康尼实验设备实验指导书.doc
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1、离网逆变器介绍1. 设备功能简述2. 基本外形3. 组成4. 操控编号及功能对照表5. 仪表编号及功能对照表 离网逆变器实验 实验逆变原理实验一、实验目的:了解逆变原理和逆变电路的结构;了解SPWM控制思想;二、 实验设备:序号型 号备 注1离网逆变器负载单元 设备已经具备2监控单元 主要应用负载设备3能量转化控制存储单元 主要应用蓄电池设备及蓄电池配电部分。5双踪示波器三、 实验原理:逆变器是把直流电转换成一定的稳定频率和稳定电压的交流电的电源装置,逆变器分为两类:有源逆变器和无源逆变器。有源逆变器是将直流电逆变成为与电网同频同压的交流电并送入电网。无源逆变器是将直流电逆变成要求的交流电直接
2、供负载使用,而不并入电网。本实验教学平台独立逆变器部分就是无源逆变器,直流输入为24V,交流输出为220V50HZ。逆变主电路的拓扑结构主要有推挽式逆变主电路、半桥式逆变主电路、全桥式逆变主电路等。全桥式逆变主电路因为其承载功率大,输出电能质量好等优点,被广泛应用于逆变器、变频器等。本实验科研平台的独立逆变器就是采用全桥逆变主电路,采用SPWM控制思想。(a)全桥电路拓扑结构图如图所示,Ud为直流输入电压,电容C为输入滤波储能用电解电容,电阻R和电感L为全桥电路的输出负载,T1T4是全控性电力电子器件,如IGBT、MOSFET等,VD1VD4为续流二极管。全控型开关器件T1和T4构成一对桥臂,
3、T2和T3构成另一对桥臂。T1和T4同时通、断;T2和T3同时通、断。T1(T)4与T2(T3)的驱动信号互补,即T1和T4有驱动信号时,T2和T3无驱动信号,反之亦然,两对桥臂各交替导通180,则可以输出正负半周期对称的方波交流电。下图(b)为输出电压波形,(C)(d)(e)为带有不同性质负载时的电流波形,(f)为RL负载时直流输入电流波形。正弦波脉宽调制(SPWM)技术是根据脉宽等效原理,在逆变器输出交流电能的一个周期内,将直流电能斩成幅值相等而宽度根据正弦规律变化的脉冲序列,该脉冲序列的宽度是随正弦波幅值变化的离散脉冲,经过滤波后得到正弦波交流电能。如下图所示。一般采用三角波与正弦波调制
4、的方式产生SPWM波,正弦波作为调制波,三角波作为载波,两种波形通过比较得出波形!如下如所示为单极性调制模式示意图。以下为双极性调制模式示意图:本教学科研平台的独立逆变器部分的主电路结构图如下:逆变全桥主电路输出的含有大量高频成分的SPWM波经变压器升压、低通滤波器滤波后,输出220V50HZ的纯正弦波。 本系统由直流采集单元等共10个模块组成,分别是编号模块名称型号作用1直流电压采集单元KNWS-DV-01提供蓄电池电压AD采样(分压限流隔离运放稳压)2交流电压采集单元KNWS-AV-02提供逆变器逆变电压AD采样(分压限流隔离运放稳压)3交流电流采集单元KNWS-AI-04提供逆变器逆变电
5、流采样4IGBT驱动单元KNWS-IGBT-08提供逆变时对于MOS管开关的控制5IGBT驱动单元KNWS-IGBT-08提供逆变时对于MOS管开关的控制6继电器驱动单元KNWS-RELAY-10提供直流放电主电路中继电器的控制7串口通讯单元KNWS-COM-12提供RS485通讯单元8LCD2人机对话单元KNWS-DIA-16提供键盘和LCD人机对话接口9控制器专用CPUKNWS-CPU-17以DSP为核心,提供控制电路10单相逆变器主电路KNWS-SOG-26 图一 上面图片所示为独立逆变器模块,面板实图如图所示,左上侧包含一个交流电压表和一个交流电流表;右上侧为显示按键单元,其中上部按键
6、为逆变开启按键,下部按键为显示阅读按键;左下侧为操作接线部分,包括蓄电池端子、蓄电池输入端子、变压器前级端子(全桥逆变电路输出端子)和正弦波电压输出端子;右下侧为交流电压输出(正弦波电压输出)插座。四、 实验步骤:1. 启动后备电源1,观察仪表是否正常观察仪表显示是否正常在系统面板上,保持一下开关状态,及严格按照操作顺序序号断路器分合状态启动顺序步骤关闭顺序步骤1逆变输入32负载投入43后备电源14后备电源22.启动后备电源2,观察以下单元是否工作在系统面板上,保持一下开关状态,及严格按照操作顺序序号断路器分合状态启动顺序步骤关闭顺序步骤1逆变输入32负载投入43后备电源14后备电源23 负载
