Արևային ինվերտորի սկզբունքը և կիրառումը

Ներկայումս Չինաստանի ֆոտովոլտային էներգիայի արտադրության համակարգը հիմնականում հաստատուն հոսանքի համակարգ է, որը նախատեսված է արևային մարտկոցի կողմից արտադրված էլեկտրաէներգիան լիցքավորելու համար, և մարտկոցն անմիջապես էլեկտրաէներգիա է մատակարարում բեռին: Օրինակ՝ Հյուսիսարևմտյան Չինաստանի արևային կենցաղային լուսավորության համակարգը և ցանցից հեռու գտնվող միկրոալիքային կայանների էլեկտրամատակարարման համակարգը բոլորը հաստատուն հոսանքի համակարգեր են: Այս տեսակի համակարգերն ունեն պարզ կառուցվածք և ցածր գին: Այնուամենայնիվ, տարբեր բեռների հաստատուն հոսանքի լարումների պատճառով (օրինակ՝ 12 Վ, 24 Վ, 48 Վ և այլն), դժվար է հասնել համակարգի ստանդարտացման և համատեղելիության, հատկապես քաղաքացիական էներգիայի համար, քանի որ փոփոխական հոսանքի բեռների մեծ մասն օգտագործվում է հաստատուն հոսանքի հետ: Ֆոտովոլտային էլեկտրամատակարարման համար դժվար է էլեկտրաէներգիա մատակարարել որպես ապրանք շուկա մուտք գործել: Բացի այդ, ֆոտովոլտային էներգիայի արտադրությունը, ի վերջո, կհասնի ցանցին միացված շահագործման, որը պետք է ընդունի հասուն շուկայական մոդել: Ապագայում փոփոխական ֆոտովոլտային էներգիայի արտադրության համակարգերը կդառնան ֆոտովոլտային էներգիայի արտադրության հիմնական ուղղությունը:
Ֆոտովոլտային էներգիայի արտադրության համակարգի պահանջները ինվերտորային էլեկտրամատակարարման համար

AC հոսանքի ելքային հզորությամբ ֆոտովոլտային էներգիայի արտադրության համակարգը բաղկացած է չորս մասից՝ ֆոտովոլտային մատրից, լիցքավորման և լիցքաթափման կարգավորիչ, մարտկոց և ինվերտոր (ցանցին միացված էներգիայի արտադրության համակարգը, որպես կանոն, կարող է խնայել մարտկոցը), իսկ ինվերտորը հիմնական բաղադրիչն է։ Ֆոտովոլտային ինվերտորների նկատմամբ պահանջները ավելի բարձր են.

1. Պահանջվում է բարձր արդյունավետություն։ Արևային մարտկոցների ներկայիս բարձր գնի պատճառով, արևային մարտկոցների օգտագործումը առավելագույնի հասցնելու և համակարգի արդյունավետությունը բարելավելու համար անհրաժեշտ է փորձել բարելավել ինվերտորի արդյունավետությունը։

2. Պահանջվում է բարձր հուսալիություն: Ներկայումս ֆոտովոլտային էներգիայի արտադրության համակարգերը հիմնականում օգտագործվում են հեռավոր վայրերում, և շատ էլեկտրակայաններ անվերահսկելի են և սպասարկվում են: Սա պահանջում է, որ ինվերտորն ունենա ողջամիտ սխեմայի կառուցվածք, բաղադրիչների խիստ ընտրություն և պահանջի, որ ինվերտորն ունենա տարբեր պաշտպանիչ գործառույթներ, ինչպիսիք են մուտքային հաստատուն հոսանքի բևեռային միացման պաշտպանությունը, ելքային փոփոխական հոսանքի կարճ միացման պաշտպանությունը, գերտաքացումից, գերբեռնվածությունից պաշտպանությունը և այլն:

