Инверторы относятся к большой группе статических преобразователей, к которой относятся многие современные модели.'устройства, способные«конвертировать”На вход подаются электрические параметры, такие как напряжение и частота, чтобы получить на выходе результат, соответствующий требованиям нагрузки.

В общем, инверторы — это устройства, способные преобразовывать постоянный ток в переменный, и они довольно распространены в системах промышленной автоматизации и электроприводах. Архитектура и конструкция различных типов инверторов меняются в зависимости от конкретного применения, даже если основная их задача (преобразование постоянного тока в переменный) одинакова.

1. Автономные и сетевые инверторы

Инверторы, используемые в фотоэлектрических системах, исторически делятся на две основные категории:

:Автономные инверторы

:Сетевые инверторы

Автономные инверторы предназначены для применений, где фотоэлектрическая установка не подключена к основной энергораспределительной сети. Инвертор способен подавать электроэнергию на подключенные нагрузки, обеспечивая стабильность основных электрических параметров (напряжения и частоты). Это позволяет поддерживать их в пределах заданных значений и выдерживать временные перегрузки. В этом случае инвертор подключается к системе хранения энергии на основе аккумуляторов для обеспечения стабильного энергоснабжения.

С другой стороны, инверторы, подключенные к сети, способны синхронизироваться с электрической сетью, к которой они подключены, поскольку в этом случае напряжение и частота синхронизируются.«наложен”от основной сети. Эти инверторы должны иметь возможность отключаться в случае сбоя основной сети, чтобы избежать возможного обратного тока в основной сети, который может представлять серьезную опасность.

Рисунок 1 — Пример автономной системы и системы, подключенной к сети. Изображение предоставлено компанией Biblus.

2. Какова роль шинного конденсатора?

Назначение инвертора — преобразование постоянного напряжения в переменный сигнал для подачи мощности в нагрузку (например, в электросеть) на заданной частоте и с малым фазовым углом.φ ≈0). Упрощенная схема однофазной однополярной широтно-импульсной модуляции (ШИМ) показана на рисунке.2 (Та же общая схема может быть расширена до трехфазной системы). На этой схеме фотоэлектрическая система, выступающая в качестве источника постоянного напряжения с некоторой индуктивностью источника, преобразуется в переменный сигнал с помощью четырех IGBT-транзисторов, соединенных параллельно с диодами свободного хода. Эти транзисторы управляются на затворе с помощью ШИМ-сигнала, который обычно является выходным сигналом микросхемы, сравнивающей несущую волну (обычно синусоидальную волну желаемой выходной частоты) и опорную волну на значительно более высокой частоте (обычно треугольную волну с частотой 5-20 кГц). Выходной сигнал IGBT-транзисторов преобразуется в переменный сигнал, пригодный для использования или подачи в сеть, путем применения различных топологий LC-фильтров.

Получить предложение

Рисунок 2: Однофазный импульсно-широтно-модулированный (ШИМ) сигнал.Схема инвертора. IGBT-переключатели вместе с LC-фильтром на выходе преобразуют входной постоянный сигнал в пригодный для использования переменный сигнал. Это приводит к возникновению...Вредные пульсации напряжения на клеммах фотоэлектрической системы. ШинаРазмер конденсатора подбирается таким образом, чтобы уменьшить эти пульсации.

Работа IGBT-транзисторов приводит к появлению пульсаций напряжения на клеммах фотоэлектрической батареи. Эти пульсации негативно сказываются на работе фотоэлектрической системы, поскольку номинальное напряжение, подаваемое на клеммы, должно поддерживаться в точке максимальной мощности (ТМП) вольт-амперной характеристики для получения максимальной мощности. Пульсации напряжения на клеммах фотоэлектрической батареи вызывают колебания мощности, извлекаемой из системы, что приводит к...

более низкая средняя выходная мощность (рис. 3). Для сглаживания пульсаций напряжения к шине добавляется конденсатор.

Рисунок 3: Пульсации напряжения, возникающие на клеммах фотоэлектрической системы из-за схемы ШИМ-инвертора, смещают приложенное напряжение от точки максимальной мощности (ТМП) фотоэлектрической батареи. Это приводит к пульсациям выходной мощности батареи, в результате чего средняя выходная мощность оказывается ниже номинальной ТМП.

Амплитуда (от пика до пика) пульсаций напряжения определяется частотой переключения, напряжением фотоэлектрической системы, емкостью шины и индуктивностью фильтра в соответствии со следующей формулой:

где:

VPV — это постоянное напряжение солнечной панели.

Cbus — это емкость конденсатора шины.

L — индуктивность фильтрующих индукторов.

fPWM — это частота переключения.

Уравнение (1) применимо к идеальному конденсатору, который предотвращает протекание заряда через конденсатор во время зарядки, а затем разряжает энергию, находящуюся в электрическом поле, без сопротивления. В действительности ни один конденсатор не является идеальным (рис. 4), а состоит из множества элементов. В дополнение к идеальной емкости, диэлектрик не является идеально резистивным, и небольшой ток утечки протекает от анода к катоду вдоль конечного параллельного сопротивления (Rsh), минуя диэлектрическую емкость (C). Когда через конденсатор протекает ток, контакты, фольга и диэлектрик не являются идеально проводящими, и существует эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) последовательно с емкостью. Наконец, конденсатор накапливает некоторую энергию в магнитном поле, поэтому существует эквивалентная последовательная индуктивность (ESL) последовательно с емкостью и ESR.

Рисунок 4: Эквивалентная схема типичного конденсатора. Конденсатор — этосостоит из множества неидеальных элементов, включая диэлектрическую емкость (C), не бесконечное параллельное сопротивление через диэлектрик, которое обходит конденсатор, последовательное сопротивление (ESR) и последовательную индуктивность (ESL).

Даже в таком, казалось бы, простом компоненте, как конденсатор, существует множество элементов, которые могут выйти из строя или деградировать. Каждый из этих элементов может влиять на работу инвертора как на стороне переменного, так и постоянного тока. Для определения влияния деградации неидеальных компонентов конденсатора на пульсации напряжения, возникающие на клеммах фотоэлектрической системы, был смоделирован однополярный H-образный инвертор с ШИМ (рис. 2) с использованием SPICE. Фильтрующие конденсаторы и индукторы имеют емкость 250 мкФ и 20 мГн соответственно. Модели SPICE для IGBT-транзисторов получены из работы Петри и др. ШИМ-сигнал, управляющий IGBT-ключами, определяется компаратором и инвертирующим компаратором для верхнего и нижнего плеч IGBT-ключей соответственно. Входными сигналами для управления ШИМ являются синусоидальная несущая волна 9,5 В, 60 Гц и треугольная волна 10 В, 10 кГц.

Решение CRE

CRE — высокотехнологичное предприятие, специализирующееся на производстве пленочных конденсаторов с упором на применение в силовой электронике.

Компания CRE предлагает проверенное решение в виде серии пленочных конденсаторов для фотоэлектрических инверторов, включающее в себя звено постоянного тока, фильтр переменного тока и демпфирующий элемент.