电力逆变器

问答

　　1. 问：什么是逆变器，它起什么作用？
　　答：简单地说，逆变器就是一种将低压（12或24伏）直流电转变为220伏交流电的电子设备。因为我们通常是将220伏交流电整流变成直流电来使用，而逆变器的作用与此相反，因此而得名。我们处在一个“移动”的时代，移动办公，移动通讯，移动休闲和娱乐。在移动的状态中，人们不但需要由电池或电瓶供给的低压直流电，同时更需要我们在日常环境中不可或缺的220伏交流电，逆变器就可以满足我们的这种需求。
　　2. 问：按输出波形划分，逆变器分为几类？
　　答：主要分两类，一类是正弦波逆变器，另一类是方波逆变器。正弦波逆变器输出的是同我们日常使用的电网一样甚至更好的正弦波交流电，因为它不存在电网中的电磁污染。方波逆变器输出的则是质量较差的方波交流电，其正向值到负向值几乎在同时产生，这样，对负载和逆变器本身造成剧烈的不稳定影响。同时，其负载能力差，仅为额定负载的40－60%，不能带感性负载（详细解释见下条）。如所带的负载过大，方波电流中包含的三次谐波成分将使流入负载中的容性电流增大，严重时会损坏负载的电源滤波电容。针对上述缺点，近年来出现了准正弦波（或称改良正弦波、修正正弦波、模拟正弦波等等）逆变器，其输出波形从正向值到负向值之间有一个时间间隔，使用效果有所改善，但准正弦波的波形仍然是由折线组成，属于方波范畴，连续性不好。总括来说，正弦波逆变器提供高质量的交流电，能够带动任何种类的负载，但技术要求和成本均高。准正弦波逆变器可以满足我们大部分的用电需求，效率高，噪音小，售价适中，因而成为市场中的主流产品。方波逆变器的制作采用简易的多谐振荡器，其技术属于50年代的水平，将逐渐退出市场。
　　3. 问：何谓“感性负载”？
　　答：通俗地说，即应用电磁感应原理制作的大功率电器产品，如电动机、压缩机、继电器、日光灯等等。这类产品在启动时需要一个比维持正常运转所需电流大得多（大约在3-7倍）的启动电流。例如，一台在正常运转时耗电150瓦左右的电冰箱，其启动功率可高达1000瓦以上。此外，由于感性负载在接通电源或者断开电源的一瞬间，会产生反电动势电压，这种电压的峰值远远大于逆变器所能承受的电压值，很容易引起逆变器的瞬时超载，影响逆变器的使用寿命。因此，这类电器对供电波形的要求较高。
　　4. 问：何谓逆变器的效率？
　　答：逆变器在工作时其本身也要消耗一部分电力，因此，它的输入功率要大于它的输出功率。逆变器的效率即是逆变器输入功率与输出功率之比。如一台逆变器输入了100瓦的直流电，输出了90瓦的交流电，那么，它的效率就是90%。
　　5. 问：什么是持续输出功率？什么是峰值输出功率？
　　答：一些使用电动机的电器或工具，如电冰箱、洗衣机、电钻等，在启动的瞬间需要很大的电流来推动，一旦启动成功，则仅需较小的电流来维持其正常运转。因此，对逆变器来说，也就有了持续输出功率和峰值输出功率的概念。持续输出功率即是额定输出功率；一般峰值输出功率为额定输出功率的2倍。必须强调，有些电器，如空调、电冰箱等其启动电流相当于正常工作电流的3-7倍。因此，只有能够满足电器启动峰值功率的逆变器才能正常工作。
　　6. 问：应该怎样连接逆变器与电源和负载？
　　答：使用150瓦以下的电器可直接将150瓦逆变器插头插至点烟器插座后使用。超过150瓦的逆变器通过鳄鱼夹导线直接接到电瓶上，红线接电瓶正极，黑线接电瓶负极（不可接反，切记！）如果用电地点离电瓶较远，逆变器的连线原则是：逆变器同电瓶的连线应尽可能的短，而220伏交流电的输出线长些无妨。
　　7. 问：如果想较长时间地使用逆变器而不启动发动机，怎么办？
　　答：另备一块同样电压的电瓶，将其正负极分别用足够粗的导线同原车电瓶的正负极连接起来。这样，逆变器的独立使用时间可以大幅度延长。
　　8. 问：使用逆变器有何危险性？
　　答：在从汽车电瓶到逆变器输入端这一段导线承载着非常大的电流，如果因为导线的质量低劣、导线过细或负载超标导致铜丝发热甚至最终起火，将酿成很严重的事故。因此，在逆变器的使用过程中，必须严格按照用户手册的规定进行操作。
　　9.问：准正弦波逆变器可以用于哪些电器？
　　答：准正弦波也分为若干种，从与方波相差无几的方形波到比较接近正弦波的圆角梯形波。我们这里仅讨论方形波，这也是目前大部分市售高频逆变器能够提供的波形。这类准正弦波逆变器可应用于笔记本电脑、电视机、组合式音响、摄像机、数码相机、打印机、各种充电器、掌电上脑、游戏机、影碟机、移动DVD、 家用治疗仪等等，输出功率较大的逆变器还可以应用于小型电热器具如电吹风机、电热杯、厨房电器等等。但对感性负载类电器如电冰箱、电钻等则不宜长时间使用准正弦波逆变器供电。否则，将可能对逆变器和相关电器产品造成损坏或缩短预期使用寿命。如果一定要使用感性负载，建议选用储备功率较大的准正弦波逆变器，如本网站提供的超大峰值功率逆变器。在这里，着重谈一下准正弦波逆变器应用于电视机（传统显示器类）的例子。电视机对逆变器有以下三条要求：首先，电视机在开机时，消磁电路对电能有极大的瞬间需求，因此对逆变器的峰值功率要求很高。例如，一台25吋数字彩电，正常工作状态下的功耗约为80瓦，而开机的瞬间功率高达1450瓦。其次，因为电视机的场频等于交流电网频率，逆变器输出交流电的频率必须准确。第三，逆变器不应对电视机产生干扰。即使能满足以上三个条件，电视机在使用准正弦波交流电时，画面仍会有几条固定的干扰纹，色彩也会轻微偏绿（使用老式电视机时，偏色情况比较严重），但其它无异。