3. Մշտական ​​հոսանքի մուտքային լարումը պետք է ունենա հարմարվողականության լայն միջակայք։ Քանի որ մարտկոցի ծայրային լարումը փոխվում է բեռի և արևի լույսի ինտենսիվության հետ, չնայած մարտկոցը կարևոր ազդեցություն ունի մարտկոցի լարման վրա, մարտկոցի լարումը տատանվում է մարտկոցի մնացած տարողության և ներքին դիմադրության փոփոխության հետ։ Հատկապես, երբ մարտկոցը հնանում է, դրա ծայրային լարումը լայնորեն տատանվում է։ Օրինակ, 12 Վ մարտկոցի ծայրային լարումը կարող է տատանվել 10 Վ-ից մինչև 16 Վ։ Սա պահանջում է, որ ինվերտորը աշխատի ավելի մեծ Մշտական ​​հոսանքի դեպքում։ Ապահովել մուտքային լարման միջակայքում բնականոն աշխատանքը և ապահովել փոփոխական հոսանքի ելքային լարման կայունությունը։

4. Միջին և մեծ հզորության ֆոտովոլտային էներգիայի արտադրության համակարգերում ինվերտորի էլեկտրամատակարարման ելքը պետք է լինի սինուսոիդալ՝ ավելի քիչ աղավաղումով։ Դա պայմանավորված է նրանով, որ միջին և մեծ հզորության համակարգերում, եթե օգտագործվում է քառակուսի ալիքի հզորություն, ելքը կպարունակի ավելի շատ հարմոնիկ բաղադրիչներ, և ավելի բարձր հարմոնիկները կառաջացնեն լրացուցիչ կորուստներ։ Շատ ֆոտովոլտային էներգիայի արտադրության համակարգեր բեռնված են կապի կամ գործիքային սարքավորումներով։ Սարքավորումները ավելի բարձր պահանջներ ունեն էլեկտրական ցանցի որակի նկատմամբ։ Երբ միջին և մեծ հզորության ֆոտովոլտային էներգիայի արտադրության համակարգերը միացված են ցանցին, հանրային ցանցի հետ էներգիայի աղտոտումից խուսափելու համար ինվերտորը նույնպես պարտավոր է ելքային սինուսոիդալ հոսանք արձակել։

Ինվերտորը հաստատուն հոսանքը փոխակերպում է փոփոխական հոսանքի: Եթե հաստատուն հոսանքի լարումը ցածր է, այն ուժեղացվում է փոփոխական հոսանքի տրանսֆորմատորով՝ ստանդարտ փոփոխական հոսանքի լարում և հաճախականություն ստանալու համար: Մեծ հզորության ինվերտորների համար, բարձր հաստատուն հոսանքի լարման պատճառով, փոփոխական հոսանքի ելքը, որպես կանոն, տրանսֆորմատորի կարիք չունի լարումը մինչև 220 Վ բարձրացնելու համար: Միջին և փոքր հզորության ինվերտորներում հաստատուն հոսանքի լարումը համեմատաբար ցածր է, օրինակ՝ 12 Վ: 24 Վ-ի համար պետք է նախագծվի խթանման սխեմա: Միջին և փոքր հզորության ինվերտորները, որպես կանոն, ներառում են հրող-քաշող ինվերտորային սխեմաներ, լրիվ կամրջակով ինվերտորային սխեմաներ և բարձր հաճախականության խթանող ինվերտորային սխեմաներ: Հրող-քաշող սխեմաները խթանող տրանսֆորմատորի չեզոք միացուցիչը միացնում են դրական հոսանքի աղբյուրին, իսկ երկու հոսանքի խողովակները՝ այլընտրանքային աշխատանք, ելքային փոփոխական հոսանք, քանի որ հոսանքի տրանզիստորները միացված են ընդհանուր հողանցմանը, շարժիչի և կառավարման սխեմաները պարզ են, և քանի որ տրանսֆորմատորն ունի որոշակի արտահոսքի ինդուկտիվություն, այն կարող է սահմանափակել կարճ միացման հոսանքը, այդպիսով բարելավելով սխեմայի հուսալիությունը: Թերությունն այն է, որ տրանսֆորմատորի օգտագործումը ցածր է, և ինդուկտիվ բեռներ մղելու ունակությունը՝ վատ:
Լրիվ կամրջային ինվերտորային սխեման հաղթահարում է հրող-քաշող սխեմայի թերությունները: Հզորության տրանզիստորը կարգավորում է ելքային իմպուլսի լայնությունը, և ելքային AC լարման արդյունավետ արժեքը համապատասխանաբար փոխվում է: Քանի որ սխեման ունի ազատ պտտման օղակ, նույնիսկ ինդուկտիվ բեռների դեպքում, ելքային լարման ալիքային ձևը չի աղավաղվի: Այս սխեմայի թերությունն այն է, որ վերին և ստորին թևերի հզորության տրանզիստորները չեն կիսում հողանցումը, ուստի պետք է օգտագործվի նվիրված շարժիչային սխեմա կամ մեկուսացված սնուցման աղբյուր: Բացի այդ, վերին և ստորին կամրջային թևերի ընդհանուր հաղորդունակությունը կանխելու համար, սխեման պետք է նախագծված լինի անջատելու, ապա միացնելու համար, այսինքն՝ պետք է սահմանվի մեռյալ ժամանակ, և սխեմայի կառուցվածքն ավելի բարդ է:

