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一种汽油发电机逆变电源的设计方案

作者: 发布时间:2021-04-06 15:37:38点击:
  引言
 
  随着电力电子技术、逆变技术、计算机控制技术的不断发展,以小型汽油发电机与逆变电源相结合的便携式一体化发电机成为新的发展趋势。此类发电机具有体积小、电压稳定、畸变小等特点,常应用于航空设备、医疗设备、通信设备、军事设备等各类应急场合…。逆变技术作为逆变电源的核心,其主要的分类方式如下:(1)按逆变器输出交流的频率,可以分为工频逆变、中频逆变和高频逆变;(2)按逆变器输出的相数,可分为单相逆变、三相逆变和多相逆变;(3)按逆变器输出能量的去向,可分为有源逆变和无源逆变;(4)按逆变主电路的形式,可分为单端式、推挽式、半桥式和全桥式逆变;(5)按逆变开关器件的类型,可分为晶闸管逆变、晶体管逆变、场效应管变、IGBT逆变等;(6)按输出稳定的参量,可分为电压型逆变和电流型逆变;(7)按输出电压或电流的波形,可分为正弦波输出逆变和非正弦波输出逆变;(8)按控制方式,可分为调频式(PFM)逆变和调脉宽式(PWM)逆变;(9)按逆变开关电路的工作方式,可分为谐振式逆变、定频硬关式逆变和定频软开关式逆变。本设计在充分考虑逆变电源系统体积与工业控制成本要求的基础上,采用交一直交不可控整流加单相逆变的变换模式,采用单片机作为控制芯片,引入数字PID和重复控制的复合控制策略,有效地提高了系统的动态特性与稳态特性,扰动小,抗干扰强。
 
  逆变电源的组成
 
  如图1所示,逆变电源系统主要由控制电路、主电路、检测保护电路、电源电路等组成。其中主电路又包括不可控整流电路、单相逆变电路、滤波电路;控制电路包括单片机电路、驱动电路、驱动保护电路等组成。主电路一般可以分为两个部分,即前级的整流部分和后级逆变部分,据此有三种方案可以选择。
 
  系统整体框架图
 
  不控整流电路加降压斩波电路加单相逆变电路该方案先将发电机输出的三相中频交流电线经过不可控整理电路得到幅值不定的直流电,然后通过直流斩波电路得到幅值稳定的直流电,最后经过单相逆变电路得到所需要的交流电,如图2所示。采用此电路的优点是直流电压可控,输入逆变电路的直流电压保持恒定,减小不稳定直流电对逆变电路的冲击;缺点是要增加一级DC/DC的直流斩波电路,导致硬件电路复杂,大大增加了硬件电路的体积;同时直流斩波电路所用开关器件要求能够承受直流母线上的大电流、高电压,从而导致产品成本的急剧上升。因此该方案由于电路结构的复杂性和成本等问题,不是最优的设计方案。
  不控整流电路+降压斩波电路+单项逆变电路
 
         可控整流电路加单相逆变电路
 
  该方案将发电机输出的中频交流电通过可控整流电路很容易将电压控制在恒定值,再经过单相逆变电路得到所负载所需要的交流电,如图3所示。
 
  由于减少了直流斩波电路部分,避免大电感和电容的使用,有效地减小了产品的体积。但该方案对控制的要求较高,在电路设计时不但要增加功率开关器件的数量,还要为可控整流电路设计专门的驱动电路和电压检测电路,从而使驱动电路的复杂性大大增加,大大增加生产成本。
 
  不控整流电路加单相逆变电路
 
  如图3所示,该方案将前级由可控的晶闸管S.一换为二极管,采用不可控的整流电路,减少了电路设计的复杂性【31。缺点是输出的直流电压不能控制,电压不稳定。因此需要设计一个大电容的平波电路,缓解逆变电路器件的电压应力。这种方案电路结构简单,只有单相逆变电路需要设计驱动电路,其次平波电路需要一个电容,减小了产品体积、成本得到了有效的降低。综上所述,不控整流电路加单项逆变电路的设计方案为最适合本文的设计方案。


参考文献:广东工业大学 自动化学院 段利君 王钦若 李玉锋  《一种汽油发电机逆变电源的设计方案》
 
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