　　10.问：如何挑选逆变器产品？
　　答：车载逆变器是一种工作在大电流、高频率环境下的电源产品，其潜在故障率相当高。因此，消费者在购买时一定要慎重。首先，从逆变器输出波形上选，不要低于准正弦波；其次，逆变器要有完备的电路保护功能；第三，厂家要有良好的售后服务承诺；第四，电路和产品经过一段时间的考验。
　　逆变器，必须是一种逆变装置组成的东西才能那么叫，他和变压器有直接区别，也就是说，他可以实现直流输入，然后输出交流，工作原理和开关电源一样，但震荡频率在一定范围内，比如如果这个频率为50HZ，输出则为交流50HZ。逆变器是可以改变其频率的设备。
　　变压器一般是指特定频率段的设备，比如工频变压器，就是我们一般见到的那些变压器，他们输入和输出都必须在一定范围内，比如40-60HZ范围内才可以工作。
　　12.二极管在逆变器中的应用
　　高效率和节能是家电应用中首要的问题。三相无刷直流电机因其效率高和尺寸小的优势而被广泛应用在家电设备中以及很多其他应用中。此外，由于采用了电子换向器代替机械换向装置，三相无刷直流电机被认为可靠性更高。
　　标准的三相功率级(power stage)被用来驱动一个三相无刷直流电机，如图1所示。功率级产生一个电场，为了使电机很好地工作，这个电场必须保持与转子磁场之间的角度接近90°。六步序列控制产生6个定子磁场向量，这些向量必须在一个指定的转子位置下改变。霍尔效应传感器扫描转子的位置。为了向转子提供6个步进电流，功率级利用6个可以按不同的特定序列切换的功率MOSFET。下面解释一个常用的切换模式，可提供6个步进电流。
　　MOSFET Q1、Q3和Q5高频(HF)切换，Q2、Q4和Q6低频(LF)切换。当一个低频MOSFET处于开状态，而且一个高频MOSFET 处于切换状态时，就会产生一个功率级。
　　步骤1) 功率级同时给两个相位供电，而对第三个相位未供电。假设供电相位为L1、L2，L3未供电。在这种情况下，MOSFET Q1和Q2处于导通状态，电流流经Q1、L1、L2和Q4。
　　步骤2）MOSFET Q1关断。因为电感不能突然中断电流，它会产生额外电压，直到体二极管D2被直接偏置，并允许续流电流流过。续流电流的路径为D2、L1、L2和Q4。
　　步骤3）Q1打开，体二极管D2突然反偏置。Q1上总的电流为供电电流(如步骤1)与二极管D2上的恢复电流之和。
　　显示出其中的体-漏二极管。在步骤2，电流流入到体-漏二极管D2(见图1)，该二极管被正向偏置，少数载流子注入到二极管的区和P区。
　　当MOSFET Q1导通时，二极管D2被反向偏置， N区的少数载流子进入P+体区，反之亦然。这种快速转移导致大量的电流流经二极管，从N-epi到P+区，即从漏极到源极。电感L1对于流经Q2和Q1的尖峰电流表现出高阻抗。Q1表现出额外的电流尖峰，增加了在导通期间的开关损耗。图4a描述了MOSFET的导通过程。
　　为改善在这些特殊应用中体二极管的性能，研发人员开发出具有快速体二极管恢复特性MOSFET。当二极管导通后被反向偏置，反向恢复峰值电流Irrm较小。
　　我们对比测试了标准的MOSFET和快恢复MOSFET。ST推出的STD5NK52ZD(SuperFREDmesh系列)放在Q2(LF)中，如图4b所示。在Q1 MOSFET(HF)的导通工作期间，开关损耗降低了65%。采用STD5NK52ZD时效率和热性能获得很大提升(在不采用散热器的自由流动空气环境下，壳温从60°C降低到50°C)。在这种拓扑中，MOSFET内部的体二极管用作续流二极管，采用具有快速体二极管恢复特性MOSFET更为合适。
　　SuperFREDmesh技术弥补了现有的FDmesh技术，具有降低导通电阻，齐纳栅保护以及非常高的dv/dt性能，并采用了快速体-漏恢复二极管。N沟道520V、1.22欧姆、4.4A STD5NK52ZD可提供多种封装，包括TO-220、DPAK、I2PAK和IPAK封装。该器件为工程师设计开关应用提供了更大的灵活性。其他优势包括非常高的dv/dt，经过100%雪崩测试，具有非常低的本征电容、良好的可重复制造性，以及改良的ESD性能。此外，与其他可选模块解决方案相比，使用分立解决方案还能在PCB上灵活定位器件，从而实现空间的优化，并获得有效的热管理，因而这是一种具有成本效益的解决方案。

