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逆變器

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變流器為太陽光電系統安裝
變流器概述

變流器(又稱反流器反用換流器Inverter)是一個利用高頻橋式電路直流電(DC)變換成交流電(AC)的電子元件,其目的與整流器相反(AC轉DC);

變流器(Inverter)及整流器(Rectifier)皆為換流器/變流器(Converter)的其中一種。

原理與分類[編輯]

電路形式[編輯]

根據變流器的電路形式與輸出的交流信號,可分為半橋變流器、全橋變流器和三相橋式變流器。

半橋轉換器[編輯]

半橋變流器由兩個開關串聯組成,輸出端位於兩個開關的中點,由上下兩個開關的開通、關斷來決定輸出的電壓。半橋變流器配合兩個分壓電容,可以輸出雙端之間的高頻交流電。開關旁一般需要並聯續流二極體,以便在感性負載時起到續流作用。半橋變流器配合正負雙電壓源,可以輸出雙端的完全交流、含有直流分量的交流以及完全直流信號。

傳統半橋式變流器架構

全橋變流器[編輯]

全橋變流器由各含兩個開關的兩個橋臂連接成正方形組成,輸出端的兩端分別位於兩組開關的中點,相當於取兩個半橋的電壓差,因此可以得到正負雙向的交流輸出。全橋變流器可以不依賴外加器件,僅僅使用單電壓源輸出雙端的完全交流、含有直流分量的交流以及完全直流信號。

三相橋式變流器[編輯]

三相橋式變流器類似於全橋變流器,但它有三個橋臂,輸出端的三端分別位於三組開關的中點,取兩兩之間的電壓差就可以得到三相電所需的三個相電壓。根據三組共六個開關的開通順序,三相橋式變流器可以得到一組幅值相等、頻率相等、相位相差120°的三相電信號。

有源與無源[編輯]

根據輸出端是否有源,又可以分為有源逆變和無源逆變。

有源變流器[編輯]

如果變流器的輸出需要直接併入電網,則屬於有源逆變。在此情況下,輸出端原本已經有電壓波動,變流器只是向外輸出能量。由於輸出端電壓波動的影響,變流器件可以自動關斷,而無需在控制時予以強制關斷,因此可以使用較廉價的半控器件如晶閘管

無源變流器[編輯]

若變流器輸出需要直接使用,不併入電網,則屬於無源逆變。在此情況下,由於輸出端沒有電壓波動,變流器需要嚴格控制通斷,因此必須使用全控器件如可關斷晶閘管等。

相控電路[編輯]

若變流器輸出需要併入電網,或是需要驅動一個已經在轉動的電動機等電感性負載,則變流器輸出信號的相位將至關重要。為了控制變流器輸出的相位,需要在變流器中加入相控電路。常用相控電路的原理有如下兩種:

相敏檢測電路[編輯]

相敏檢測電路可以檢測到交流波形中的某一特定點,如過零點最高點等。當一個信號源每次到達此特定點時,通過調節其它信號源到達同樣的點,以實現同相。由於交流電是時時變化的,這種前饋調節方式總存在一定的滯後,調節效果並不理想,要實現一定的相位差也較困難。

鎖相環[編輯]

鎖相環電路通過鑒相器獲得各信號源的當前相位,並通過反饋調節方式使各信號源的相位趨於一致,調節效果好、精度高,也容易實現一定的相位差。

應用[編輯]

反用換流器的應用廣泛,其主要應用如下:

光伏變流器[編輯]

光伏變流器能夠將光伏電池產生的直流電能轉換為能夠併網或直接使用的交流電能。光伏發電是極具發展潛力的可再生能源。隨著光伏電池轉換效率的提高,製造成本的降低,以及國家對於光伏發電的大力支持,近些年來光伏變流器作為配套產品,也不斷快速發展。

不間斷電源[編輯]

不間斷電源通過有電時將市電整流成直流電存於電容當中,並於停電時將電容當中電能放出並轉換成交流電,來為用電器提供一個穩定、一致、可靠的供電系統。變流器在其中主要起到將電容中放出的直流電轉換為交流電的作用,同時對於供電頻率不穩的地區,在有電時也可以將市電整流再逆變,以獲得一個穩定的電源輸入。

城市公共運輸系統[編輯]

為了輸電方便,城市軌道交通列車公共運輸無軌電車系統一般使用直流供電,但車輛所用電動機大都為三相交流電機,因此必須使用變流器進行逆變。新型車輛一般使用VVVF變頻器進行變壓變頻調節,以更好地對電機進行控制。

變頻器[編輯]

交-直-交變頻器是由一個整流器和一個變流器組成的,通過將交流電先轉換成為直流電,再轉換成為交流電,以改變其頻率,同時通過對逆變部分開關的控制來更好地實現輸出控制,以獲得各種需要的交流電信號輸出。

驅動冷凍空調的壓縮機[編輯]

變頻器可以用來調節壓縮機電動機的速度,用在可變製冷劑流量英語variable refrigerant flow製冷空氣調節系統中,以調整系統性能。這類的架構會稱為變頻壓縮機英語inverter compressor。傳統冷凍調節的方式是固定壓縮機速度,在溫度太低時關閉壓縮機,在高溫時再啟動壓縮機。變頻壓縮機系統會用變頻器調整電動機轉速,也會調整壓縮機以及輸出的冷凍能力。使用的電動機可能是直流無刷電動機異步電動機,其速度和變頻器輸出的頻率成正比,因此壓縮機也可以在不同轉速下運轉,不需反覆啟動停止,也可以提昇效率。一般會用單片機監控要冷凍空間內的溫度,調整壓縮機速度以達到理想的溫度。這些額外的電子零件以及系統硬體會增加設備成本,但會減少使用時需要的電費[1]。第一個變頻冷氣是由日本東芝在1981年所發明[2]

相關[編輯]

參考資料[編輯]

  1. ^ New and Cool: Variable Refrigerant Flow Systems. AIArchitect (American Institute of Architects). 2009-04-10 [2013-08-06]. 
  2. ^ Toshiba Science Museum : World's First Residential Inverter Air Conditioner. toshiba-mirai-kagakukan.jp.