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變頻逆變器

請問下，變頻逆變器的的工作原理？？？詳細?。?！: 問提問者：網(wǎng)友 | 2017-09-14

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通俗的講，逆變器是一種將直流電（DC）轉(zhuǎn)化為交流電（AC）的裝置。它由逆變橋、控制邏輯和濾波電路組成．利用TL494組成的400W大功率穩(wěn)壓逆變器電路。它激式變換部分采用TL494，VT1、VT2、VD3、VD4構(gòu)成灌電流驅(qū)動電路，驅(qū)動兩路各兩只60V/30A的MOS FET開關(guān)管。如需提高輸出功率，每路可采用3～4只開關(guān)管并聯(lián)應(yīng)用，電路不變。TL494在該逆變器中的應(yīng)用方法如下：第1、2腳構(gòu)成穩(wěn)壓取樣、誤差放大系統(tǒng)，正相輸入端1腳輸入逆變器次級取樣繞組整流輸出的15V直流電壓，經(jīng)R1、R2分壓，使第1腳在逆變器正常工作時有近4.7～5.6V取樣電壓。反相輸入端2腳輸入5V基準(zhǔn)電壓(由14腳輸出)。當(dāng)輸出電壓降低時，1腳電壓降低，誤差放大器輸出低電平，通過PWM電路使輸出電壓升高。正常時1腳電壓值為5.4V，2腳電壓值為5V，3腳電壓值為0.06V。此時輸出AC電壓為235V(方波電壓)。第4腳外接R6、R4、C2設(shè)定死區(qū)時間。正常電壓值為0.01V。第5、6腳外接CT、RT設(shè)定振蕩器三角波頻率為100Hz。正常時5腳電壓值為1.75V，6腳電壓值為3.73V。第7腳為共地。第8、11腳為內(nèi)部驅(qū)動輸出三極管集電極，第12腳為TL494前級供電端，此三端通過開關(guān)S控制TL494的啟動/停止，作為逆變器的控制開關(guān)。當(dāng)S1關(guān)斷時，TL494無輸出脈沖，因此開關(guān)管VT4～VT6無任何電流。S1接通時，此三腳電壓值為蓄電池的正極電壓。第9、10腳為內(nèi)部驅(qū)動級三極管發(fā)射極，輸出兩路時序不同的正脈沖。正常時電壓值為1.8V。第13、14、15腳其中14腳輸出5V基準(zhǔn)電壓，使13腳有5V高電平，控制門電路，觸發(fā)器輸出兩路驅(qū)動脈沖，用于推挽開關(guān)電路。第15腳外接5V電壓，構(gòu)成誤差放大器反相輸入基準(zhǔn)電壓，以使同相輸入端16腳構(gòu)成高電平保護輸入端。此接法中，當(dāng)?shù)?6腳輸入大于5V的高電平時，可通過穩(wěn)壓作用降低輸出電壓，或關(guān)斷驅(qū)動脈沖而實現(xiàn)保護。在它激逆變器中輸出超壓的可能性幾乎沒有，故該電路中第16腳未用，由電阻R8接地。該逆變器采用容量為400VA的工頻變壓器，鐵芯采用45×60mm2的硅鋼片。初級繞組采用直徑1.2mm的漆包線，兩根并繞2×20匝。次級取樣繞組采用0.41mm漆包線繞36匝，中心抽頭。次級繞組按230V計算，采用0.8mm漆包線繞400匝。開關(guān)管VT4～VT6可用60V/30A任何型號的N溝道MOS FET管代替。VD7可用1N400X系列普通二極管。該電路幾乎不經(jīng)調(diào)試即可正常工作。