特性

　　自动静态旁路
　　高可靠性、高稳定性
　　先进的高频脉宽调制（PWM）技术
　　动态特性好、输出精度高
　　过载能力强
　　直流输入端设有通讯专用的抗干扰滤波器，不会对其他通讯设备造成干扰
　　具过载、短路保护功能
　　液晶显示屏显示各项运行参数
　　采用SPWM技术，纯净正弦波输出
　　使用先进的抗干扰技术，优异的EMI/EMC指标
　　开机软启动电路，提高产品的可靠性
　　具有过压、欠压、短路、过载、过热等各种保护
　　提供多路无源干接点输出信号
　　立式、19寸标准机架式和电力机柜，安装式三种尺寸
　　输入输出电气隔离，输出电压、频率、稳定、可靠

应用领域

铁道系统、发电厂、电力变电站系统等

使用维护的注意事项

产品性能

　　* 电力专用逆变器可灵活设置为AC主供型和DC主供型：
　　A）AC主供型逆变电源在有市电时，处于市电输出，当市电输入故障时自动切换到逆变输出；
　　B）DC主供型逆变电源在有市电时，处于逆变输出，当直流输入故障时自动切换到市电输出；
　　* 电力专用逆变器设计完善，允许在开机状态下切断直流，自动切换到市电旁路，不影响负载的供电，方便对蓄电池进行维护和更换；
　　* 电力专用逆变器在出现电池电压高/低、过载告警关断输出后，电池电压恢复正常，电源自动恢复输出，消除了过载现象50秒后，电源自动恢复输出，此项功能尤其适用于无人值守的通讯基站；
　　* 电力专用逆变器支持交流开机功能，如输出端有负载，逆变电源将无法开启；
　　* 电力专用逆变器支持通讯功能，利用监控软件实时了解电源工作情况；
　　* 电力专用逆变器提供两组无源干结点，分别用于直流输入故障和交流输出故障告警；