如一臺逆變器輸入了100瓦的直流電，輸出了90瓦的交流電，那么，它的效率就是90%。

通俗地說，即應(yīng)用電磁感應(yīng)原理制作的大功率電器產(chǎn)品，如電動機、壓縮機、繼電器等等。這類產(chǎn)品在啟動時需要一個比維持正常運轉(zhuǎn)所需電流大得多(大約在5-7倍)的啟動電流。例如，一臺在正常運轉(zhuǎn)時耗電150瓦左右的電冰箱，其啟動功率可高達(dá)1000瓦以上。此外，由于感性負(fù)載在接通電源或者斷開電源的一瞬間，會產(chǎn)生反電動勢電壓，這種電壓的峰值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于逆變器所能承受的電壓值，很容易引起逆變器的瞬時超載，影響逆變器的使用壽命。因此，這類電器對供電波形的要求較高。

準(zhǔn)正弦波也分為若干種，從與方波相差無幾的方形波到比較接近正弦波的圓角梯形波。我們這里僅討論方形波，這也是目前大部分市售高頻逆變器能夠提供的波形。這類準(zhǔn)正弦波逆變器可應(yīng)用于筆記本電腦、電視機、組合式音響、攝像機、數(shù)碼相機、打印機、各種充電器、掌上電腦、游戲機、影碟機、移動DVD、 家用治療儀等等，輸出功率較大的逆變器還可以應(yīng)用于小型電熱器具如電吹風(fēng)機、電熱杯、廚房電器等等。但對感性負(fù)載類電器如電冰箱、電鉆等則不宜長時間使用準(zhǔn)正弦波逆變器供電。否則，將可能對逆變器和相關(guān)電器產(chǎn)品造成損壞或縮短預(yù)期使用壽命。如果一定要使用感性負(fù)載，建議選用儲備功率較大的準(zhǔn)正弦波逆變器，如本網(wǎng)站提供的超大峰值功率逆變器。在這里，著重談一下準(zhǔn)正弦波逆變器應(yīng)用于電視機(傳統(tǒng)顯示器類)的例子。電視機對逆變器有以下三條要求:首先，電視機在開機時，消磁電路對電能有極大的瞬間需求，因此對逆變器的峰值功率要求很高。例如，一臺25吋數(shù)字彩電，正常工作狀態(tài)下的功耗約為80瓦，而開機的瞬間功率高達(dá)1450瓦。其次，因為電視機的場頻等于交流電網(wǎng)頻率，逆變器輸出交流電的頻率必須準(zhǔn)確。第三，逆變器不應(yīng)對電視機產(chǎn)生干擾。即使能滿足以上三個條件，電視機在使用準(zhǔn)正弦波交流電時，畫面仍會有幾條固定的干擾紋，色彩也會輕微偏綠(使用老式電視機時，偏色情況比較嚴(yán)重)，但其它無異。

一些使用電動機的電器或工具，如電冰箱、洗衣機、電鉆等，在啟動的瞬間需要很大的電流來推動，一旦啟動成功，則僅需較小的電流來維持其正常運轉(zhuǎn)。因此，對逆變器來說，也就有了持續(xù)輸出功率和峰值輸出功率的概念。持續(xù)輸出功率即是額定輸出功率;一般峰值輸出功率為額定輸出功率的2倍。必須強調(diào)，有些電器，如空調(diào)、電冰箱等其啟動電流相當(dāng)于正常工作電流的3-7倍。因此，只有能夠滿足電器啟動峰值功率的逆變器才能正常工作。

