逆变器的原理与应用毕业论文

太阳能光伏电源毕业论文设计标签： 太阳能电池逆变器毕业论文校园目录摘要... 1ABSTRACT. 21 绪论.... 32太阳能光伏电源系统的原理及组成... 42.1太阳能电池方阵... 42.1.1太阳能电池的工作原理... 52.1.2 太阳能电池的种类及区别... 52.1.3太阳能电池组件... 52.2 充放电控制器.... 62.2.1充放电控制器的功能... 72.2.2 充放电控制器的分类... 72.2.3 充放电控制器的工作原理... 82.3蓄电池组... 92.3.1太阳能光伏电源系统对蓄电池组的要求.... 92.3.2铅酸蓄电池组的结构.... 102.3.3铅酸蓄电池组的工作原理... 102.4直流-交流逆变器.... 112.4.1逆变器的分类... 112.4.2太阳能光伏电源系统对逆变器的要求... 122.4.3逆变器的主要性能指标... 122.4.4逆变器的功率转换电路的比较... 143太阳能光伏电源系统的设计原理及其影响因素... 163.1太阳能光伏电源系统的设计原理... 173.1.1太阳能光伏电源系统的软件设计... 173.1.2太阳能光伏电源系统的硬件设计... 193.2太阳能光伏电源系统的影响因素... 204 总结... 21致谢...参考文献...摘要光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上蓄电池组，充放电控制器，逆变器等部件就形成了光伏发电装置。本文首先介绍了太阳能光伏电源系统的原理及其组成，初步了解了光生伏打效应原理及其模块组成，然后进一步研究各功能模块的工作原理及其在系统中的作用，最后根据理论研究成果，利用硬件和软件相结合的方法设计出太阳能光伏电源系统，以及研究系统的影响因素。关键词：光生伏特效应；太阳能电池组件；蓄电池组；充放电控制器；逆变器Topic：The Design of Photovoltaic PowerAbstractPhotovoltaic power generation is a technology of being energy directly into electrical energy on semiconductor photo-voltaic effect .The key components of this technology is the solar cell. Solar cells in series can be formed after the package to protect a large area of solar cells, together with the battery, charge and discharge controller, inverter and other components to form a photovoltaic device. This paper introduces the principle of solar photovoltaic power system and its components, a preliminary understanding of the principle of photovoltaic effect and its modules, and then further study the working principle of each functional module and its role in the system, the final results of theoretical studies based the use of hardware and software combination designed a solar photovoltaic power systems, and study the impact of system factors.Keywords ： photo-voltaic effect； Solar cells； batteries; charge and discharge controller;inverter.1 绪论人类社会进入21世纪，正面临着化石燃料短缺和生态环境污染的严重局面。廉价的石油时代已经结束，逐步改变能源消费结，大力发展可再生能源，走可持续发展的道路，已逐渐成为人们的共识。太阳能光伏发电具有独特的优点，近年来正在飞速发展。太阳能电池的产量年增长率在40%以上，已成为发展最迅速的高新技术产业之一，其应用规模和领域也在不断扩大，从原来只在偏远无电地区和特殊用电场合使用，发展到城市并网系统和大型光伏电站。