7、完全断开的情况下,投入逆变器输入3微型断路器,观察逆变输出电能表是否显示有逆变,否则检查线路及接线。观察仪表,并记录以下数值; 记录数据序号参量名称参数值备注1蓄电池电压2逆变未启动静态电流3逆变启动后空载电流4逆变输出电压3、 使用示波器分别测量隔离升压变压器的初级测量点和逆变器输出测量点的电压波形,并做记录;4、带有小于200VA的负载的插座接到交流输出插座上,然后开启负载,记录此时各参数值,填入下表:序号参量名称参数值备注1蓄电池输入电压()2逆变电源输出电压()3逆变电源输出电流456789五、注意事项1、接线时,确保蓄电池输入空开处于断开状态,而且交流输出插座无负载接入逆变电源;2、
8、操作测量时, 要注意万用表的量程选择和人身安全;实验逆变过载保护实验(本次大赛不使用)一、实验目的:了解逆变器过载保护的目的和实现原理;二、实验设备:序号型 号备 注1独立逆变器组件该组件位于实验科研平台的第3层。2蓄电池组实验科研平台已配好蓄电池组件。3连接线若干实验科研平台已配好。4万用表自备5双踪示波器自备6可调整负载总功率大于200KVA,自备三、实验原理:逆变器输出功率取决于连接在它后面的负载的功率大小。在实际使用过程中,可能负载的功率小于逆变器额定输出功率,可能等于其额定功率,也可能大于其额定功率。一般负载功率大于等于120%的额定输出功率的话,认为逆变器工作在过载状态。当逆变器输
9、出发生过载时,由于系统输出电压稳定,所以输出电流必然与输出功率正比增加。输出电流增大的同时热量增加,容易引起模块因过电流和过热而损坏;输出短路会使逆变器出现致命性损坏,由于输出短路可能导致开关模块烧毁,甚至引起火灾等严重事故。发生过载一段时间后,要关断SPWM驱动波形的输出,同时断开直流母线继电器;对于短路保护要求时间短、响应快,一般通过硬件实现或通过中断实现。为了快速采集到电流的变化,应该直接测量模块的电流情况,但为了在保证对电流的响应速度的前提下,兼顾功率测量的考虑,把传感器放在升压隔离变压器的初级,即测量逆变全桥主电路的输出电流。如下图示。一般要求逆变器有一定的过载能力,即要求逆变器在1
10、20%或150%过载的情况下,能继续输出交流电若干分钟。所以对于过载保护,一般可以根据变压器初级交流电路,得到现在的过载状况,再通过软件计时满足过载能力并完成过载保护。 对于短路的保护一般要求逆变器的微电脑控制芯片在最短时间内做出保护动作(一般要求在2毫妙时间以内),以实现对人身、逆变器的安全保护。所以,一般包括切断SPWM波形驱动放大电路和切断微电脑SPWM波形输出两种途径。前一种取决于驱动电路和驱动芯片的型号和功能,后一种一般采用外中断或专门的PWM故障中断等方式实现。四、实验步骤:1、在蓄电池空开处于断开的状态下,连接逆变电源面板上的蓄电池和蓄电池输入端子;2、闭合蓄电池输入空开,然后按
11、一下显示按键区域内的上部开机按键,开启逆变;观察交流输出电压表,当输出电压达到220V时,才可以向下进行操作;3、当交流输出电压达到稳定后,把负载接入到交流输出插座上;测量蓄电池电压,如果蓄电池电压在50V以上,调整负载达到200VA;开始计时,并观察现象;4、过载时间到达保护动作时间时,去掉负载,尝试开启逆变;此时因保护不能再次开启逆变,必须要断开蓄电池输入空开,然后再按开机顺序进行开机。五、注意事项1.确保接线线径足够,能够承受200VA的负载!2.要在逆变输出电压稳定后再加入负载。3.如果蓄电池电压比较低,可能负载功率未达到200VA,就出现过载现象,属于正常现象。实验逆变器欠过压等保护