主要分兩類，一類是正弦波逆變器，另一類是方波逆變器。正弦波逆變器輸出的是同我們?nèi)粘Ｊ褂玫碾娋W(wǎng)一樣甚至更好的正弦波交流電，因為它不存在電網(wǎng)中的電磁污染。方波逆變器輸出的則是質(zhì)量較差的方波交流電，其正向最大值到負(fù)向最大值幾乎在同時產(chǎn)生，這樣，對負(fù)載和逆變器本身造成劇烈的不穩(wěn)定影響。同時，其負(fù)載能力差，僅為額定負(fù)載的40-60%，不能帶感性負(fù)載(詳細(xì)解釋見下條)。如所帶的負(fù)載過大，方波電流中包含的三次諧波成分將使流入負(fù)載中的容性電流增大，嚴(yán)重時會損壞負(fù)載的電源濾波電容。針對上述缺點，近年來出現(xiàn)了準(zhǔn)正弦波(或稱改良正弦波、修正正弦波、模擬正弦波等等)逆變器，其輸出波形從正向最大值到負(fù)向最大值之間有一個時間間隔，使用效果有所改善，但準(zhǔn)正弦波的波形仍然是由折線組成，屬于方波范疇，連續(xù)性不好?？偫▉碚f，正弦波逆變器提供高質(zhì)量的交流電，能夠帶動任何種類的負(fù)載，但技術(shù)要求和成本均高。準(zhǔn)正弦波逆變器可以滿足我們大部分的用電需求，效率高，噪音小，售價適中，因而成為市場中的主流產(chǎn)品。方波逆變器的制作采用簡易的多諧振蕩器，其技術(shù)屬于50年代的水平，將逐漸退出市場。

逆變器根據(jù)發(fā)電源的不同，分為煤電逆變器，太陽能逆變器，風(fēng)能逆變器，核能逆變器。根據(jù)用途不同，分為獨立控制逆變器，并網(wǎng)逆變器。目前國內(nèi)市場逆變器的效率問題。 如同上文所述，逆變器在工作時其本身也要消耗一部分電力，因此，它的輸入功率要大于它的輸出功率。逆變器的效率即是逆變器輸出功率與輸入功率之比。如一臺逆變器輸入了100瓦的直流電，輸出了90瓦的交流電，那么，它的效率就是90%。目前世界上太陽能逆變器，歐美效率較高，歐洲標(biāo)準(zhǔn)是97.2%，但價格較為昂貴，國內(nèi)其他的逆變器效率都在90%以下，但價格比進口要便宜很多.除了功率，波形以外，選擇逆變器的效率也非常重要，效率越高則在逆變器身上浪費的電能就少，用于電器的電能就更多，特別是當(dāng)你使用小功率系統(tǒng)時這一點的重要性更明顯。

有源逆變器:是使電流電路中的電流，在交流側(cè)與電網(wǎng)連接而不直接接入負(fù)載的逆變器;

無源逆變器:使電流電路中的電流，在交流側(cè)不與電網(wǎng)連接而直接接入負(fù)載(即把直流電逆變?yōu)槟骋活l率或可調(diào)頻率的交流電供給負(fù)載)的逆變器。

多重串聯(lián)型逆變器應(yīng)用于電動汽車有諸多優(yōu)點。串聯(lián)結(jié)構(gòu)輸出電壓矢量種類大大增加，增強了控制的靈活性，提高了控制的精確性;同時降低了電機中性點電壓的波動。逆變器的旁路特點可提高充電和再生制動控制的靈活性。

隨著人們對城市環(huán)境的日益關(guān)切，電動汽車的發(fā)展得到了一個難得的機遇。在城市交通中，電動大客車由于載量大，綜合效益高，成為優(yōu)先發(fā)展的對象。電動大客車大都采用三相交流電機，由于電機功率大，三相逆變器中的器件需要承受高電壓和大電流應(yīng)力的作用，較高的dv/dt又使電磁輻射嚴(yán)重，并且需要良好的散熱。

而采用多重串聯(lián)型結(jié)構(gòu)的大功率逆變器則降低了單個器件承受的電壓應(yīng)力，降低了對器件的要求;降低了dv/dt值，減少了電磁輻射，器件的發(fā)熱也大大減少;由于輸出電平種類增加，控制性能更好。

