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原创 7th原创赛

24V1000W光伏离网逆变器/正弦波逆变电源的设计

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清风慕竹
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LV6
高级工程师
  • 2017-8-3 16:46:35
本次设计的逆变器为光伏离网逆变器/正弦波逆变器电源-通信电源

          QQ截图20170803164504.png                                   QQ截图20170803164344.png                                                                                        光伏离网逆变器                                                                                         正弦波逆变器电源-通信电源


正弦波逆变器电源-通信电源   
        逆变电源(也叫逆变器)采用SPWM和CPU控制技术, 可以把24V直流电源转换为AC220V/50Hz稳压、稳频、噪声小纯净正弦波交流电源。

   高频逆变电源以其体积小,重量轻,效率高,操作简单,无污染等优点;而工频逆变电源在相对恶劣的环境下都能使用,具有稳定性强,可靠性高,保护功能全等优点,同时还有很强的非线性负载驱动能力。

   高频逆变与工频逆变都可以专为通信行业设计,输入直流电压为24V,输出为交流220V/50Hz纯正弦波交流电源,主要应用于通信机房、程控交换机、计算机机房、网络机房及照明等场所。

光伏离网逆变器        
      
       离网型光伏发电系统是一种由光伏组件通过控制设备给蓄电池蓄能从而向负载定时提供交直流电能的光伏发电系统,包括电站型和户用型两种发电系统。主要由光伏组件、控制器、逆变器、蓄电池组等设备组成.

       光伏控制器对所发的电能进行调节和控制,一方面把调整后的能量送往直流负载或交流负载,另一方面把多余的能量送往蓄电池组储存,当所发的电不能满足负载需要时,控制器又把蓄电池的电能送往负载。蓄电池充满电后,控制器要控制蓄电池不被过充。当蓄电池所储存的电能放完时,控制器要控制蓄电池不被过放电,保护蓄电池。控制器的性能不好时,对蓄电池的使用寿命影响很大,并最终影响系统的可靠性。蓄电池组的任务是贮能,以便在夜间或阴雨天保证负载用电。

        逆变器负责把直流电转换为交流电,供交流负荷使用。逆变器是光伏发电系统的核心部件。由于使用地区相对落后、偏僻,维护困难,为了提高光伏发电系统的整体性能,保证电站的长期稳定运行,对逆变器的可靠性提出了很高的要求。另外由于新能源发电成本较高,逆变器的高效运行也显得非常重要。

24V1000W光伏离网逆变器/正弦波逆变电源的参数如下:

直流输入      额定电压(VDC) 24                            直流电压范围(VDC) 21~30            额定电流(A) 42
旁路输入      旁路输入电压(VAC)  220±15%         旁路输入电流(A) 4.6                      旁路转换时间(可选)≤4(ms)
交流输出      额定容量(KVA)  1                              额定输出功率r(KW)0.32                额定输出电流(A)4.6                                                                                                  额定输出电压及频率 220±3%VAC,50±0.05Hz                                            波形失真率(THD)≤4%  (线性负载)   
                    动态响应  5%,20ms  (负载 0←→100%)                                                     功率因数 0.8   
                    过载能力(150%) 10秒                    逆变效率 90%                                     输出电流峰值系数 3:1
保护类型      直流输入欠压、直流输入过压、输入反接、输出过载、输出短路
工作环境      使用环境温度  -20℃~+50℃
湿度              0~90%,不结露


优点:
◆ 采用IR公司高效的MOSFET——IRFP4110PBF
◆ 采用Microchip公司生产的高性能DSP——dsPIC30F3011
◆ 优化的PID控制算法提高了系统输出的动态响应,改善了电能输出质量,THD ≤4%
◆ 逆变输出切换时间0~4ms
◆ 液晶显示多级菜单,显示内容有:实时参数、状态量等,本机按键操作简单
◆ 可设置旁路优先或逆变优先
◆ 通讯接口:RS-232/485,支持MODBUS协议
◆ 本机实时钟和数据记录,可对所有检测数据,故障状态进行记录
◆ 可查询历史记录



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liaozhaocheng
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  • 2017-8-3 19:45:32
 
