太阳能光伏发电系统逆变器原理性能研究及技术参数设计培训教材.doc

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1、太阳能光伏发电系统逆变器原理性能研究及技术参数设计培训教材1-1逆变器工作原理分析目的1、掌握逆变器的工作原理2、了解逆变器的结构组成任务与内容1、了解控制器的各部分工作原理。2、熟练掌握逆变器各部分信号流程和各元器件的作用。原理分析1、本实验台选用的是修正正弦波逆变器，其电路原理图见图1。逆变器的整个电路大体上可分为两大部分，每部分各采用一只TL494或KA7500芯片组成控制电路，其中一部分电路的作用是将汽车电瓶等提供的12V直流电，通过高频PWM（脉宽调制）开关电源技术转换成30kHz50kHz、220V左右的交流电。第二部分电路的作用则是利用桥式整流、滤波、脉宽调制及开关功率输出等技术

2、，将30kHz50kHz、220V的交流电转换成50Hz、220V的交流电。 图12、逆变器电路工作原理分析图1电路中，由芯片IC1极其外围电路、三极管VT1、VT3、MOS功率管VT2、VT4以及变压器T1组成12V直流变换为220V/50kHz交流的逆变电路。由芯片IC2及其外围电路、三极管VT5、VT8、MOS功率管VT6、VT7、VT9、VT10以及220V/50kHz整流、滤波电路VD5VD8、C12等共同组成220V/50Hz高频交流电变换为220V/50Hz工频交流电的转换电路，最后通过XAC插座输出220V/50Hz交流电供各种负载使用。图1中IC1、IC2采用了TL494CN

3、（或KA7500C）芯片，构成逆变器的核心控制电路。TL949CN是专用的双端式开关电源控制芯片，其尾缀字母CN表示芯片的封装外形为双列直插式塑封结构，工作温度范围为0-70，极限工作电源电压为7V40V，最高工作频率为300kHz。TL494芯片内置有5V基准源，稳压精度为5V5%，负载能力为10mA，并通过其14脚进行输出供外部电路使用。TL949芯片还内置2只NPN功率输出管，可提供500mA的驱动能力。TL494的内部电路图如下图2图1 电路中IC1的15脚外围电路的R1、C1组成上电软启动电路。上电时电容C1两端的电压由0V逐步升高，只有当C1两端电压达到5V以上时，才允许IC1内部

4、的脉宽调制电路开始工作。当电源断电后，C1通过电阻R2放电，保证下次上电时的软启动电路正常工作。IC1的15脚外围电路的R1、Rt、R2组成过热保护电路，Rt为正温度系数的热敏电阻，常温阻值在150300范围内任选，适当选大一点可提高过热保护电路启动的灵敏度。热敏电阻Rt安装时要紧贴于MOS功率开关管VT2或VT4的金属散热片上，这样才能保证电路的过热保护功能有效。IC1的15脚的对地电压值U是一个比较重要的参数。UV图1 电路中,常温下的计算值为U6.2V。结合图1、图2可知，正常工作情况下要求IC1的15脚电压应略高于16脚电压（与芯片14脚相连为5V），其常温下6.2V的电压值打小正好满

5、足要求，并略留有一定的余量。当电路工作异常，MOS功率管VT2或VT4的温升大幅提高，热敏电阻Rt的阻值超过约4k时，IC1内部比较器1的输出将由低电平翻转为高电平，IC1的3脚也随即翻转为高电平状态，致使芯片内部的PWM比较器、“或”门以及“或非”门的输出均发生翻转，输出级三极管VT1和三极管VT2均转为截至状态。当IC1内的两只功率输出管截至时，图1电路中的VT1、VT3将因基极为低电平而饱和导通，VT1、VT3导通后，功率管VT2和VT4将因栅极无正偏压而处于截止状态，逆变器电源电路停止工作。IC1的1脚外围电路的VDZ1、R5、VD1、C2、R6构成12V输入电源过压保护电路，稳压管V