多重串聯(lián)型逆變器適用于大功率的電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)。采用多重串聯(lián)型結(jié)構(gòu)，可降低多個蓄電池串聯(lián)帶來的危險，降低器件的開關(guān)應(yīng)力和減少電磁輻射。但需要的電池數(shù)增加了2倍。

多重串聯(lián)型結(jié)構(gòu)輸出電壓矢量種類大大增加，從而增強了控制的靈活性，提高了控制的精確性;同時降低電機中性點電壓的波動。為維持每組蓄電池電量的均衡，在運行時需要確保電池的放電時間一致。通過旁路方式，可靈活地對蓄電池組充電，還可控制再生制動的力矩。

1.1逆變器功率器件的選擇

目前，國內(nèi)的光伏發(fā)電系統(tǒng)(PhotoVoltaic Sys-tem，簡稱PVS)主要是以直流系統(tǒng)為主，但最普遍的用電負(fù)載是交流負(fù)載，這使直流供電的光伏電源很難作為商品普及推廣。同時，由于太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電可以不要蓄電池，且維護簡單，而節(jié)省投資是光伏發(fā)電的發(fā)展趨勢。這些都必須采用交流供電方式，因此逆變器在PVS中的應(yīng)用也就越來越重要了。逆變器是將直流電變換為交流電的電力變換裝置，逆變技術(shù)在電力電子技術(shù)中已較為成熟。例如:UPS電源中的逆變器，變頻技術(shù)中的逆變技術(shù)、特種電源中的逆變技術(shù)和功率調(diào)節(jié)器中的逆變技術(shù)等，這些都已經(jīng)以產(chǎn)品的形式推向市場，并受到社會的廣泛認(rèn)可。

在小容量、低壓PVS中，功率器件多使用金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管(MOSFET)。因其在低壓時，具有較低的通態(tài)壓降和較高的開關(guān)頻率，但隨MOSFET電壓的升高，其通態(tài)電阻增大。因此，在大容量、高壓PVS 中，一般使用絕緣柵晶體管(IGBT)作為功率器件;在100kVA以上特大容量的PVS中，一般采用門極可關(guān)斷晶閘管(GTO)作為功率器件。PVS中的逆變驅(qū)動電路主要針對功率開關(guān)管的門極驅(qū)動。要得到好的PWM脈沖波形，驅(qū)動電路的設(shè)計很重要。近年來，隨著微電子及集成電路技術(shù)的發(fā)展，陸續(xù)推出了許多多功能專用集成芯片，如:HIP4801,TLP520,IR2130,EXB841等，它們給應(yīng)用電路的設(shè)計帶來了極大的方便[1，2]。逆變電源中常用的控制電路主要是為驅(qū)動電路提供要求的邏輯和波形，如PWM，SPWM控制信號等。目前，較常用的芯片有國外生產(chǎn)的8XC196，MP16，PIC16C73 和國內(nèi)生產(chǎn)的TMS320F206，TMS320F240 ，SG3525 等。

1.2 PVS 中逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

在使用蓄電池儲能的太陽能PVS 中，蓄電池組的公稱電壓一般是12V，24V 或48V，因此，逆變電路一般都需進行升壓來滿足220V 常用交流負(fù)載的用電需求。逆變器可按升壓原理的不同分為工頻和高頻兩種逆變器，應(yīng)用中它們的性能差別很大。

(1)工頻逆變器

圖1示出采用工頻變壓器升壓的逆變電路。它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成220V，50Hz的交流電供負(fù)載使用。它的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，各種保護功能均可在較低電壓下實現(xiàn)。因其逆變電源與負(fù)載之間存有工頻變壓器，故逆變器運行穩(wěn)定、可靠、過負(fù)荷能力和抗沖擊能力強，且能夠抑制波形中的高次諧波成分。然而，工頻變壓器也存在笨重和價格高的問題，而且其效率也比較低。按目前水平制作的小型工頻逆變器，其額定負(fù)荷效率一般不超過90%，同時因工頻變壓器在滿負(fù)荷和輕負(fù)荷下運行時鐵損基本不變，因而使其在輕負(fù)荷下運行的空載損耗較大，效率也較低。