期待更新,MARK学习
gxg1122
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  • 2017-8-4 10:32:36
 
期待逆变高手的大作。
hellbaron2008
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LV8
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  • 2017-8-4 11:30:33
 
“功率因数 0.8”            逆变器还有功率因数么。输入是交流的时候才有功率因数吧。
清风慕竹
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高级工程师
  • 2017-8-5 15:19:20
 
你说的是开关电源的输入吧,开关电源的输入一般会加上PFC,功率因数校正,光伏逆变器的输出也有功率因数的要求啊,以下参考:
功率因素
  功率因素是光伏逆变器技术参数中不得不提的点,在在交流电路中,电压与电流之间的相位差(Φ)的余弦叫做功率因数,用符号cosΦ表示,在数值上,功率因数是有功功率和视在功率的比值,即cosΦ=P/S,一般说来如白炽灯泡、电阻炉等电阻负荷的功率因数为1,一般具有电感性负载的电路功率因数都小于1。当设备的功率因素小于0.9时,将会被罚款。公司逆变器的功率因素输出为1,并可在0.8超前-0.8滞后之间进行调节。
  功率因素是工商业分布式光伏项目特别要关注的问题,它需要从系统的角度考虑,不仅要考虑负载的类型和大小,还需要考虑无功补偿装置的性能,测试点和控制方法,建议可以观察整个光伏系统的运转,确保系统有功功率正常。

gxg1122
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LV8
副总工程师
  • 2017-8-7 14:12:27
 
功率因数的定义是平均功率与视在功率的比值也等于cos a /(1+ THD^2)^0.5, a 为基波电流与电压间的相位差。
gxg1122
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LV8
副总工程师
  • 2017-8-7 14:13:23
 
功率因数和消耗功率什么关系?前者小的话是消耗大吗?
清风慕竹
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高级工程师
  • 2017-8-8 13:29:26
 
功率因数和消耗功率什么关系?前者小的话是消耗大吗?这个问题要回答起来好长的,请看下文,摘自网络——


       早在2010年国家就颁布了新的功率因素调整电费的方法,以功率因素为0.9为例,每超过0.01,将减收电费0.15%;每低过0.01,将加收电费0.5%。看到这里大家也不用担心自己家的电费被多扣,因为这条法令基本是针对用电超过100KW的农业用户和工业用户的,对普通老百姓并无什么影响。


      电力公司对工业用户的电费计算方法:总电费=有功电度电费+基本电费+功率因数调整电费


      功率因素等于有功功率和视在功率的比值,它反映了电力设备的利用率,这样讲可能太模糊,我给大家举个例子,大家看这幅图,从这幅图中我们不难理解出功率因素相当于啤酒在玻璃杯中的实际比例,同样的道理,功率因数也就是用功功率占视在功率的比值。

QQ截图20170808094119.png QQ截图20170808094132.png
   
       也就是说功率因素是和有功功率与无功功率息息相关的,有功功率大家比较好理解就是做的有用功,那无功功率怎么理解呢?大家再看这幅图,小车在前进的过程中,只有推力做功,支撑力不做功,但是没有支撑力,小车无法前进,推力不能实现做功。这样就不难理解了,无功功率是在某些场合维持用功功率的重要条件。


     在实际的生活应用中呢,只要存在感性负载或者容性负载,都会产生无功功率,电网中的电力负荷如电动机、变压器、日光灯及电弧炉等,大多属于电感性负荷,这些电感性的设备在运行过程中不仅需要向电力系统吸收有功功率,还同时吸收无功功率。另外任何能够存储和释放能量的变换器也可以产生无功功率。无功功率太大就会导致功率因素过低,从而遭到罚款。


        一般传统大型的光伏电站或风电场都会配有SVG,无功补偿装置。但是网上消息称阳光电源逆变器可以实现光伏电站无功电压控制,让光伏电站原本配置的SVG设备停止运行,所有无功指令要求全部由具备SVG功能的光伏逆变器来实现。
sunlingsunhaiqi
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LV7
实习版主
  • 2017-8-10 13:40:38
 