6、DZ1的稳压值决定了保护电路的启动门限电压值，VD1、C2、R6还组成保护状态维持电路，只要发生瞬间的输入电源过压现象，保护电路就会启动并维持一段时间，以确保后级功率输出管的安全。考虑到电瓶电压的正常变化幅度大小，通常将稳压管VDZ1的稳压值选为15V或16V较为合适。IC1的3脚外围电路的C3、R5是构成上电软启动时间维持以及电路保护状态维持的关键性电路，实际上不管是电路软启动的控制还是保护电路的启动控制，其最终结果均反映在IC1的3脚电平状态上。电路上电或保护电路启动时，IC1的3脚为高电平。当IC1的3的脚为高电平时，将对电容C3充电。这导致保护电路启动的诱因消失后，C3通过R5放电，因

7、放电所需时间较长，使得电路的保护状态仍得以维持一段时间。当IC1的3脚为高电平时，还将沿R8、VD4对电容C7进行充电，同时将电容C7两端的电压提供给IC2的4脚，使IC2的4脚保持为高电平状态。从图2的芯片内部电路可知，当4脚位高电平时，将抬高芯片内死区时间比较器同相输入端的电位，使该比较器输出保持为恒定的高电平，经“或”门、“或非”门后使内置的三极管VT1和三极管VT2都截止。图1电路的VT5和VT8处于饱和导通状态，其后级的MOS管VT6和VT9将因栅极无正偏压而都处于截止状态，逆变电源电路停止工作。IC1的5脚外接电容C4（472）和6脚外接电阻R7（4K3）为脉宽调制器的定时元件，所

8、决定的脉宽调制频率为fosc= kHz50KHz。即电路中的三极管VT1、VT2、VT3、VT4、变压器T1的工作频率均为50KHz左右，因此T1应选用高频铁氧体磁芯变压器，变压器T1的作用是将12V脉冲电压升压为220V的脉冲电压，其初级匝数为202圈，次级匝数为380圈。 IC2的5脚外接电容C8（104）和6脚外接电阻R14(220K)为脉宽调制器的定时元件，所决定的脉宽调制频率为 Fosc=KHZ=50HZR29、R30、R27、C11、VDZ2组成XAC插座220V输出端的过压保护电路。当输出电压过高时将导致稳压管VDZ2击穿，使IC2的4脚对地电压上升，芯片IC2的内部保护电路动作

9、，切断输出。逆变器电路中的MOS管有一定的功耗，必须要装散热片。1-2逆变器输出电压电流测试目的1、掌握逆变器的工作原理2、了解逆变器的结构组成任务与内容 1、测量逆变器的输出电压、电流。 2、熟练掌握原理图接线顺序和电路的工作原理步骤1、在实验台上按照下图连接好导线。2、记录电流、电压表的数值于下表中，并计算出当前逆变器输出的功率。负载220V风扇电流（mA）电压（V）1-3逆变器输出功率计算目的1、掌握逆变器的工作原理2、了解逆变器的结构组成任务与内容1、测量逆变器的输出电压、电流。2、熟练掌握原理图接线顺序和电路的工作原理3、计算逆变器输的出功率。步骤1、在实验台上按照下图连接好导线。2

10、、记录电流、电压表的数值于下表中，并计算出当前各种负载逆变器输出的功率。负载220V风扇电流（mA）电压（V）功率（W）1-4逆变器过载保护演示目的1、掌握逆变器的工作原理2、了解逆变器的结构组成任务与内容1、了解逆变器的过载和短路概念。2、熟练掌握原理图接线顺序和电路的工作原理。步骤 1、在实验台上按照下图连接好实验导线。 2、用自备的150W灯泡代替风扇接入电路中，逆变器立刻断开输出，150W灯泡不亮。此时逆变器负载超出了最大输出功率，进入了过载保护状态。1-5逆变器输入电压防反接演示目的1、掌握逆变器的工作原理2、了解逆变器的结构组成任务与内容 1、了解逆变器的电压防反接概念。 2、熟练

