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什么是逆變器,為什么它在新能源汽車產業中如此重要?
來源: | 作者:zhongshide | 發布時間: 2023-06-02 | 379 次瀏覽 | 分享到:

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1.什么是逆變器,它的作用是什么?

逆變器是把直流電(如由電池、蓄電瓶產生)轉變成交流電(如220V,50Hz正弦波),且頻率可調的一種器件。生活中使用的電源插座有220 V /110V兩種,我們雖然沒有辦法儲存交流電,但可以把直流電儲存在電池里,再利用逆變器進行交直流的轉換[1]。

1 直流電和交流電常見波形

為了實現直流和交流轉換,需要重點關注兩個特性,一個是電流的方向,另外一個是電流的大小。

我們將直流電源用電池代替,將實際電路中的電機等負載用簡單負載模型代替,逆變器的簡單等效原理如下:

2 逆變器的簡單等效原理

3所示,在逆變器的實際工作中,通過開關的閉合、打開組合可以實現電流方向的變化,從而實現了交流電方向可變的目的。

3 逆變器直流轉交流原理

通過調節開關的頻率,我們就能得到不同頻率的交流方波,其波形如下4所示:

4 交流方波的典型波形

理想情況下,如果能達到足夠高的開關頻率,我們就可以得到趨近理想的正弦波。例如,我國家用電的頻率是50Hz,則需要逆變器在1s內至少開關100次,這對開關的速度有很大的要求,因此在實際應用中我們會將開關替換成開關速度更快的MOSFET或IGBT器件。

5 逆變器直交轉換結果

2.逆變器在光伏發電中的重要作用

……

隨著國家對環保的要求進一步提高,太陽能等清潔能源得到快速發展。在太陽能發電過程中,太陽能電池板所發出的也是直流電,因此無法直接用于家用電器。通過太陽能電池板,將光能轉換成蓄電池組中的電能,充滿電的電池組發出交流電,再經過逆變器轉變為電網中可用的50Hz交流電,這樣用于我們的日常生活中。

6 家用太陽能系統

7 太陽能電網系統

除了前面所述的直交流變換功能,逆變器還具有自動運行/停機功能、最大功率跟蹤控制功能、防單獨運行功能、自動電壓調整功能、直流檢測功能、直流接地檢測功能。這里簡單介紹自動運行/停機功能及最大功率跟蹤控制功能。

自動運行/停機功能

早晨日出后,太陽輻射強度逐漸增強,太陽電池獲得的太陽能增加,其輸出也隨之增大,當達到逆變器工作所需的輸出功率后,逆變器即自動開始運行(此即為自動運行功能)。進入運行后,逆變器便時時刻刻監視太陽電池組件的輸出,只要太陽電池組件的輸出功率大于逆變器工作所需的輸出功率,逆變器就持續運行,直到日落停機,即使陰雨天逆變器也能運行。當太陽電池組件輸出變小,逆變器輸出接近0時,逆變器便形成待機狀態(此即為自動停機功能)。

最大功率跟蹤控制功能

太陽電池組件的輸出是隨太陽輻射強度和太陽電池組件自身溫度(芯片溫度)而變化的。此外,由于太陽電池組件具有電壓隨電流增大而下降的特性,因此存在能獲取最大功率的最佳工作點。太陽輻射強度是變化著的,所以最佳工作點也是在變化的。相對于這些變化,始終讓太陽電池組件的工作點處于最大功率點,系統始終從太陽電池組件獲取最大功率輸出,這種控制就是最大功率跟蹤控制。太陽能發電系統用的逆變器的最大特點就是包括了最大功率點跟蹤控制這一功能。

3.逆變器在新能源汽車上的重要作用

……

混合動力車型、純電動車型上都有逆變器,比如特斯拉、豐田卡羅拉雙擎、北汽EV160等。電動汽車使用的電動機是使用交流電來驅動的,通過改變交流電的頻率和幅值,可以調節電動機的轉速和動力。

8 電動汽車中的交流感應電動機[3]

驅動電壓的頻率越高,電動機的轉速就越快,驅動電壓的幅值越大,電動機的動力就越強。然而,交流電是沒有辦法存儲的,新能源汽車的電池中存儲的是直流電,沒有辦法直接用于交流電機的驅動,因此需要一個轉換器,將汽車電池組中的直流電轉變為電動機可以利用的交流電。

9 電動汽車中的交流感應電動機[3]

逆變器充當了這個轉換器,通過調節輸出電壓的頻率和幅值,電動汽車的速度和動力得到有效控制,車輛得以平穩運行。逆變器輸出交流電的品質決定了電動汽車行駛的舒適度,并且逆變器的效率很大程度上決定了電動汽車整體的效率,因此,逆變器是電動汽車的核心[2]。

10 逆變器:電動汽車的核心[3]

11 不同汽車驅動模式的原理[4]

上為不同汽車驅動模式的原理,對于燃油車,汽車的能量直接由內燃機提供,經過變速器后到達驅動輪,實現驅動;對于純電動車,電池儲存的直流電經過逆變器變成交流電后到達驅動輪,實現驅動;對于混合動力汽車,有并聯混合驅動以及串聯混合驅動兩種驅動模式,并聯混合驅動是指內燃機產能以及電池供電并行輸入驅動輪;而串聯混合驅動是先通過內燃機將燃料的內能通過發電機轉換成交流電,再通過整流器轉換成直流電,和電池產生的直流電一起,經過逆變器輸送到發動機。

來源:網絡

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