(2)高頻逆變器

圖2示出采用高頻變壓器升壓的逆變電路。它首先通過高頻DC/DC 變換技術(shù)，將低壓直流電逆變?yōu)楦哳l低壓交流電;然后經(jīng)過高頻變壓器升壓后，再經(jīng)過高頻整流濾波電路整流成通常均在300V以上的高壓直流電;最后通過工頻逆變電路得到220V工頻交流電供負(fù)載使用。由于高頻逆變器采用的是體積小，重量輕的高頻磁芯材料，因而大大提高了電路的功率密度，從而使逆變電源的空載損耗很小，逆變效率得到提高。通常，用于中小型PVS 中的高頻逆變器，其峰值轉(zhuǎn)換效率能達(dá)90% 以上。

比較兩種逆變器可知，高頻逆變器的體積小，重量輕，效率高，空載負(fù)荷低，但不能接滿負(fù)荷的感性負(fù)載，且過載能力差。

1.3 PVS 中逆變器輸出波形

(1)方波逆變器

圖3a

示出方波逆變器的輸出電壓波形。雖然方波逆變器具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低等優(yōu)點，但也存在效率較低，損耗多，諧波成分大，使用負(fù)載受限制等缺點。當(dāng)負(fù)載為大功率電機負(fù)載或帶有變壓器的用電器負(fù)載時，因其負(fù)載的飽和磁通都是按正弦波的上升速率設(shè)計的，而方波的上升速度過快，因而造成其鐵心飽和，負(fù)載會出現(xiàn)起動困難、鐵心過熱及發(fā)出噪聲等問題。而且方波逆變器的效率遠(yuǎn)低于修正波和正弦波逆變器的效率，一般不到60% 。由于太陽能PVS的發(fā)電成本較高，因此在太陽能PVS 電系統(tǒng)的優(yōu)點是結(jié)中，方波逆變器已經(jīng)很少應(yīng)用了。

(2)修正波逆變器

圖3b示出修正波逆變器的輸出電壓波形。與方波相比，修正波的波形有明顯改善，而且高次諧波含量也減少了。傳統(tǒng)的修正波逆變器是通過對方波電壓進行階梯迭加而產(chǎn)生的，這種方式存在控制電路復(fù)雜，迭加線路所用的功率開關(guān)管較多，以及逆變器的體積和重量較大等諸多問題。近年來，隨著電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，已普遍采用PWM脈寬調(diào)制方式生成修正波輸出。目前，修正波逆變器已廣泛用于邊遠(yuǎn)地區(qū)的用戶系統(tǒng)，因為這些用戶系統(tǒng)對用電質(zhì)量要求不是很高，而它能夠滿足大部分用電設(shè)備的需求，但它還是存在20% 的諧波失真，在運行精密設(shè)備時會出現(xiàn)問題，也會對通訊設(shè)備造成高頻干擾，因此此時必須使用正弦波逆變器。

(3)正弦波逆變器

圖3c

示出正弦波逆變器的輸出電壓波形。它的優(yōu)點是輸出波形好，失真度很低，且其輸出波形與市電電網(wǎng)的交流電波形基本一致，實際上優(yōu)良的正弦波逆變器提供的交流電比電網(wǎng)的質(zhì)量更高。正弦波逆變器對收音機和通訊設(shè)備及精密設(shè)備的干擾小，噪聲低，負(fù)載適應(yīng)能力強，能滿足所有交流負(fù)載的應(yīng)用，而且整機效率較高;它的缺點是線路和相對修正波逆變器復(fù)雜，對控制芯片和維修技術(shù)的要求高，價格較貴。在太陽能發(fā)電并網(wǎng)應(yīng)用時，為避免對公共電網(wǎng)的電力