电感是无功功率的发出者,电容是无功功率的吸收者,你要搞清楚。
peng2016
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助理工程师
  • 2017-8-16 23:30:26
 
这句话怎么理解?
清风慕竹
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高级工程师
  • 2017-8-18 08:44:47
 
因为在电路原理里面有讲到,电感上电流滞后电压90°,电容上,电压滞后电流90°。在电感上加电压时,由于电感阻止电流的变化,所以建立起电流有一个过程,电流滞后电压;在电容器上加电压时,有一个很大的充电电流,而电容器的特点是两端电压不能突变,要慢慢充电后才能建立起电压,故电压滞后电流。


以光伏并网逆变器来举例:它要实现逆变器的功率因素输出为1,并可在0.8超前-0.8滞后之间进行调节,就是调节它的并网电流,控制并网逆变器的电流与电网电压的相位来实现有功、无功调节。



下图摘自——太阳能光伏并网发电及其逆变控制_张兴

QQ截图20170818083434.png
QQ截图20170818090007.png
QQ截图20170818090051.png




朴华
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副总工程师
  • 2017-9-8 08:35:08
 
你这个图真形象;泡沫就是无功功率了
红旗2512848524
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高级工程师
  • 2017-8-10 16:31:55
 
1000W光伏离网正弦波逆变器很少是24V输入的,你是不是想接在铅酸蓄电池上面用?
清风慕竹
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高级工程师
  • 2017-8-10 18:51:15
 
有24V输入的呀,还有12V输入,36V输入,48V输入的呢,通信电源上用吧,可以接蓄电池的
lizlk
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版主
  • 2017-8-11 09:18:34
 
支持!
清风慕竹
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  • 2017-8-18 08:50:16
 
     欢迎大家加入2000人技术交流QQ群:光伏+风电+微电网技术 429126230

      电力电子技术:软件仿真PSCAD/MATLABsimulink/Saber/PSPICE/PSIM+硬件实物DSP+(TI)TMS320F2812,F28335,F28377,(Microship)dsPIC30F3011,FPGA,ARM,STM32F334。光伏并网逆变器(PV建模,MPPT,并网控制,LCL滤波,孤岛效应),光伏离网,光伏储能,风电变流器(双馈、直驱),双向变流器PCS,新能源汽车,充电桩,车载电源,数字电源,双向DCDC(LLC,移相全桥,DAB),储能(锂电池、超级电容),低电压穿越(LVRT),高电压穿越,虚拟同步发电机,多智能体,电解水,燃料电池,能量管理系统(直流微网、交流微网)以及APF,SVG ,DVR,UPQC等谐波治理和无功补偿装置等。欢迎技术人员加入,多多交流,共同进步!打广告可以,要么有创意,要么有红包,谢谢。。。。。。

yyy787
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副总工程师
  • 2017-8-19 22:49:30
 
建议提高输入电压,这样可以减小输入电流,有利于电路的稳定
清风慕竹
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高级工程师
  • 2017-8-20 21:33:04
 
有通信电源的项目需求就是24V呀,你的需求不能变更吧
清风慕竹
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高级工程师
  • 2017-8-21 20:35:56
 
在供电系统组件中,主要由太阳能电池板,蓄电池以及逆变器和负载构成。系统的框图如图所示。太阳能电池组接收太阳的光能并转换成电能,一部分供给负载使用,一部分存储在蓄电池中。
QQ截图20170819154748.png

清风慕竹
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高级工程师
  • 2017-8-25 14:17:22
 
怎么发现帖子沉了,没有人感兴趣么
hellbaron2008
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  • 2017-8-25 14:34:33
 
楼主你得上点硬菜,原理图、PCB、程序、思想......
sunnySun
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本网技工
  • 2017-8-27 22:36:09
 
附议
zizhangshu
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本网技师
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  • 2017-10-18 14:28:38
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清风慕竹
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高级工程师
  • 2017-8-28 20:51:59
 
稍等哈,等我整理好电路来着,等等哈
清风慕竹
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高级工程师
  • 2017-8-28 20:06:29
 
QQ截图20170828195608.png
这是一个纯离网逆变器,由MPPT充电器+离网逆变器构成!

