Invertarar gegna mikilvægu hlutverki í raforkuframleiðslukerfum, umbreyta jafnstraumnum (DC) sem myndast af ljósvökvaplötum í riðstraum (AC) sem hentar fyrir nettengingu eða hleðslunotkun. Þróun inverter tækni hefur verið í stöðugri þróun til að uppfylla kröfur um meiri skilvirkni, betri orkugæði og lægri kostnað. Þriggja - stiga inverter tækni er ein mikilvægasta framfarir á þessu sviði.
Stighugtakið í inverterum vísar til spennustigsins sem notað er fyrir merkjasendingar eða orkubreytingar. Tveggja - stiga inverter hefur aðeins tvö spennustig, hátt og lágt, sem er einfalt í hönnun og hentugur fyrir notkun með litlum - kostnaði. Hins vegar setja þrír - stigs invertarar inn spennu miðjan - punkt, sem gefur þrjú spennustig, sem gerir ráð fyrir fínni spennustýringu og hefur nokkra mikilvæga kosti á kerfisstigi1.
1. Merking þriggja-þrepa tækni
Á níunda áratugnum lagði japanski fræðimaðurinn Nabae til þriggja-þrepa inverter hringrás sem byggði á díóða klemmingu. Dæmigerð staðfræðileg uppbygging þess er sýnd á eftirfarandi mynd. Hver brúararmur allrar inverterrásarinnar er samsettur úr 4 einangruðum hliða tvískauta smára (IGBT) og 6 díóðum.
Þrátt fyrir að þriggja-þrepa hringrásin sé tiltölulega flóknari í staðfræði, samanborið við hefðbundna tveggja-þrepa inverter hringrás sem getur aðeins gefið út hátt og lágt gildi, getur þessi nýja inverter hringrás gefið út hátt og lágt stig í gegnum kveikju- á efri og neðri rörum, og gefið út núllstig í gegnum klemmuáhrif þriggja stiga millistigs díóðunnar. Þess vegna er það kallað þriggja-þrepa inverter hringrás.
Taktu hugsanlega breytingu á miðpunkti inverterbrúararms A áfanga á eftirfarandi mynd sem dæmi til að lýsa í stuttu máli sértækri merkingu þrepanna þriggja.
- Þegar tveir IGBT á A-fasa brúararminum eru að leiða, er möguleikinn í punkti A sá sami og á jákvæðu rútunni, sem er U/2. Spenna pallur sem hver IGBT ber er U/2, eins og sýnt er í lykkju 1.
- Þegar tveir IGBTs á neðri brúararm A-fasa brúararmsins eru leiðandi, er straumurinn í punkti A sá sami og neikvæði strætapengi, sem er -U/2, og álagspallinn sem hver IGBT þolir er U/2, eins og sýnt er í lykkju 2.
- Þegar annar IGBT á A-fasabrúararminum og framhjáhaldsklemmudíóða eru að leiða, er A-fasabreytibrúin í A fríhjólaástandi og möguleikinn í punkti A er sá sami og á miðpunkti rútunnar, sem er 0, eins og sýnt er í lykkju 3.
Af leiðandi rafrásunum þremur í fasa A sem lýst er hér að ofan má vita að spennan í punkti A getur sýnt þrjú stig: U/2, 0 og -U/2, þannig að það er kallað þriggja-stiga ástand2.
2.Algengar Þrjár - stigs svæðisfræði
2.1NPC1 Topology
NPC1 (Neutral - Point - Clamped) svæðisfræðin er ein af klassísku þremur - stigi svæðisfræðinni. Það fínstillir tapdreifingu og bætir EMI með því að fínstilla núverandi slóð og núll - umbreytingarkerfi.
Við inverter aðstæður er tap NPC1 aðallega einbeitt í T1/T4 rörunum, þar með talið leiðnartap og rofatap. T2/T3 er í venjulega opnu ástandi og tapið er aðallega leiðnartap. D5/D6 leiðar á meðan á skiptum stendur og tap hans felur í sér leiðnartap og öfugt endurheimtstap.