尽管目前太阳能光伏发电在能源结构中所占比例还微不足道，但是随着社会的发展和技术的进步，其份额将会逐步增加，可以预期，到21世纪末，太阳能发电将成为世界能源供应的主体，一个光辉的太阳能时代将到来。我国的光伏产业发展极不平衡，2007年太阳能电池的产量已经超过日本和欧洲而居世界第一，然而光伏应用市场的发展却非常缓慢，光伏累计安装量大约只占世界的1%，应用技术水平与国外相比还有相当大的差距。光伏产品与一般机电产品不同，必须很据负载的要求和当地的气象、地理条件来决定系统的配置，由于目前光伏发电成本较高，所以应进行优化设计，以达到可靠性和经济性的最佳结合，最大限度的发挥光伏电源的作用。为了提高太阳能的转换效率，获取更多的有效能源，满足人类的能源供应，世界各国在研究太阳能光伏系统中都投入了大量的人力与物力。我国对太阳能光伏电源系统的研究还处于世界低等水平，产品的性能还有待提高，为迎接未来能源短缺带来的严峻挑战，我们应该加大对太阳能光伏系统的研究，以满足人类未来对能源的需求。本文从理论出发，阐述了太阳能光伏电源的原理及其组成结构；结合科研实际，应用硬件和软件结合的方法，设计了简易的太阳能光伏电源模拟系统。根据这个简易系统研究分析了太阳能光伏电源的影响因素，合理优化了系统的配置，以提高系统的性能，最终提高了太阳能的转换效率。

这些资料估计你都会用到.具体的论文设计你自己弄吧.什么是逆变电源？为什么要逆变？ 利用晶闸管电路把直流电转变成交流电,这种对应于整流的逆向过程,定义为逆变。例如:应用晶闸管的电力机车,当下坡时使直流电动机作为发电机制动运行,机车的位能转变成电能,反送到交流电网中去。又如运转着的直流电动机,要使它迅速制动,也可让电动机作发电机运行,把电动机的动能转变为电能,反送到电网中去。 把直流电逆变成交流电的电路称为逆变电路。在特定场合下,同一套晶闸管变流电路既可作整流,又能作逆变。 变流器工作在逆变状态时,如果把变流器的交流侧接到交流电源上,把直流电逆变为同频率的交流电反送到电网去,叫有源逆变。如果变流器的交流侧不与电网联接,而直接接到负载,即把直流电逆变为某一频率或可调频率的交流电供给负载,则叫无源逆变。交流变频调速就是利用这一原理工作的。有源逆变除用于直流可逆调速系统外,还用于交流饶线转子异步电动机的串级调速和高压直流输电等方面。 什么是逆变电源及用途？ 逆变电源，一般是指将低压的直流电转变成高压（或低压）的交流电的装置，它可以用蓄电池做电源，输出交流电。具体说，比如用12V的蓄电池是不能为普通电灯或电脑、电视等供电的，而把该蓄电池通过逆变器变成普通的220V交流电再接到这些用电器中，它们就能正常工作。 一般逆变电源中自带蓄电池，电脑城卖的UPS电源就是这样的东西，不过它本身所带的蓄电池较小，只能供电脑工作几分钟到十几分钟，主要是为了在突然停电时，靠它继续为电脑供电，好让你有时间把未保存的文件保存下来，且有时间正常关机。 正弦波逆变电源的用途 逆变器是一种将直流电转换为交流电的装置，它用于无交流电的环境，为交流设备提供电源。它的输出功率从几十瓦到几百千瓦不等；输入直流电压从几伏到几百伏不等。 它主要应用于下列场所： 1．在车、船和飞机上，与交通工具上的直流电源一起，为交流电器提供电源； 2．在无电源的地方，与其它发电设备（太阳能、风能、水能以及各种燃料发电机）一起，为用户提供交流电源； 3．作为通讯、电力系统的不间断电源UPS(Uninterrupted Power Supply)； 4．作为消防应急用电源EPS (Emergent Power Supply)； 5．利用便携电源，提供临时交流电源等。 逆变电源 逆变电源也称逆变器，是一种DC/AC的转换器，它将电池组的直流电源转化成输出电压和频率稳定的交流电源。 工业一级的逆变器一般均为正弦波输出，同市电的波形一致，如电力逆变器，通信逆变器；另外还有一种输出为方波或阶梯波或修正正弦波的，这一类逆变器一般都是应用于民用场合，如车载逆变器，太阳能家用逆变器，一般为小功率（1KVA以下），1KVA以上一般均做成正弦波的了。 在技术工艺上，人们又把正弦波逆变器区分为高频逆变器和工频逆变器，工频逆变器技术成熟，性能稳定，搞过载能力强，但体积庞大、笨重；高频逆变器是近五六年在市场上的新星，它技术指标优越、效率很高、尤其是体积小、重量轻、高功率密度，都是现代电力电子所倡导的，现在业已抢占了中小功率逆变器一半以上的市场。有些行业领先者的高频逆变器单元已经做到了30KVA，从技术发展和生产成本来看，高频逆变器取代工频逆变器将是大势所趋。 逆变器的输出有单相和三相之分，以适应不同的负载，这同市电的指标一样。 逆变器有很多应用领域，比如在航空工业中利用逆变器提供一个到400Hz频率转换等，这就要用到逆变器了。 何谓逆变器的效率？ 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％。 按输出波形划分，逆变器分为几类？ 