污染，也必須使用正弦波逆變器。

2 太陽能PVS 中逆變器分類

2.1 獨立型逆變器

圖4示出獨立PVS 結(jié)構(gòu)圖。它通常由光伏陣列、蓄電池、控制器、逆變器及用電負(fù)載等5部分組成。

目前也有把蓄電池充放電控制器和逆變器做成一體的獨立型逆變器。例如:Solarix 正弦波逆變器，它既有將直流電逆變成交流電的功能;也有對蓄電池充放電進行管理的功能。

根據(jù)獨立型逆變器在PVS 中的運行特點，可對用于獨立PVS 的逆變器進行下述性能評價。

(1)可靠性

從以往PVS 的運行來看，逆變器是影響系統(tǒng)可靠性的主要因素之一。由于獨立型逆變器一般工作在邊遠(yuǎn)地區(qū)，一旦出現(xiàn)問題維修很不方便，所以獨立型逆變器的首要要求是必須運行可靠安全。

(2)額定輸出容量

在獨立型逆變器中，額定輸出容量也是一個很重要的參考因素，它表示逆變器向負(fù)載供電的能力。額定輸出容量值高的逆變器可帶更多的用電負(fù)載。在此需特別指出的是，當(dāng)逆變器不是純阻性負(fù)載時，逆變器的負(fù)載能力將小于它所給出的額定輸出容量值。

(3)逆變器效率

逆變器效率的高低對系統(tǒng)提高有效發(fā)電量和降低發(fā)電成本有著重要的影響。由于目前太陽電池的成本仍然比較高，而且近年也不會有大的降低，因此對于獨立型逆變器，則要求有高的效率，特別是低負(fù)荷供電時，仍然有較高的效率，低的空載負(fù)荷是獨立PVS 中專用逆變器相對普通逆變器的更高要求。

(4)起動性能

一般電感性負(fù)載，如電機、冰箱、空調(diào)、洗衣機、大功率水泵等，在起動時，功率可能是額定功率的5~6倍。因此，通常電感負(fù)載起動時，逆變器將承受大的瞬時浪涌功率。逆變器應(yīng)保證在額定負(fù)載下可靠起動，高性能的逆變器可做到連續(xù)多次滿負(fù)荷起動而不損壞功率器件。小型逆變器為了自身安全, 有時需采用軟起動或限流起動。

(5)諧波失真

當(dāng)獨立型逆變器輸出波形是方波和修正波時，逆變器的輸出電流中除了基波外還有高次諧波，高次諧波電流會在電感性負(fù)載上產(chǎn)生渦流等附加損耗，導(dǎo)致部件嚴(yán)重發(fā)熱，不利于電氣設(shè)備的安全。方波逆變器的諧波失真大約在40% 左右，一般只適用于電阻負(fù)載;修正波逆變器的諧波失真小于20%，適合用于大部分負(fù)載;正弦波逆變器的諧波失真小于3%，其波形質(zhì)量比市電電網(wǎng)的質(zhì)量還好，能夠適用于所有的交流用電負(fù)載。

(6) 輸出電壓穩(wěn)定能力

它指逆變器輸出電壓的穩(wěn)壓能力。獨立太陽能PVS中蓄電池端電壓在充放電過程中波動很大，通常鉛酸蓄電池端電壓的起伏可達(dá)標(biāo)稱電壓的30 %左右，這就要求逆變器有較好的調(diào)壓性能，能在較大直流輸入范圍內(nèi)保證正常工作。高頻逆變器因采用了二次調(diào)寬和二次穩(wěn)壓技術(shù)，故相對工頻逆變器有更好的穩(wěn)定輸出電壓的能力。