當(dāng)C9正極端電壓為12V時，R1可在3.6～4.7kΩ之間選擇，或用10kΩ電位器調(diào)整，使輸出電壓為額定值。如將此逆變器輸出功率增大為近600W，為了避免初級電流過大，增大電阻性損耗，宜將蓄電池改用24V，開關(guān)管可選用VDS為100V的大電流MOS FET管。需注意的是，寧可選用多管并聯(lián)，而不選用單只IDS大于50A的開關(guān)管，其原因是：一則價格較高，二則驅(qū)動太困難。建議選用100V/32A的2SK564，或選用三只2SK906并聯(lián)應(yīng)用。同時，變壓器鐵芯截面需達到50cm2，按普通電源變壓器計算方式算出匝數(shù)和線徑，或者采用廢UPS-600中變壓器代用。如為電冰箱、電風(fēng)扇供電，請勿忘記加入LC低通濾波器。 1. 問：什么是逆變器，它起什么作用？答：簡單地說，逆變器就是一種將低壓（12或24伏）直流電轉(zhuǎn)變?yōu)?20伏交流電的電子設(shè)備。因為我們通常是將220伏交流電整流變成直流電來使用，而逆變器的作用與此相反，因此而得名。我們處在一個“移動”的時代，移動辦公，移動通訊，移動休閑和娛樂。在移動的狀態(tài)中，人們不但需要由電池或電瓶供給的低壓直流電，同時更需要我們在日常環(huán)境中不可或缺的220伏交流電，逆變器就可以滿足我們的這種需求。 2. 問：按輸出波形劃分，逆變器分為幾類？答：主要分兩類，一類是正弦波逆變器，另一類是方波逆變器。正弦波逆變器輸出的是同我們?nèi)粘Ｊ褂玫碾娋W(wǎng)一樣甚至更好的正弦波交流電，因為它不存在電網(wǎng)中的電磁污染。方波逆變器輸出的則是質(zhì)量較差的方波交流電，其正向最大值到負向最大值幾乎在同時產(chǎn)生，這樣，對負載和逆變器本身造成劇烈的不穩(wěn)定影響。同時，其負載能力差，僅為額定負載的40－60％，不能帶感性負載（詳細解釋見下條）。如所帶的負載過大，方波電流中包含的三次諧波成分將使流入負載中的容性電流增大，嚴重時會損壞負載的電源濾波電容。針對上述缺點，近年來出現(xiàn)了準(zhǔn)正弦波（或稱改良正弦波、修正正弦波、模擬正弦波等等）逆變器，其輸出波形從正向最大值到負向最大值之間有一個時間間隔，使用效果有所改善，但準(zhǔn)正弦波的波形仍然是由折線組成，屬于方波范疇，連續(xù)性不好?？偫▉碚f，正弦波逆變器提供高質(zhì)量的交流電，能夠帶動任何種類的負載，但技術(shù)要求和成本均高。準(zhǔn)正弦波逆變器可以滿足我們大部分的用電需求，效率高，噪音小，售價適中，因而成為市場中的主流產(chǎn)品。方波逆變器的制作采用簡易的多諧振蕩器，其技術(shù)屬于50年代的水平，將逐漸退出市場。 3. 問：何謂“感性負載”？答：通俗地說，即應(yīng)用電磁感應(yīng)原理制作的大功率電器產(chǎn)品，如電動機、壓縮機、繼電器、日光燈等等。這類產(chǎn)品在啟動時需要一個比維持正常運轉(zhuǎn)所需電流大得多（大約在3-7倍）的啟動電流。例如，一臺在正常運轉(zhuǎn)時耗電150瓦左右的電冰箱，其啟動功率可高達1000瓦以上。此外，由于感性負載在接通電源或者斷開電源的一瞬間，會產(chǎn)生反電動勢電壓，這種電壓的峰值遠遠大于逆變器所能承受的電壓值，很容易引起逆變器的瞬時超載，影響逆變器的使用壽命。因此，這類電器對供電波形的要求較高。 4. 問：準(zhǔn)正弦波逆變器可以用于哪些電器？答：準(zhǔn)正弦波也分為若干種，從與方波相差無幾的方形波到比較接近正弦波的圓角梯形波。我們這里僅討論方形波，這也是目前大部分市售高頻逆變器能夠提供的波形。這類準(zhǔn)正弦波逆變器可應(yīng)用于筆記本電腦、電視機、組合式音響、攝像機、數(shù)碼相機、打印機、各種充電器、掌電上腦、游戲機、影碟機、移動DVD、家用治療儀等等，輸出功率較大的逆變器還可以應(yīng)用于小型電熱器具如電吹風(fēng)機、電熱杯、廚房電器等等。但對感性負載類電器如電冰箱、電鉆等則不宜長時間使用準(zhǔn)正弦波逆變器供電。否則，將可能對逆變器和相關(guān)電器產(chǎn)品造成損壞或縮短預(yù)期使用壽命。如果一定要使用感性負載，建議選用儲備功率較大的準(zhǔn)正弦波逆變器，如本網(wǎng)站提供的超大峰值功率逆變器。在這里，著重談一下準(zhǔn)正弦波逆變器應(yīng)用于電視機（傳統(tǒng)顯示器類）的例子。電視機對逆變器有以下三條要求：首先，電視機在開機時，消磁電路對電能有極大的瞬間需求，因此對逆變器的峰值功率要求很高。例如，一臺25吋數(shù)字彩電，正常工作狀態(tài)下的功耗約為80瓦，而開機的瞬間功率高達1450瓦。其次，因為電視機的場頻等于交流電網(wǎng)頻率，逆變器輸出交流電的頻率必須準(zhǔn)確。第三，逆變器不應(yīng)對電視機產(chǎn)生干擾。即使能滿足以上三個條件，電視機在使用準(zhǔn)正弦波交流電時，畫面仍會有幾條固定的干擾紋，色彩也會輕微偏綠（使用老式電視機時，偏色情況比較嚴重），但其它無異。 5. 問：何謂逆變器的效率？答：逆變器在工作時其本身也要消耗一部分電力，因此，它的輸入功率要大于它的輸出功率。逆變器的效率即是逆變器輸入功率與輸出功率之比。如一臺逆變器輸入了100瓦的直流電，輸出了90瓦的交流電，那么，它的效率就是90％。 6. 問：什么是持續(xù)輸出功率？什么是峰值輸出功率？答：一些使用電動機的電器或工具，如電冰箱、洗衣機、電鉆等，在啟動的瞬間需要很大的電流來推動，一旦啟動成功，則僅需較小的電流來維持其正常運轉(zhuǎn)。因此，對逆變器來說，也就有了持續(xù)輸出功率和峰值輸出功率的概念。持續(xù)輸出功率即是額定輸出功率；一般峰值輸出功率為額定輸出功率的2倍。必須強調(diào)，有些電器，如空調(diào)、電冰箱等其啟動電流相當(dāng)于正常工作電流的3-7倍。因此，只有能夠滿足電器啟動峰值功率的逆變器才能正常工作。 7. 問：應(yīng)該怎樣連接逆變器與電源和負載？答：使用150瓦以下的電器可直接將150瓦逆變器插頭插至點煙器插座后使用。超過150瓦的逆變器通過鱷魚夾導(dǎo)線直接接到電瓶上，紅線接電瓶正極，黑線接電瓶負極（不可接反，切記?。┤绻秒姷攸c離電瓶較遠，逆變器的連線原則是：逆變器同電瓶的連線應(yīng)盡可能的短，而220伏交流電的輸出線長些無妨。 8. 問：汽車點煙器插口能夠輸出多大功率的電能？答：從點煙器插口取電，逆變器應(yīng)該能夠驅(qū)動功率為一百余瓦的用電器具。但有客戶反映，接P4筆記本電腦幾分鐘后，逆變器即自動斷電并報警。我們知道，P4筆記本電腦的耗電大約在90瓦左右，是較高的。由于有些車型在從電瓶到點煙器插座這段電路上使用了不符合規(guī)定的導(dǎo)線和點煙器插座，在電流較大時電路中的損耗劇增，使供給逆變器的電壓急劇下降到欠壓保護電路動作的臨界點－－10伏，導(dǎo)致逆變器停止供電。為解決這一問題，并確保今后正常、安全、可靠地使用逆變器，建議用戶將上述電路的導(dǎo)線換為銅芯截面積2.5平方毫米以上的優(yōu)質(zhì)線，并在必要時一并更換點煙器插座。 9. 問：在關(guān)閉汽車發(fā)動機的情況下可以使用車載逆變器嗎？答：可以。在使用350瓦以下小功率電器時，一般的汽車電瓶可在關(guān)閉發(fā)動機的情況下提供30-60分鐘的電力，如果僅使用一臺耗電50－60瓦的筆記本電腦，使用時間則要長得多。我們的準(zhǔn)正弦波逆變器內(nèi)設(shè)有欠壓警示和欠壓保護電路，當(dāng)長時間使用電瓶導(dǎo)致電壓下降至10伏時，欠壓保護電路啟動，輸出電壓被切斷并報警，以防止電瓶因為電壓過低而無法啟動發(fā)動機的事故。因此，用戶可以放心地在發(fā)動機關(guān)閉的狀態(tài)下使用逆變器。 10. 問：如果想較長時間地使用逆變器而不啟動發(fā)動機，怎么辦？答：另備一塊同樣電壓的電瓶，將其正負極分別用足夠粗的導(dǎo)線同原車電瓶的正負極連接起來。這樣，逆變器的獨立使用時間可以大幅度延長。 11. 問：使用逆變器有何危險性？答：在從汽車電瓶到逆變器輸入端這一段導(dǎo)線承載著非常大的電流，如果因為導(dǎo)線的質(zhì)量低劣、導(dǎo)線過細或負載超標(biāo)導(dǎo)致銅絲發(fā)熱甚至最終起火，將釀成很嚴重的事故。因此，在逆變器的使用過程中，必須嚴格按照用戶手冊的規(guī)定進行操作。 12. 問：如何知道電瓶的容量？答：電瓶上印有很多字母和數(shù)字，只要找到XXAH的字樣就可以知道這是一塊多大容量的電瓶。先說AH的含義，A代表安培（amp.），即電流的單位，H代表小時（hour）。兩個字母在一起的意思就是""安培小時""，即在一小時的時間內(nèi)可持續(xù)輸出多少安培的電流。前面的XX通常為兩個數(shù)字，即安培的數(shù)量。舉例來講，45AH代表這塊電瓶可以在一個小時的時間內(nèi)輸出（12伏）45安培的電流。至于這塊電瓶可以輸出的功率，我們用12伏乘以45安培，得出540瓦，這就是該電瓶的輸出功率(理論值)。 13. 問：一般的家用轎車使用什么規(guī)格的電瓶？答：在通常情況下，氣缸容積為1.3升以下的小型車配備了40-45安時的電瓶，1.6-2.0升的中型車配備了50-60安時的電瓶，2.2升以上的中大型車配備了60－80安時的電瓶。越野車、多功能車配備的電瓶一般比同體積發(fā)動機的轎車的電瓶容量要大些。至于電瓶的電壓，一般轎車使用12伏電瓶，使用柴油發(fā)動機的汽車（包括載重車）大部分使用24伏電瓶，少數(shù)仍使用12伏電瓶（如依維柯）。 14. 問：如何為電瓶配備合適的逆變器？答：假如電瓶的規(guī)格是12伏50安時，我們用12伏乘以50安時，得出電瓶的輸出功率為600瓦。如果逆變器的效率為90％，則我們再用90％乘以600瓦，得出540瓦。這就是說，您的這塊電瓶可推動一臺輸出功率最大為540瓦的逆變器。當(dāng)然，您也可以采取“一步到位”式的采購辦法，即先不管目前自己車上用的電瓶的規(guī)格，而買一臺輸出功率為800瓦的逆變器。然后，先在眼下這塊電瓶的允許范圍內(nèi)使用，等將來換了更大的車后再滿功率使用。最后，對逆變器的功率要求不高，比如說有100瓦就夠了，那您完全可以買個小功率逆變器。此外，在確定逆變器的功率時，還有一個重要原則，即在使用逆變器時，不要長期滿載運行，否則會大大縮短逆變器的壽命，同時逆變器的故障率也將顯著上升。我們強烈建議用戶，最好在不超過額定功率85％的狀態(tài)下使用逆變器。 15. 問：使用車載逆變器須要注意些什么？答：首先，要嚴格按照用戶手冊的規(guī)定來使用逆變器；其次，逆變器的輸出電壓是220伏交流電，而這個220伏電是在一個狹小的空間并處于可移動狀態(tài)，因此要格外小心。應(yīng)將其放在較為安全的地方（特別要遠離兒童?。?，以防觸電。在不使用時，最好切斷其輸入電源。第三，不要將逆變器置于太陽直曬或暖風(fēng)機出口附近。逆變器的工作環(huán)境溫度不宜超過攝氏40度。第四，逆變器工作時會發(fā)熱，因此不要在其附近或上面放置物品。第五，逆變器怕水，不要使其淋雨或撒上水。 16. 問：為何使用普通萬用表測量準(zhǔn)正弦波逆變器的交流輸出時，顯示的電壓比220伏低？答：這是正常的，因為測量準(zhǔn)正弦波交流電電壓時應(yīng)該使用具有‘真有效值’檔的萬能表才能得出正確讀數(shù)。 17. 問：如何挑選逆變器產(chǎn)品？答：車載逆變器是一種工作在大電流、高頻率環(huán)境下的電源產(chǎn)品，其潛在故障率相當(dāng)高。因此，消費者在購買時一定要慎重。首先，從逆變器輸出波形上選，最好不要低于準(zhǔn)正弦波；其次，逆變器要有完備的電路保護功能；第三，廠家要有良好的售后服務(wù)承諾；第四，電路和產(chǎn)品經(jīng)過一段時間的考驗。逆變器，必須是一種逆變裝置組成的東西才能那么叫，他和變壓器有直接區(qū)別，也就是說，他可以實現(xiàn)直流輸入，然后輸出交流，工作原理和開關(guān)電源一樣，但震蕩頻率在一定范圍內(nèi)，比如如果這個頻率為50HZ，輸出則為交流50HZ。逆變器是可以改變其頻率的設(shè)備。變壓器一般是指特定頻率段的設(shè)備，比如工頻變壓器，就是我們一般見到的那些變壓器，他們輸入和輸出都必須在一定范圍內(nèi)，比如40-60HZ范圍內(nèi)才可以工作。二極管在逆變器中的應(yīng)用高效率和節(jié)能是家電應(yīng)用中首要的問題。三相無刷直流電機因其效率高和尺寸小的優(yōu)勢而被廣泛應(yīng)用在家電設(shè)備中以及很多其他應(yīng)用中。此外，由于采用了電子換向器代替機械換向裝置，三相無刷直流電機被認為可靠性更高。標(biāo)準(zhǔn)的三相功率級(power stage)被用來驅(qū)動一個三相無刷直流電機，如圖1所示。功率級產(chǎn)生一個電場，為了使電機很好地工作，這個電場必須保持與轉(zhuǎn)子磁場之間的角度接近90°。六步序列控制產(chǎn)生6個定子磁場向量，這些向量必須在一個指定的轉(zhuǎn)子位置下改變?；魻栃?yīng)傳感器掃描轉(zhuǎn)子的位置。為了向轉(zhuǎn)子提供6個步進電流，功率級利用6個可以按不同的特定序列切換的功率MOSFET。下面解釋一個常用的切換模式，可提供6個步進電流。 MOSFET Q1、Q3和Q5高頻(HF)切換，Q2、Q4和Q6低頻(LF)切換。當(dāng)一個低頻MOSFET處于開狀態(tài)，而且一個高頻MOSFET 處于切換狀態(tài)時，就會產(chǎn)生一個功率級。步驟1) 功率級同時給兩個相位供電，而對第三個相位未供電。假設(shè)供電相位為L1、L2，L3未供電。在這種情況下，MOSFET Q1和Q2處于導(dǎo)通狀態(tài)，電流流經(jīng)Q1、L1、L2和Q4。步驟2）MOSFET Q1關(guān)斷。因為電感不能突然中斷電流，它會產(chǎn)生額外電壓，直到體二極管D2被直接偏置，并允許續(xù)流電流流過。續(xù)流電流的路徑為D2、L1、L2和Q4。步驟3）Q1打開，體二極管D2突然反偏置。Q1上總的電流為供電電流(如步驟1)與二極管D2上的恢復(fù)電流之和。顯示出其中的體-漏二極管。在步驟2，電流流入到體-漏二極管D2(見圖1)，該二極管被正向偏置，少數(shù)載流子注入到二極管的區(qū)和P區(qū)。當(dāng)MOSFET Q1導(dǎo)通時，二極管D2被反向偏置， N區(qū)的少數(shù)載流子進入P+體區(qū)，反之亦然。這種快速轉(zhuǎn)移導(dǎo)致大量的電流流經(jīng)二極管，從N-epi到P+區(qū)，即從漏極到源極。電感L1對于流經(jīng)Q2和Q1的尖峰電流表現(xiàn)出高阻抗。Q1表現(xiàn)出額外的電流尖峰，增加了在導(dǎo)通期間的開關(guān)損耗。圖4a描述了MOSFET的導(dǎo)通過程。為改善在這些特殊應(yīng)用中體二極管的性能，研發(fā)人員開發(fā)出具有快速體二極管恢復(fù)特性MOSFET。當(dāng)二極管導(dǎo)通后被反向偏置，反向恢復(fù)峰值電流Irrm較小。我們對比測試了標(biāo)準(zhǔn)的MOSFET和快恢復(fù)MOSFET。ST推出的STD5NK52ZD(SuperFREDmesh系列)放在Q2(LF)中，如圖4b所示。在Q1 MOSFET(HF)的導(dǎo)通工作期間，開關(guān)損耗降低了65%。采用STD5NK52ZD時效率和熱性能獲得很大提升(在不采用散熱器的自由流動空氣環(huán)境下，殼溫從60°C降低到50°C)。在這種拓撲中，MOSFET內(nèi)部的體二極管用作續(xù)流二極管，采用具有快速體二極管恢復(fù)特性MOSFET更為合適。 SuperFREDmesh技術(shù)彌補了現(xiàn)有的FDmesh技術(shù)，具有降低導(dǎo)通電阻，齊納柵保護以及非常高的dv/dt性能，并采用了快速體-漏恢復(fù)二極管。N溝道520V、1.22歐姆、4.4A STD5NK52ZD可提供多種封裝，包括TO-220、DPAK、I2PAK和IPAK封裝。該器件為工程師設(shè)計開關(guān)應(yīng)用提供了更大的靈活性。其他優(yōu)勢包括非常高的dv/dt，經(jīng)過100%雪崩測試，具有非常低的本征電容、良好的可重復(fù)制造性，以及改良的ESD性能。此外，與其他可選模塊解決方案相比，使用分立解決方案還能在PCB上靈活定位器件，從而實現(xiàn)空間的優(yōu)化，并獲得有效的熱管理，因而這是一種具有成本效益的解決方案。: 回答者：網(wǎng)友

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