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，其正向最大值到负向最大值几乎在同时产生，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，其输出波形从正向最大值到负向最大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。 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。 何谓“感性负载”？ 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。如何挑选逆变器产品 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，最好不要低于准正弦波；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。 如何为电瓶配备合适的逆变器？ 假如电瓶的规格是12伏50安时，我们用12伏乘以50安时，得出电瓶的输出功率为600瓦。如果逆变器的效率为90％，则我们再用90％乘以600瓦，得出540瓦。这就是说，您的这块电瓶可推动一台输出功率最大为540瓦的逆变器。当然，您也可以采取“一步到位”式的采购办法，即先不管目前自己车上用的电瓶的规格，而买一台输出功率为800瓦的逆变器。然后，先在眼下这块电瓶的允许范围内使用，等将来换了更大的车后再满功率使用。最后，对逆变器的功率要求不高，比如说有100瓦就够了，那您完全可以买个小功率逆变器。此外，在确定逆变器的功率时，还有一个重要原则，即在使用逆变器时，不要长期满载运行，否则会大大缩短逆变器的寿命，同时逆变器的故障率也将显著上升。我们强烈建议用户，最好在不超过额定功率85％的状态下使用逆变器。 如何知道电瓶的容量？ 电瓶上印有很多字母和数字，只要找到XXAH的字样就可以知道这是一块多大容量的电瓶。先说AH的含义，A代表安培（amp.），即电流的单位，H代表小时（hour）。两个字母在一起的意思就是"安培小时"，即在一小时的时间内可持续输出多少安培的电流。前面的XX通常为两个数字，即安培的数量。举例来讲，45AH代表这块电瓶可以在一个小时的时间内输出 （12伏）45安培的电流。至于这块电瓶可以输出的功率，我们用12伏乘以45安培，得出540瓦，这就是该电瓶的输出功率(理论值)。 什么是持续输出功率？什么是峰值输出功率？ 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。 使用车载逆变器须要注意些什么？ 首先，要严格按照用户手册的规定来使用逆变器；其次，逆变器的输出电压是220伏交流电，而这个220伏电是在一个狭小的空间并处于可移动状态，因此要格外小心。应将其放在较为安全的地方（特别要远离儿童！），以防触电。在不使用时，最好切断其输入电源。第三，不要将逆变器置于太阳直晒或暖风机出口附近。逆变器的工作环境温度不宜超过摄氏40度。第四，逆变器工作时会发热，因此不要在其附近或上面放置物品。第五，逆变器怕水，不要使其淋雨或撒上水。 应该怎样连接逆变器与电源和负载？ 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。

逆变器是把直流电能（电池、畜电瓶）转变成交流电（一般为220v50HZ正弦或方波）典型的DC/AC逆变器其主要由两大部分构成：（1）半导体功率集成器件，（2）逆变电路。逆变系统的核心是逆变开关电路，简称逆变电路。是通过半导体开关器件的导通与关断完成逆变的功能，但一个完整的逆变电路，除了主逆变电路外，还要有控制电路、输入电路、输出电路、辅助电路和保护电路等构成。各部分电路的主要功能如下：（1）输入电路：为主逆变电路提供可确保其正常工作的直流电压。（2）输出电路：对主逆变电路输出的交流电的质量（包括波形、频率、电压电流幅值相位等）进行修正、补偿、调理，使之能满足用户要求。（3）控制电路：为主逆变电路提供一系列的控制脉冲来控制逆变开关管的导通和关断，配合主逆变电路完成逆变功能。在逆变电路中，控制电路与主逆变电路同样重要。（4）辅路电路：将输入电压变换成适合控制电路工作的直流电压。包括多种检测电路。（5）保护电路：输入过压、欠压保护；输出过压、欠压保护；过载保护；过流和短路保护；过热保护等。（6）主逆变电路：由半导体开关器件组成的变换电路，分为隔离式和非隔离式两大类。如变频器、能量回馈等都是非隔离的；UPS、通信基础开关电流等是隔离式逆变电路。隔离式逆变电路还应包括逆变电压器。无论是隔离式或非隔离式主逆变电路，基本上都是由升压电路Buck和降压电路Boost两种电路不同拓扑形式组合而成。这些组合在隔离式逆变器主电路中就构成了单端式（正激式和反激式两种）、推挽式、半桥式和全桥式等。这些电路既可以组成单项逆变器，也可组合成三相逆变器。