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如何提高逆变器的效率和发电量

浏览数量: 91     作者: 本站编辑     发布时间: 2022-06-01      来源: 本站

逆变器转换效率的重要性


提高逆变器的转换效率有很大的重要性,比如我们提高1%的转换效率,500KW的逆变器,平均每天算4小时,逆变器每天可以多发出将近20度电,那么一年可以多发出将近7300度电,十年即可多发出73000度电,就相当于一台5KW逆变器的发电量,这样客户可以节省一台5KW逆变器的电站,所以为了提高客户的最大利益,我们需要尽可能地提高逆变器的转换效率。


逆变器效率的影响因素


提高逆变器效率唯一的措施就是降低损耗,逆变器的主要损耗来自IGBT、MOSFET等功率开关管,以及变压器、电感等磁性器件,损耗和元器件的电流,电压以及选用的材料采取的工艺有关系。


IGBT的损耗主要导通损耗和开关损耗,其中导通损耗和器件内阻、经过的电流有关,开关损耗和器件的开关频率,器件承受的直流电压有关。


电感的损耗主要有铜损和铁损,铜损指电感线圈电阻所引起的损耗,当电流通过线圈电阻发热时,一部分电能就会转变为热能而损耗,由于线圈一般都由带绝缘的铜线缠绕而成,因此称为铜损,铜损可以通过测量变压器短路阻抗来计算。铁损包括两个方面:一是磁滞损耗,另一是涡流损耗,铁损可以通过测量变压器空载电流来计算。


如何提升逆变器效率


目前有三种技术路线:一是采用空间矢量脉宽调制等控制方式,降低损耗,二是采用碳化硅材料的元器件,降低功率器件的内阻,三是采用三电平,五电平等多电平电气拓扑以及软开关技术,降低功率器件两端的电压,降低功率器件的开关频率。


1、电压空间矢量脉宽调制


是一种全数字控制方式,具有直流电压利用率高,易于控制的优点,被广泛应用在逆变器中。直流电压利用率高,可以在相同大小的输出电压下,采用更低的直流母线电压,从而降低了功率开关器件的电压应力,器件上的开关损耗更小,逆变器的变换效率得到了一定的提升。在空间矢量合成中,有多种矢量序列组合方法,通过不同的组合和排序,可以获得减小功率器件开关次数的效果,从而能够进一步减小逆变器功率器件的开关损耗。


2、采用碳化硅材料的元器件


碳化硅器件的单位面积的阻抗仅为硅器件的百分之一,利用碳化硅材料制作的IGBT等功率器件,其通态阻抗减为通常硅器件的十分之一,碳化硅技术可以有效减小二极管反向恢复电流,从而能降低功率器件上的开关损耗,主开关所需的电流容量也能相应减小,因此,将碳化硅二极管作为主开关的反并二极管,是改善逆变器效率的途径。与传统快恢复硅反并联二极管相比,采用碳化硅反并联二极管后,二极管反向恢复电流显著减小,并可以改善1%的总变换效率。采用快速IGBT后,由于开关速度加快,并能改善2%整机变换效率。当把SiC反并二极管与快速IGBT相结合后,逆变器的效率将进一步改善。


3、软开关与多电平技术


软开关技术利用谐振原理,使开关器件中的电流或者电压按正弦或者准正弦规律变化,当电流自然过零时,关断器件;当电压自然过零时,开通器件。从而减少了开关损耗,同时极大地解决了感性关断,容性开通等问题。当开关管两端的电压或流过开关管的电流为零时才导通或者关断,这样开关管不会存在开关损耗。三电平逆变器拓扑主要应用在于高压大功率场合。与传统两电平结构相比,三电平逆变器输出增加了零电平,功率器件的电压应力减半。因为这个优点,在相同的开关频率下,三电平逆变器可以比两电平结构采用更小的输出滤波电感,电感损耗、成本和体积都能有效减小;而在相同的输出谐波含量下,三电平逆变器可以比两电平结构采用更低的开关频率,器件开关损耗更小,逆变器的变换效率得到提高。


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