光伏發(fā)電逆變實(shí)訓(xùn)及故障檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)

杜云飛

摘 要：太陽能光伏發(fā)電是新型清潔可再生能源，因此相關(guān)技術(shù)得到了飛速的發(fā)展。而市場對(duì)于從事光伏發(fā)電人才的需求大大增加，許多職業(yè)技術(shù)學(xué)校已經(jīng)開設(shè)了相關(guān)專業(yè)的課程。為了滿足所述專業(yè)的實(shí)訓(xùn)要求，筆者提出了一種用于光伏發(fā)電系統(tǒng)中把低的直流電壓逆變到家用電器所能適應(yīng)的交流電壓的逆變實(shí)訓(xùn)檢修裝置，適應(yīng)本校相關(guān)課程的實(shí)訓(xùn)、實(shí)驗(yàn)要求。它含斬波升壓、整流濾波電路、逆變電路、選頻濾波電路等四個(gè)主要部分組成，各個(gè)部分功能聯(lián)系緊密，并且每一部分都具有檢測(cè)功能，使學(xué)生對(duì)于逆變器原理、功能、檢修的學(xué)習(xí)能夠更加直觀的了解和掌握，具有很強(qiáng)的針對(duì)性，能很好的提高學(xué)生的實(shí)訓(xùn)效果。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電；逆變器；實(shí)訓(xùn)；故障設(shè)置

人類社會(huì)飛速發(fā)展，各個(gè)國家對(duì)于能源的需求不斷增長，大多以傳統(tǒng)的煤炭、石油等為主的不可再生能源，由于使用這些能源排放的廢氣廢物廢熱等給環(huán)境帶來很嚴(yán)重的惡果，尋找并使用新能源成為當(dāng)今研究探索最為熱門的學(xué)科之一。太陽能有取之不盡用之不竭，清潔環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，為人類所重視，近年來光伏產(chǎn)業(yè)在國內(nèi)掀起一陣熱潮。因此，不僅高等院校開辦光伏發(fā)電專業(yè)課程，而且中等職業(yè)技術(shù)學(xué)校為了更好的順應(yīng)市場發(fā)展需求，紛紛開辦相關(guān)的專業(yè)課程。

本文所述設(shè)計(jì)是從逆變器的基本原理出發(fā)，聯(lián)系教學(xué)需求與學(xué)生實(shí)訓(xùn)實(shí)際，設(shè)計(jì)的一套實(shí)訓(xùn)所用的光伏逆變器裝置。它主要由斬波升壓、逆變電路、整流濾波電路、選頻濾波電路四個(gè)主要部分組成。本設(shè)計(jì)作為教學(xué)實(shí)訓(xùn)裝置，除了考慮裝置要便于學(xué)生對(duì)原理的理解，還應(yīng)該考慮各個(gè)功能電路的劃分、電路的排版布局方便測(cè)試與分析，并且在電路面板必要位置還應(yīng)該有相應(yīng)的標(biāo)號(hào)與文字說明提示。

1斬波升壓電路的設(shè)計(jì)

1.1斬波升壓電路原理

直流斬波器是利用功率組件對(duì)固定電壓的電源在時(shí)間域內(nèi)做適當(dāng)?shù)那懈?，從而達(dá)到改變輸出端電壓的目的。由于得到的輸出電壓大于輸入電壓的數(shù)值，因此稱之為斬波升壓電路。本設(shè)計(jì)的斬波升壓電路如圖1所示，驅(qū)動(dòng)信號(hào)是由PLC產(chǎn)生的PWM波控制MOS管的導(dǎo)通與關(guān)斷，變壓器T1的初級(jí)線圈也將對(duì)應(yīng)的有時(shí)變電流流過，則產(chǎn)生時(shí)變的磁場通過變壓器的導(dǎo)磁鐵心耦合到次級(jí)線圈，次級(jí)線圈兩段則會(huì)輸出交流電。又由于變壓器有兩側(cè)匝數(shù)比等于電壓比的規(guī)律，若使變壓器的次級(jí)線圈與初級(jí)線圈的比值大于1，則實(shí)現(xiàn)升壓的功能。

1.2斬波升壓電氣元件的選擇

1.2.1MOS管VT1、VT2的選擇

VT1、VT2起著斬波開關(guān)的作用，其開關(guān)損耗、開關(guān)速度、以及MOS管承受的電壓電流等極限參數(shù)都直接影響這逆變器的效率、質(zhì)量和壽命?？紤]到PLC作為信號(hào)的激勵(lì)源，輸出的信號(hào)為正脈沖，因此，選用了N溝道的MOS管?？紤]到逆變器輸出的功率一般較大，低壓測(cè)的電流則很大的因素，VT1、VT2應(yīng)選擇低開啟電壓，大電流，導(dǎo)通電阻較小的MOS管子。在實(shí)際的電路中，還應(yīng)該給VT1、VT2裝上散熱片，必要時(shí)還應(yīng)該配合散熱風(fēng)扇使用，保證熱量耗散掉，維持能穩(wěn)定的工作狀態(tài)。

1.2.2變壓器T1的選擇

本設(shè)計(jì)中，若要使得輸出的功率為100W，則低壓側(cè)直流電源提供的功率一定大于100W，若使用12V的直流供電，那么電流I=P/U=100W/12V>8.4A。所以在電路板走線時(shí)，需要加寬低壓端的走線寬度。圖1電路圖中設(shè)計(jì)使用了兩個(gè)NMOS管，兩個(gè)管子的驅(qū)動(dòng)信號(hào)相為互補(bǔ)，管子分別交替導(dǎo)通。并且，變壓器的初級(jí)線圈有一個(gè)抽頭，這個(gè)公共的端子b接在直流電源的公共端，工作狀態(tài)下，a、c兩端形成以b點(diǎn)為參考電位的互補(bǔ)波形，如圖2所示。在實(shí)際的裝置設(shè)計(jì)時(shí)，a、b、c分別流出了接示波器的端子，通過示波器測(cè)試這三個(gè)端口的輸出波形，可以使學(xué)生更加直觀的對(duì)驅(qū)動(dòng)PWM信號(hào)以及對(duì)該斬波升壓電路的理解。

2整流濾波電路單元的設(shè)計(jì)

2.1整流濾波電路原理

如圖3所示，D1～D4構(gòu)成一個(gè)整流橋，C1為濾波電容。經(jīng)過斬波升壓后的電壓通過變壓器T1次級(jí)線圈輸出給整流橋?qū)涣鬟M(jìn)行全波整流。其整流基本原理是二極管的單向?qū)щ娦裕?dāng)正向電壓高于二極管的導(dǎo)通電壓（硅管0.7V，鍺管0.3V左右）就有電流通過。

2.2整流濾波電路單元電器元件的選擇

2.2.1整流二極管的選擇

綜前文所述，由于該部分電路工作在遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于工頻的頻率之下，所以應(yīng)當(dāng)在保證其他參數(shù)符合的情況下選擇快速二極管，如1N5819等型號(hào)。

2.2.2濾波電容的選擇

濾波電容應(yīng)該選擇耐高壓，內(nèi)阻小的電容。為了去除不同頻率分量的諧波，選擇不同容值的電容串并聯(lián)來使用效果更好。

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