12、实验一、实验目的:了解逆变器欠压过压保护的目的和实现方法;二、实验设备:序号型 号备 注1独立逆变器组件该组件位于实验科研平台的第3层。2蓄电池组实验科研平台已配好蓄电池组件。3连接线若干实验科研平台已配好。4万用表自备5双踪示波器自备6 可调负载自备三、实验原理:逆变器一般要进行的保护有直流防反接保护、直流电压过压和欠压保护等。直流电防反接保护是为了防止直流电接反后,电流从全桥电路的续流二极管导通,对于直流输入侧和全桥主电路开关模块都会造成损害,对于直流侧会出现短路,而开关模块则会出现过电流、过热损坏!对于小功率逆变器可以采用在直流母线串联防反二极管的方法。但是在大功率逆变器中,增加防反二极
13、管会增加逆变器的功率损耗,同时增加系统的散热量等问题。所以,大功率电路中一般在直流母线串联有继电器或断路器,有控制电路进行控制,在控制电路中增加防反功能,当直流电极性反接时,断开继电器或断路器,从而实现主电路的直流防反接保护。因为输出交流电压为稳定值,所以直流侧欠压时,开关模块开通时间延长,电流过大,由此会带来增大功率损耗、增大器件损耗、增加系统散热等问题。直流侧电压出现异常时处于对蓄电池和逆变器的安全考虑, 要关闭直流电输入,同时关闭开关模块。直流侧出现欠压或过压时,延时确认欠压过压情况,一般会关断SPWM1SPWM4的输出,驱动信号为负电平(通常为-5V),确保全桥四只开关模块全部关闭。同
14、时,直流继电器的驱动线包电路断开,线包掉电失磁,主电路触电断开。当电压恢复到正常范围后,再接通直流母线继电器,并恢复驱动波形的输出。为防止出现震荡,在关断电压点和开通电压点之间存在电压差。下图为国标蓄电池欠过压点及其恢复点分布图。图一 :12V蓄电池参数示意图图二:24V蓄电池参数示意图正常段内,SPWM波形发生器输出SPWM波形,直流母线继电器K处于导通状态;欠压和过压两段区域内,SPWM波形发生器关闭,同时直流母线继电器K断开;在过压回差段和欠压回差段中,SPWM波形发生器和直流母线继电器保持器原来的工作状态不变。如下图示为直流母线继电器驱动电压Uk与单节蓄电池电压Ub的关系:四、 实验步
15、骤:以下是参数设置介绍及参数设置范围:(1)参数设定界面 b.蓄电池参数蓄电池参数可以调节范围:序号项目调节上限调节下限默认值备注说明1二次下电值22.819.6230本次大赛暂时没有使用2一次下电值22.818.0216蓄电池过放保护电压3过放恢复值25.222.6246蓄电池过放恢复电压4过压保护值35.031.0330蓄电池过压保护值5过压恢复值32.029.0300蓄电池过压恢复值6过充保护值31.027.028.8本设备暂时没有使用7过充恢复值28.024.027.0本次大赛暂时没有使用8浮充电压值28.825.026.8本设备暂时没有使用9均充电压值28.026.028.1本次大赛
16、暂时没有使用10温度补偿系数5.01.02.5本次大赛暂时没有使用按或选择要设置的参数项,按ENTER键进入设置界面。此时与参数项选择界面一样,但是按或就可以改变正在修改的参数的值,修改完成后,按ENTER进行保存;如果放弃本次修改则按ESC键,取消修改的值,并返回到上一层界面。C.逆变器参数蓄电池参数可以调节范围:序号项目调节上限调节下限默认值备注说明1逆变输出电压-220.0本次大赛暂时没有使能2逆变输出频率-50.0本次大赛暂时没有使能3比例常数1.022.61.04积分常数1.031.01.05微分常数1.029.01.06基波周期-4.0本次大赛暂时没有使能7开关频率-18.0本次大
17、赛暂时没有使能8死区时间0.225.00.2需要重新启动后才可以使能1.启动逆变器,调节R11电位器,模拟蓄电池不同状态,观测逆变输出状态。1、 欠压保护,当蓄电池电压达到一次下电值后时,逆变电源将停止工作,关闭SPWM输出自动,当达到过放恢复点时,SPWM波输出,接通直流母线继电器K,开启逆变;此时可以观察到交流输出电压回升到220V;2 过压保护,由于蓄电池充电电压一般不会达到33V,所以只能参照欠压的步骤进行操作理解。3 根据操作菜单说明,更改蓄电池设置参数,重新以上实验。五、注意事项1.本实验耗时较长,过压保护部分因控制器充电保护功能,蓄电池作为直流输入不能实现;推荐使用可调直流电源进
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