[發(fā)明專利]一種用于船舶區(qū)域配電的DC-AC逆變裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911117760.X
• 申請日: 2019-11-15
• 公開（公告）號: CN110868095B
• 公開（公告）日: 2021-08-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉博;胡鍇;丁若星;彭凌;王偉
• 申請（專利權(quán)）人: 中國艦船研究設(shè)計(jì)中心
• 主分類號: H02M7/537
• 分類號: H02M7/537;H02J9/06;H02J13/00;H02H7/12
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 胡建平

1.一種用于船舶區(qū)域配電的DC-AC逆變裝置，其特征在于：包括依次串聯(lián)的雙電源輸入選擇單元、充電限流單元、直流輸入濾波網(wǎng)絡(luò)、功率逆變器、正弦波濾波器和三相隔離變壓器，設(shè)置在逆變裝置的電源傳輸回路中的傳感器，以及通過信號輸出端分別與充電限流單元和功率逆變器的信號輸入端連接、通過信號輸入端與傳感器的信號輸出端連接的核心控制單元；

雙電源輸入選擇單元的電源輸入端連接雙路直流輸入電源，用于根據(jù)電能從高電位點(diǎn)向低電位點(diǎn)傳輸?shù)奶匦赃x擇其中一路電壓高的直流輸入電源進(jìn)行供電輸出；

充電限流單元用于在設(shè)備啟動過程中防止大電流沖擊；

直流輸入濾波網(wǎng)絡(luò)用于抑制直流輸入電源的高次諧波；

功率逆變器用于通過不同開關(guān)模式的三相逆變器技術(shù)將直流輸入電源轉(zhuǎn)換為交流信號輸出；

正弦波濾波器用于將功率逆變器輸出的交流信號濾波為平滑的正弦波信號；

三相隔離變壓器用于將正弦波濾波器輸出的正弦波信號隔離降壓變換為三相交流電并輸出；

三相隔離變壓器采用Δ/Y接法用于抑制功率逆變器產(chǎn)生的三次諧波；設(shè)三相隔離變壓器的輸入側(cè)相電壓有效值為U_I，三相隔離變壓器的輸出側(cè)相電壓有效值為U_O，則三相隔離變壓器的變壓匝比K為：

設(shè)三相隔離變壓器的磁芯的直徑為D，則磁芯的凈截面積S為：

S＝(D/2)²π；

設(shè)磁芯的磁通密度為T，則磁芯的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度B_S為：

B_S＝1.7T；

設(shè)磁芯的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B₀，則B₀滿足：

B₀＜0.6B_S；

設(shè)功率逆變器輸出交流電的基波頻率為f₀，則三相隔離變壓器的原邊繞組匝數(shù)N₁為：

三相隔離變壓器的副邊繞組匝數(shù)N₂為：

傳感器用于測量電路參數(shù)并發(fā)送至核心控制單元；

核心控制單元用于實(shí)現(xiàn)空間矢量脈寬調(diào)制和電壓、電流雙閉環(huán)控制功能，并上傳裝置的運(yùn)行工況信息進(jìn)行遠(yuǎn)程管理；

功率逆變器包括IGBT智能功率模塊，IGBT智能功率模塊作為功率開關(guān)元件用于構(gòu)成逆變橋；設(shè)IGBT智能功率模塊的輸入電壓最大值為U_AC，電壓有效值為1.414U_AC，選取經(jīng)驗(yàn)計(jì)算系數(shù)為1.09，則IGBT智能功率模塊承受的重復(fù)穩(wěn)態(tài)最大電壓U_r為：

U_r＝U_AC×1.414×1.09；

設(shè)過電壓系數(shù)為K_過，在IGBT智能功率模塊關(guān)斷時(shí)，由流過電感的電流變化L·di/dt引起的尖峰電壓為θ，冗余系數(shù)為α，則IGBT智能功率模塊關(guān)斷時(shí)的峰值電壓U_m為：

U_m＝(U_rK_過+θ)α；

則選取IGBT智能功率模塊的額定電壓U_n＞U_m用于保證使用安全；

設(shè)三相隔離變壓器的二次側(cè)電流為I₂，三相隔離變壓器的二次側(cè)功率為P₂，計(jì)算系數(shù)為η，三相隔離變壓器的二次側(cè)電壓為U₂，則三相隔離變壓器的一次側(cè)電流I₁為：

I₁＝I₂×N₂/N₁＝(P₂/η/U₂)×(N₂/N₁)；

設(shè)每只IGBT智能功率模塊的電流I′為三相隔離變壓器的一次側(cè)電流I₁的半個(gè)周波的電流值，即：

則按下式選取IGBT智能功率模塊的額定電流I_n用于提高裝置的冗余和短路過載能力：

I_n＝10I′；

正弦波濾波器包括按一定順序組合的電容和電感；設(shè)負(fù)載電壓為U_L，負(fù)載功率為P_L，則額定負(fù)載電阻R_L為

特性阻抗ρ為：

ρ＝0.6R_L；

設(shè)功率逆變器輸出的其它各次諧波的頻率f_n為基波頻率f₀的從3倍開始的奇數(shù)倍，n為自然數(shù)，其中f₁＝3f₀；設(shè)截止頻率為fc，則

f₀＜fc＜f₁，

設(shè)正弦波濾波器的電感為L₁，正弦波濾波器的電容為C_f，則

L₁＝ρ/(2πf_c)；

C_f＝3L₁/ρ²＝3/2πf_Cρ。