打造2500W光伏并网逆变器之----功率部分

Lee_88 · 发表于 2012-4-22 15:47:06

太阳能光伏并网逆变器是光伏发电系统的核心部分，其主要功能是将太阳能电池板发出的直流电逆变成交流电，并送入电网。同时实现对输出电压的稳定及对最大功率点的跟踪。并且具有完善的保护功能，保证系统能够安全可靠地运行。

光伏并网逆变器的基本功能
（1）跟踪太阳能电池板的最大输出功率，使系统处于最大发电能力。
（2）同步检测输出电压和电网电压相位差，并输出与电网电压相位相同的正弦交流电。
（3）孤岛效应检测

光伏并网逆变器通常要求
（1）具有较高的效率。由于目前太阳电池的价格偏高，为了最大限度地利用太阳电池，提高系统效率，必须设法提高逆变器的效率。
（2）具有较高的可靠性。由于光伏发电系统通常无人值守和维护，这就要求逆变器具有合理的电路结构，严格的元器件筛选，并要求逆变器具备各种保护功能，如输入直流极性接反保护，交流输出短路保护，过热、过载保护等。
（3）直流输入电压有较宽的适应范围，由于太阳能电池的端电压随负载和日照强度而变化，这就要求逆变器必须在较大的直流输入电压范围内保证正常工作，并保证交流输出电压的稳定。

Lee_88 · 发表于 2012-4-22 15:49:02

逆变器的总框图如下，控制核心为嵌入式计算机系统，功率部分为前级Boost升压器和后级H桥拓扑结构，设计输出功率为2500W，光伏太阳能电池板可采用多级串并联方式达到输入电压要求。逆变器采用了高输入电压低输入电流方案，在同样输入功率下可减少输入端的线损。非隔离电路则可减少中间环节以提高系统的总效率。

Lee_88 · 发表于 2012-4-22 15:51:26

MPPT的跟踪是通过改变前级Boost电路的驱动占空比，同时记录光伏板的输出电压和电流，得出对应的阵列输出功率值，然后比较不同点太阳电池阵列的输出功率，得出最大功率点。
前级Boost升压电路如下，由功率MOS开关管、二极管、储能电感和虑波电容组成。开关管导通时，光伏板的电流通过储能电感和开关管，电感开始储能，开关管截止时储能电感的电压反相，与电源电压一起通过二极管加到负载和虑波电容上，因此负载上的电压要高于电源电压。

Lee_88 · 发表于 2012-4-22 16:01:56

Boost升压电路可以工作在电流断续工作模式（DCM）和电流连续工作模式（CCM）。CCM工作模式适合大功率输出电路。
Boost升压电路简单可靠，其核心是储能电感，由于工作在单端方式，其磁芯利用率比桥式低。
设计储能电感要综合考虑体积和开关频率，我选用的是EE65B加厚型磁芯，在开关频率为80kHz时有3000W的输出能力。如果采用较小体积的EE55B磁芯，开关频率要到120kHz以上。通常开关频率较高时可选用较小的磁芯，但磁损和铜损会增加，总体效率下降，因此合理的体积是必要的。
考虑到光伏板的输入电压可在200V~400V，要达到2500W的输出，在电流连续工作模式时所需的电感量为360微亨。
为防止磁饱和，需要在磁芯中引入气隙，设计时一般先按磁芯窗口可用面积计算匝数再求气隙量，这样求出的值在业余条件下往往不易找到合适厚度的垫片。因此可以先找到相近并易找的材料，再由垫片厚度（此时气隙是两倍厚度）来计算所需匝数。我用的是复写垫板，文具店都有，厚度也很均匀（0.62mm）。

Lee_88 · 发表于 2012-4-22 16:03:06

厚度为0.62毫米

Lee_88 · 发表于 2012-4-22 16:18:12

本帖最后由 Lee_88 于 2012-4-22 21:14 编辑

确定了磁芯和匝数后，接下来就可以制作了。电感工作在高频大电流状态，要充分考虑由于趋肤效应而导致的性能变劣，一般都要求按AC/DC阻抗比为1的原则选择导线直径。考虑到输出功率，这样一来就需要用16根直径0.5毫米的导线并绕，给绕制带来困难，经反复衡量，最后决定采用5根直径为0.9毫米的漆包线并绕。

磁芯、骨架和漆包线

Lee_88 · 发表于 2012-4-22 16:46:30

由于是多股并绕，往往其中一两股虚焊不易发现，因此要确保每股都焊接牢固，要借助尖嘴钳、镊子等工具将导线缠在插针上再焊。

Lee_88 · 发表于 2012-4-22 17:02:50

绕制前还需考虑用于粘接磁芯的胶层厚度对最终电感量的影响，因此计算时可增加5%~10%的电感量来确定匝数。本例所需电感为360微亨，计算时按1.24毫米气隙（两倍垫片厚度）电感为380微亨来确定匝数。

完成后的电感

Lee_88 · 发表于 2012-4-22 17:05:07

最终电感量为367微亨，达到了满意效果。

Lee_88 · 发表于 2012-4-22 18:03:11

所有指标都符合要求后，最后还需加上一层短路铜片作为磁屏蔽，因为电感工作于大电流，其漏磁将对周边电路产生影响，使其工作不稳定，加上铜片后，漏磁仅在短路铜片中产生渦流而变成热量散发掉，因此改善了电路的稳定性。至此，电感器制作完成。

兔tu · 发表于 2012-4-22 18:26:33

制作精良，如果每一个元件都是这样，产品一定质量上乘！赞！

Lee_88 · 发表于 2012-4-22 19:33:20

本帖最后由 Lee_88 于 2012-4-22 19:50 编辑

线路板尺寸为150mmX100mm，直接用刀刻制作。由于功率部分的电流比较大，所有大电流部分的走线宽度都不小于15mm，局部不足部分要搪锡以降低电流密度。

lyc4081 · 发表于 2012-4-22 19:38:02

围观…………

胆色双全 · 发表于 2012-4-22 20:08:34

简直是艺术品！

成都三科售后 · 发表于 2012-4-22 20:40:30

不错期待详细制造过程

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