Við leiðréttingarskilyrði er tapið aðallega einbeitt í D1/D4 rör og T2/T3 rör. D1/D4 slöngur hafa leiðartap og öfugt bata tap, á meðan T2/T3 slöngur mynda leiðnartapi og skiptitapi meðan á skiptum stendur. Aftur á móti hafa D2/D3 og D5/D6 slöngur aðeins leiðartap.
2.2 NPC2 Topology
NPC2 svæðisfræðin er endurbætur byggðar á NPC1 svæðisfræðinni. Í NPC2 eru IGBT-par með sameiginlegum straumum eða safnara og andstæðingur - samhliða díóða notuð til að skipta um klemmdíóða í NPC1 og fækka díóðum um tvær. Í NPC2 bera T1/T4 rör fulla strætóspennu og T2/T3 rör bera helming strætóspennunnar.
Í inverter ástandi, í jákvæðu hálfri - lotunni, helst T2 venjulega opið og T1 og D3 breytist; í neikvæðu hálfu - lotunni, helst T3 venjulega opið og T4 og D2 breytist.
Í leiðréttingarástandinu er umskipunarferlið líka svipað og NPC1, en vegna mismunandi uppbyggingar klemmuhlutans er tapsdreifingin önnur en NPC1. Almennt, á miðlungs - og lágu - skipti - tíðnisviði, er heildartap NPC2 svæðisfræðinnar lægra en NPC1 svæðisfræðinnar.
2.3ANPC Topology
ANPC (Active Neutral - Point - Clamped) svæðisfræðin er mynduð með því að skipta út klemmdíóðunum í NPC1 fyrir IGBT og anti - samhliða díóða. Það stækkar tvær núll - stigs skiptaleiðir, og með því að velja og stjórna núll - stigs skiptaleiðunum, er hægt að ná jafnvægi á tapsdreifingu og minni commutation lykkja stray inductance3.
3.Stjórnunaraðferðir þriggja - stigs invertara
3.1 Spennustjórnun
3.1.1DC - hliðarspennustýring
Í raforkuframleiðslukerfi er nauðsynlegt að viðhalda stöðugleika DC - hliðarspennu invertersins. Jafnspenna - hliðarspennan er aðallega veitt af ljósvökvaplötunum. Vegna áhrifa þátta eins og ljósstyrks og hitastigs mun úttaksspenna ljósvakaplötunnar sveiflast. Þess vegna er þörf á DC - hliðarspennustýringu. Algengar aðferðir eru meðal annars að nota boost breytir eða buck - boost breytir fyrir framan inverterinn til að stilla DC - hliðarspennuna á stöðugt gildi. Til dæmis, þegar úttaksspenna ljósvakaspjöldanna er lægri en tilskilið gildi, getur uppörvunarbreytirinn aukið spennuna; þegar það er hærra getur buck - örvunarbreytirinn stillt spennuna á viðeigandi stig.
3.1.2 Stýring á miðum - punkti
Í þremur - stigs inverterum er möguleg sveifla í miðju - punkti algengt vandamál, sérstaklega í NPC - gerð svæðisfræði. Möguleg sveifla í miðju - punkti mun hafa áhrif á gæði úttaksspennubylgjulögunar og áreiðanleika tækisins. Það eru margar aðferðir til að stjórna miðjan - punkta. Ein aðferð er að bæta sameiginlegum - ham íhlut við mótunarmerkið. Til dæmis, í sinusoidal pulse - width modulation (SPWM) aðferðinni, er ákveðinni algengri - hamspennu bætt við viðmiðunarspennuna til að stilla hleðslu- og afhleðslutíma miðþétta - punkta til að viðhalda stöðugleika miðpunkts - punktapottsins. Önnur aðferð er að nota endurgjöfarstýringarkerfi til að greina miðpunkts - punktapottinn og stilla rofastöður inverterans í samræmi við frávikið til að ná miðpunkts - punktpottujafnvægi4.