Հրել-քաշող սխեմայի և լրիվ կամրջի սխեմայի ելքային մասում պետք է ավելացվի բարձրացման տրանսֆորմատոր։ Քանի որ բարձրացման տրանսֆորմատորը մեծ չափի է, ցածր արդյունավետությամբ և ավելի թանկ, ուժային էլեկտրոնիկայի և միկրոէլեկտրոնիկայի տեխնոլոգիաների զարգացման հետ մեկտեղ, հակադարձ հոսքի հասնելու համար օգտագործվում է բարձր հաճախականության բարձրացման փոխակերպման տեխնոլոգիա։ Այն կարող է իրականացնել բարձր հզորության խտության ինվերտոր։ Այս ինվերտորի սխեմայի առջևի փուլի ուժեղացման սխեման ընդունում է հրել-քաշող կառուցվածք, բայց աշխատանքային հաճախականությունը 20 կՀց-ից բարձր է։ Ուժեղացման տրանսֆորմատորն օգտագործում է բարձր հաճախականության մագնիսական միջուկ, ուստի այն փոքր է չափսերով և թեթև։ Բարձր հաճախականության ինվերսիայից հետո այն բարձր հաճախականության տրանսֆորմատորի միջոցով փոխակերպվում է բարձր հաճախականության փոփոխական հոսանքի, ապա բարձր հաճախականության ուղղիչ ֆիլտրի սխեմայի միջոցով ստացվում է բարձր լարման հաստատուն հոսանք (սովորաբար 300 Վ-ից բարձր), ապա ինվերտացվում է ուժային հաճախականության ինվերտորի սխեմայի միջոցով։

Այս սխեմայի կառուցվածքի շնորհիվ ինվերտորի հզորությունը զգալիորեն բարելավվում է, ինվերտորի առանց բեռնվածքի կորուստը համապատասխանաբար նվազում է, և արդյունավետությունը բարելավվում է: Սխեմայի թերությունն այն է, որ սխեման բարդ է, և հուսալիությունը ցածր է վերը նշված երկու սխեմաների համեմատ:

