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交流电器在逆变器供电时,还靠谱吗?


在“2030碳达峰、2060碳中和”大背景下,传统电网正在发生重大的变革——从传统的火电、水电、核电等大型电站集中发电,逐渐向风电、光伏等绿色能源转变;光伏屋顶、储能系统、电动汽车等分布式能源也是风生水起。这样,交流供电方式呈现出了多元化,越来越多逆变电源为传统的交流电器供电。


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传统的交流的来自火电、水电、核电等发电设备,其工作原理是通过外来动力驱动转子的转动,不断的切割磁场形成交替的电压,呈现非常理想的正弦波,再通过电网送入千家万户。


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然而,太阳能电池,储能电池、甚至燃料电池输出的是直流电压,必须通过逆变装置才能并入电网或者给大部分家电等电器使用。


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逆变电路广泛应用于交流电机调速变频器、UPS不间断电源、光伏系统、电池储能装置等场合,把直流电变成交流电。下图为桥式逆变电路,通过控制开关状态调整输出电压Uo——当T1、T4打开而T2、T3关合时,u0=Vd;相反,当T1、T4关合而T2、T3打开时,u0=-Vd,当桥臂的开关以频率 f轮番通断时,输出电压Vo即可获得交变的方波(sinwt+1/3 sin3wt+1/5 sin5wt+...),再通过整流电路和滤波电路获得正弦波(基波)。


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与传统发电系统较为理想的正弦波不同,逆变电源输出的电压波形往往都会叠加不同程度的谐波成分,如下图为叠加3至39次谐波后的输出波形。


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以下为更多叠加谐波次数、幅值、相位等的波形,具体输出波形取决于逆变电源的性能。


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这种逆变器的交流供电方式,带来的负面问题,是有可能造成传统交流电器的工作异常,甚至损坏!为了解决这个问题,我们需要对交流电器在各种逆变器供电的场景下,对其可靠性和冗余度进行验证。其有效的手段,就是利用高性能的程控交流电源,来模拟逆变器的各种输出场景,为被测的交流电器进行供电。

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