3.2 Núverandi stjórn
3.2.1 Grid - Tengd straumstýring
Fyrir net - tengda ljósvakara er nauðsynlegt að tryggja að úttaksstraumurinn sé í sömu tíðni og fasa og netspennan. Þetta er náð með nettengdri straumstýringarstefnu -. Algeng aðferð er að nota fasa - læsta lykkju (PLL) til að samstilla útgangsstrauminn við netspennuna. PLL getur fljótt og nákvæmlega fylgst með tíðni og fasa netspennunnar. Byggt á úttak PLL er núverandi stjórnandi hannaður, svo sem hlutfallslegur - samþættur (PI) stjórnandi eða hlutfallslegur - resonant (PR) stjórnandi. Straumstýringin stillir útgangsspennu invertersins í samræmi við frávikið á milli viðmiðunarstraums og raunverulegs úttaksstraums til að tryggja að úttaksstraumurinn uppfylli kröfur um nettengingu -.
3.2.2Output Current Harmonic Control
Auk þess að tryggja sömu tíðni og fasa og netspennu, er einnig nauðsynlegt að stjórna harmoniku innihaldi útgangsstraumsins. Eins og nefnt er hér að ofan, hafa þrír - stigs invertarar lægra útgangsstraums harmónískt innihald en tveir - stigs invertarar, en í sumum háum - nákvæmni beitingaratburðarás er enn þörf á frekari harmonic control. Þetta er hægt að ná með því að hagræða mótunarstefnunni. Til dæmis, með því að nota rúm - vektorpúls - breiddarmótun (SVPWM) í stað hefðbundinnar SPWM getur það dregið úr harmoniku innihaldi útgangsstraumsins. Að auki er einnig hægt að nota nokkur háþróuð stjórnalgrím, eins og harmonic feed - áframstýring og multi - harmonic compensation control, til að draga enn frekar úr harmoniku innihaldi útgangsstraumsins5.
4. Kostir þriggja - stigs invertara samanborið við tvo - stigs invertara
4.1 Spennuúttaksbylgjuform
Spennubylgjuformið frá tveggja-viðskiptarásinni:
Spennubylgjuformið frá þriggja-þrepa inverter hringrás:
Grunnreglan þriggja-þrepa inverter er að nota mörg stig til að búa til skrefbylgju til að nálgast sinusoidal útgangsspennu. Vegna þess að hafa viðbótarúttaksstig í samanburði við tveggja-þrepa inverter, er PWM-bylgjan sem það gefur frá sér nær sinusoidal bylgjulögun. Ofangreindar tvær myndir eru samanburður á PWM-bylgjuformunum sem gefa út af tveggja-stigum og þriggja-stigum invertara. Það er hægt að greina á innsæi að PWM bylgjuformið frá þriggja-þrepa inverterinu er nær sinus og hefur minna gárainnihald6.
4.2 Skiptistap
Í þriggja-þrepa inverter hringrás er DC bus spennan U deilt með tveimur IGBT. Spennan sem hver IGBT ber á brúararminum er helmingur inntaksspennunnar á DC hliðinni, U/2. Í tveggja-viðskiptarás, ber aðeins einn IGBT DC strætóspennuna og spennan sem hver IGBT ber á brúararminum er beint innspennan á DC hliðinni, það er U. Þess vegna, í þriggja-þrepa inverterrás, ber IGBT helminginn af spennu þeirra tveggja í upphafi leiðslustigsins{{6} slökkva-. Þetta ákvarðar að skiptatap þriggja-stigs IGBT er mun minna en tveggja{10}}þrepa eitt.7.
4.3 Hátíðni
Háspennu IGBTs verða fyrir áhrifum af notkunarspennustigi, sem ákvarðar að skiptitíðni þeirra og skiptihraði eru mun minni en lágspennu IGBT. Hins vegar gerir þriggja-þrepa kerfið kleift að nota há-tíðni lágspennu IGBT. Í samanburði við virkar aflsíur endurspeglar stig skiptatíðni beint ekki aðeins hraða bóta heldur einnig breidd bótatíðnisviðsins sem hægt er að ná. Því hærra sem tíðnisviðið er þar sem skiptitíðnin er staðsett, Því breiðara sem síunartíðnisviðið sem sía getur valið til að útfæra, því þrengra ætti það að vera; öfugt, því þrengra ætti það að vera8.
4.4 Magnsamanburður
Þróun vörulínu SMA er góð sönnun.
- Tæknivara á tveimur-stigum: Sunny Tripower Series.
- Þriggja-tæknivara: Sunny Highpower Series.