Ինվերտորային սխեմայի կառավարման սխեմա

Վերոնշյալ ինվերտորների հիմնական սխեմաները պետք է իրականացվեն կառավարման սխեմայի միջոցով: Ընդհանուր առմամբ, կան երկու կառավարման մեթոդներ՝ քառակուսի ալիքային և դրական ու թույլ ալիքային: Քառակուսի ալիքային ելքով ինվերտորի սնուցման սխեման պարզ է, ցածր գնով, բայց ցածր արդյունավետությամբ և մեծ հարմոնիկ բաղադրիչներով: Սինուսոիդալ ալիքային ելքը ինվերտորների զարգացման միտումն է: Միկրոէլեկտրոնիկայի տեխնոլոգիայի զարգացման հետ մեկտեղ ի հայտ են եկել նաև PWM ֆունկցիաներով միկրոպրոցեսորներ: Հետևաբար, սինուսոիդալ ալիքային ելքի ինվերտորային տեխնոլոգիան հասունացել է:

1. Քառակուսի ալիքի ելքով ինվերտորները ներկայումս հիմնականում օգտագործում են իմպուլսային լայնության մոդուլյացիայի ինտեգրալ սխեմաներ, ինչպիսիք են SG 3 525-ը, TL 494-ը և այլն: Պրակտիկան ապացուցել է, որ SG3525 ինտեգրալ սխեմաների և հզորության FET-ների օգտագործումը որպես անջատիչ հզորության բաղադրիչներ կարող է ապահովել համեմատաբար բարձր արդյունավետության և գնի ինվերտորներ: Քանի որ SG3525-ը ունի հզորության FET-ներ ուղղակիորեն կառավարելու ունակություն և ունի ներքին հղման աղբյուր, օպերացիոն ուժեղացուցիչ և ցածր լարման պաշտպանության գործառույթ, դրա ծայրամասային սխեման շատ պարզ է:

2. Սինուսոիդալ ելքով ինվերտորի կառավարման ինտեգրալ սխեման, սինուսոիդալ ելքով ինվերտորի կառավարման սխեման կարող է կառավարվել միկրոպրոցեսորով, օրինակ՝ INTEL Corporation-ի և Motorola Company-ի կողմից արտադրված 80 C 196 MC, MICRO CHIP Company-ի կողմից արտադրված MP 16 և PI C 16 C 73 և այլն: Այս միաչիպ համակարգիչներն ունեն բազմաթիվ PWM գեներատորներ և կարող են կարգավորել վերին և վերին կամրջային թևերը: Մեռյալ ժամանակի ընթացքում օգտագործեք INTEL ընկերության 80 C 196 MC-ն՝ սինուսոիդալ ելքային սխեման իրականացնելու համար, 80 C 196 MC-ն՝ սինուսոիդալ ազդանշանի ստեղծումն ավարտելու և AC ելքային լարումը հայտնաբերելու համար՝ լարման կայունացման հասնելու համար:

Ինվերտորի գլխավոր շղթայում էլեկտրական սարքերի ընտրություն

Հիմնական հզորության բաղադրիչների ընտրությունըինվերտորՇատ կարևոր է: Ներկայումս ամենաշատ օգտագործվող հզորության բաղադրիչներն են Դարլինգտոնի հզորության տրանզիստորները (BJT), հզորության դաշտի էֆեկտի տրանզիստորները (MOS-F ET), մեկուսացված դարպասային տրանզիստորները (IGB), T) և անջատիչ տիրիստորը (GTO) և այլն: Փոքր հզորության ցածր լարման համակարգերում ամենաշատ օգտագործվող սարքերը MOS FET-ն են, քանի որ MOS FET-ն ունի ավելի ցածր միացված վիճակի լարման անկում և ավելի բարձր IG BT-ի անջատման հաճախականությունը սովորաբար օգտագործվում է բարձր լարման և մեծ հզորության համակարգերում: Դա պայմանավորված է նրանով, որ MOS FET-ի միացված վիճակի դիմադրությունը մեծանում է լարման աճի հետ մեկտեղ, և IG BT-ն միջին հզորության համակարգերում զբաղեցնում է ավելի մեծ առավելություն, մինչդեռ գերմեծ հզորության (100 կՎԱ-ից բարձր) համակարգերում GTO-ները սովորաբար օգտագործվում են որպես հզորության բաղադրիչներ: