微電網逆變器的結構-tft每日頭條

微電網逆變器的結構

科技更新时间:2024-08-07 21:21:40

　　高頻逆變器在無線電能傳輸（Wireless Power Transfer, WPT）、感應加熱領域中有着廣泛的應用，可将穩定直流源逆變成高頻交流方波源，為後級電路提供穩定可控的激勵。高頻逆變器的工作效率、輸出頻率和處理功率等參數對整個系統運行性能有着至關重要的影響。

　　微電網逆變器的結構（武漢大學科研團隊研發出用于無線供電系統的三倍頻逆變器）(1)

　　尤其在諧振式無線電能傳輸系統中，線圈的最優工作諧振頻率與傳輸距離的三次方成正比，在電場耦合式水下無線電能傳輸系統中，增大工作頻率可減小耦合機構的損耗，同時工作頻率高頻化有利于傳輸線圈和補償元件的小型化與輕量化。

　　無線電能傳輸系統中常用的全橋逆變器、半橋逆變器、E類功率放大器以及其他驅動方案的性能對比見表1。

　　微電網逆變器的結構（武漢大學科研團隊研發出用于無線供電系統的三倍頻逆變器）(2)

　　表1 不同方案高頻逆變器性能對比

　　受開關器件工作頻率的限制，傳統高頻方波逆變器輸出電壓的頻率難以提高。為滿足無線電能傳輸系統運行頻率高頻化的要求，武漢大學電氣與自動化學院的趙建松、王軍華、蔡昌松、牟建學、羅陽，在2022年第21期《電工技術學報》上撰文，基于傳統移相全橋逆變器，提出一種輸出方波頻率為開關器件工作頻率3倍的逆變器及其驅動策略，并分析了逆變器在無線電能傳輸系統等效模型下的工作模态。

　　微電網逆變器的結構（武漢大學科研團隊研發出用于無線供電系統的三倍頻逆變器）(3)

　　圖1 采用三倍頻逆變器的實驗平台

　　該三倍頻逆變器基于傳統移相全橋逆變器，利用全橋輸出脈沖寬度不大于60°的逆變方波，以固定120°的相位差分時交替輸出，在時域上疊加複合為三倍頻逆變方波。其輸出交流方波的頻率提升為開關管工作頻率的3倍，開關管的電流應力降低為原來的三分之一，單個開關管的導通損耗和開關損耗均有效降低，具有更高的輸出頻率和功率，可輕松實現軟開關，并可利用簡單成熟的移相控制方案或變頻控制方案對輸出功率進行調節，與表1中所提各個驅動方案相比具有一定的優勢。

　　研究人員最後制作了三倍頻逆變器樣機，驗證了理論分析的正确性及有效性；并搭建了無線電能傳輸實驗平台，實現了開關管工作頻率100kHz，輸出逆變頻率300kHz，各開關管均實現ZVS軟開關，在20Ω的電阻負載下，整個無線電能傳輸系統傳輸效率最高為84.1%，輸出功率達126W，同時驗證了該逆變器抗負載擾動能力以及移相控制能力。

　　本文編自2022年第21期《電工技術學報》，論文标題為“基于分時複合的無線供電三倍頻逆變器”。本課題得到國家重點研發計劃和中國博士後科學基金的支持。

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