Af gögnunum á ofangreindum tveimur línuritum má fá að hámarksnýtni tveggja-tækniljósaljósra inverter vara er 98,1% og skilvirkni í Evrópu er 97,8%. Hámarksnýtni þriggja-þrepa tækni ljósvakavara getur náð 99,1%, en í Evrópu getur það verið 98,8%. Með því að bera þetta tvennt saman má komast að því að skilvirkni þriggja-tæknivaranna hefur aukist um 1%9.
5.Framtíðarþróunarþróun
5.1 Samþætting við nýtt hálfleiðaraefni
Með þróun hálfleiðaratækni eru ný hálfleiðaraefni eins og kísilkarbíð (SiC) og gallíumnítríð (GaN) smám saman beitt á invertera. Þessi efni hafa meiri rafeindahreyfanleika, hærri niðurbrotsspennu og lægri - viðnám en hefðbundin sílikonefni. Samþætting þriggja - stiga inverter tækni með nýjum hálfleiðaraefnum getur bætt afköst invertera enn frekar. Til dæmis, með því að nota SiC MOSFETs í þremur - stigi inverterum getur dregið úr rofatapi og leiðartapi tækjanna, bætt skilvirkni inverterans og aukið skiptitíðnina, sem er til þess fallið að minnka enn frekar stærð og þyngd invertersins og bæta aflþéttleika hans.
5.2 Greindarvæðing og stafræn væðing
Í framtíðinni verða þrír - stigs invertarar snjallari og stafrænari. Með þróun öreindatækni og stafrænnar stjórnunartækni er hægt að útbúa invertera með fullkomnari stafrænum stjórnendum og skynjurum. Þessir stafrænu stýringar geta innleitt flóknari stjórnunaralgrím, eins og aðlögunarstýringu, forspárstýringu og bilunar-- greiningu og sjálf - viðgerðarstýringu. Skynjararnir geta fylgst með rekstrarstöðu invertersins í rauntíma -, svo sem hitastig, spennu, straum og heilsufar tækis. Með snjöllum reikniritum og rauntímavöktun á - tíma getur inverterinn stillt rekstrarbreytur sínar í samræmi við raunverulegar aðstæður, bætt skilvirkni og áreiðanleika kerfisins og gert sér grein fyrir fjarvöktun og skynsamlegri stjórnun.
5.3 Hærri - spenna og hærri - aflforrit
Eftir því sem umfang raforkuframleiðslu heldur áfram að stækka, eykst eftirspurnin eftir hærri - spennu og hærri - aflbreytum líka. Þriggja - stiga inverter tækni hefur möguleika á að mæta þessari eftirspurn. Með því að fínstilla staðfræði og stjórnunarstefnu þriggja - stigs invertara og nota háspennu - tæki, er hægt að auka útgangsspennu og afl þriggja - stigs invertara enn frekar. Þetta hefur mikla þýðingu fyrir stórar raforkuver í - mælikvarða og háspennu - flutnings - línu - tengd ljósaflsframleiðslukerfi, sem getur fækkað fjölda invertara sem þarf, einfaldað uppbyggingu kerfisins og dregið úr heildarkostnaði kerfisins10.
- Yu, Chengzhuo, 2023, Stýring á 3 stiga PWM inverter fyrir nettengd -ljósaflsframleiðslukerfi.
- Zhihu, Útskýring á yfirburði þriggja-þrepa tækni.
- Non-netkerfi, þriggja-rásarregla og staðfræðigreining sameiginlegra hringrása.
- Rafeindaáhugamaður, T-gerð þriggja-þrepa ljósnets-hönnunarkerfi fyrir tengda inverter.
- Tang, Yao, 2023, Hönnun og stjórnun á fléttuðum þriggja-þrepa T-tegundar inverter fyrir háa orkunotkun.
- Rafræn áhugamaður, samanburður á kostum þriggja-stiga og tveggja-þrepa kerfa.
- CSDN, munurinn á tveggja-stigi og þriggja-stigi.
- Baidu Wenku, Samanburður á milli tveggja-stigs og þriggja-stigs.
- SMA, Vörugögn frá opinberu vefsíðu SMA.
- Qitian Power, þriggja-stiga samhliða samhliða inverter.