11、掌握原理图接线顺序和电路的工作原理。步骤 1、在实验台上按照下图连接好导线。 2、观察220V指示灯已经点亮，此时证明逆变器已正常工作了。3、交换蓄电池输出的两根电源线（正负极交换位置）接入电路中。仔细观察220V指示灯不能点亮，此时证明逆变器已进入了保护状态，没有电压输出了。 4、再交换蓄电池输出的两根线，如上图连接，三秒钟过后，220V指示灯已经点亮，此时证明逆变器又能正常工作了。1-6逆变器输入电压范围测试目的1、掌握逆变器的工作原理2、了解逆变器的结构组成任务与内容1、了解逆变器的输入电压范围概念。2、熟记逆变器的最大和最小输入电压。3、熟练掌握原理图接线顺序和电路的工作原理步骤 1、

12、在实验台上按照下图连接好导线。2、缓慢调节自备“可调稳压电源”的 “电压”调节旋钮，仔细观察“可调电源”的“电压表”数值，并记录指示灯点亮时的电压范围。此电压范围即是逆变器的电压输入范围。（此逆变器的输入电压范围在10.514.5V之间）3、并将各电压范围记录于下表格中指示灯状态不亮（电压偏低）点亮不亮（电压偏高）电压值（V）1-7逆变器的转换效率计算目的1、掌握逆变器的工作原理2、了解逆变器的结构组成任务与内容1、了解逆变器的转换效率概念。2、计算逆变器的转换效率。3、熟练掌握原理图接线顺序和电路的工作原理步骤 1、自备可调稳压电源，在实验台上按照下图连接好导线。2、将“可调恒压、恒流稳压电

13、源”的电压、电流数值和逆变负载的电压、电流数值记录于下表中3、直流电压（V）220V风扇直流电流(mA)直流输入功率（W）逆变交流电压（V）逆变交流电流（mA）交流输出功率（W）转换效率（）4、根据以下公式，计算出逆变转换效率。 =100%=100%公式中Vin代表输入直流电压，Iin代表输入直流电流，Vout代表输出交流电压，Iout代表输出交流电流。1-8逆变器不同负载的电流电压测试目的1、掌握逆变器的工作原理2、了解逆变器的结构组成任务与内容1、测量逆变器的输出电压、电流。2、熟练掌握原理图接线顺序和电路的工作原理步骤1、在实验台上按照下图连接好导线。2、拔出连接风扇的两根线，接入不同的

14、负载。3、记录不同负载的电流、电压表值于下表中，比较一下负载的电流大小。负载220V风扇3WLED灯指示灯28W LED灯电流（mA）电压（V）1-9逆变器不同负载的功率估算目的1、掌握逆变器的工作原理2、了解逆变器的结构组成任务与内容 1、测量逆变器的输出电压、电流。 2、熟练掌握原理图接线顺序和电路的工作原理 3、计算逆变器输出的当前各组负载功率。步骤1、在实验台上按照下图连接好导线。2、将接入风扇的两根线拔出后插入到不同的220V负载中。（如：3W LED灯、指示灯、28W LED灯）3、记录电流、电压表的数值于下表中，并计算出当前各种负载逆变器输出的功率。负载220V风扇3W LED灯

15、指示灯28W LED灯电流（mA）电压（V）功率（W）1-10逆变器不同负载的波形测试目的1、掌握逆变器的工作原理2、了解逆变器的结构组成任务与内容 1、了解逆变器的修正正弦波概念。 2、了解感性负载和阻性负载的特性。 3、熟练掌握原理图接线顺序和电路的工作原理步骤 1、自备可调稳压电源，在实验台上按照下图连接好导线。2、先调整好示波器的各档位开关，用示波器探头接入风扇的波形测试端口，观察感性负载的波形图。3、将接入风扇的两根线拔出后插入到不同的220V负载中。（如：3W LED灯、指示灯、28W LED灯） 4、再用示波器探头接入不同的波形测试端口，观察不同负载的波形图。试分析一下交流感性负载和阻性负载的区别。