首先上总的原理图框架:从整个逆变器的原理框图来看,分为一下八个模块:
1.CPU模块——dsPIC30F3011最下系统;
2.主电路——光伏充电+交流逆变;
3.驱动电路模块;
4.光伏电流检测,逆变交流电流检测及过流保护;
5.蓄电池电压检测,光伏电压检测,交流输出电压检测;
6.NTC温度检测;
7.继电器模块,风扇,蜂鸣器,LED及按键;
8.系统整体的辅助电源模块。

sunnySun
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本网技工
  • 2017-8-29 00:03:50
 
期待更精彩的内容  
清风慕竹
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高级工程师
  • 2017-8-30 17:24:46
 
这次主要给大家分享一下,讲的不一定正确,这份资料比较老了,可以用来参考学习一下,欢迎大家批评指正!

先从拓扑结构讲起:主电路——光伏充电MPPT+交流逆变

光伏充电MPPT

先给大家看一下合肥阳光电源的太阳能控制器的拓扑电路,说实话,我也没看懂哈,我就说我所知道的MPPT吧。

1.一般并网型逆变器的MPPT控制中使用的是BOOST拓扑,因为并网要求直流侧电压大于电网电压的峰值,所以要升压。

2.离网型逆变器的MPPT控制一般可以使用BOOST,BUCK,BUCK-BOOSST,给电池充电嘛,根据光伏电池板的电压等级来选择合适的拓扑。

3.还有一种就是储能型逆变器的MPPT控制,是和并网型逆变器是一样的,只不过连接电池的是双向DCDC而已。

a.png
b.png

然后给大家看我所提供的MPPT电路,和光伏电池输入电流检测在一起的,如下图所示:这个图我也没看懂,感觉跟阳光电源的拓扑很相似,放上来和大家探讨一下
1.PNG             2.PNG


yyy787
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LV8
副总工程师
  • 2017-8-29 17:54:34
 
能分享下具体的电路吗?
清风慕竹
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高级工程师
  • 2017-8-31 21:04:15
 
逆变电路
就是跟大家分享一下设计的方案对比,纯粹探讨一下,科普一下,单相逆变电路,有半桥,推挽,H4,H5,H6,Heric,如下图所示:半桥、推挽、H4,我看21世纪电源网里有很多人做过,我这次介绍的也是H4;H5是德国SMA公司专利,SMA享有光伏界的苹果的美誉;Heric拓扑是ISE/Sunways的,不过貌似合肥阳光电源也在用哈;


QQ截图20170831204010.png

我所知道的单相并网逆变器大都采用的是H6桥,因为大家都可以使用哈,没有专利限制,H6桥分为带交流旁路的全桥逆变器(H6桥),带直流旁路的全桥逆变器(H6桥),还有茂硕电气的改进型H6,不过貌似国内其他逆变器厂家也在用,至于为嘛,我也不知道了。
QQ截图20170831202119.png     QQ截图20170831202152.png    QQ截图20170831204043.png

至于大家想知道这些拓扑有啥优缺点,可以关注楼主的微信公众号,新能源与微电网技术,里面有篇文章——单相并网光伏逆变器主电路拓扑调研,里面有详细介绍哈。

现在光伏上三电平中功率的逆变器普遍采用前级BOOST电路和后级三电平inverter结构,这是三相机,还有现在抄的很火的多路MPPT,6路,甚至7路,还有1500V的光伏逆变器,这里就不多介绍了,楼主也不是很了解。。。。

清风慕竹
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LV6
高级工程师
  • 2017-8-31 21:15:11
 
现在可以上楼主这次要分享的电路结构了H4,一般低压大电流都会使用mosfet并联,高压大电流会使用IGBT,24V1000W的逆变器,明显属于第一种,使用mosfet并联。因为MPPT后面接的电池,要加继电器来控制,那么问题来了,继电器到底是加在电池的正,还在加在电池的负,来控制逆变的24V是否接通呢?以下是两种电路,楼主也不知道,求教!


3.PNG        5.PNG
6.PNG        7.PNG


hellbaron2008
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LV8
副总工程师
  • 2017-9-2 17:27:38
 
我感觉继电器加在哪里都一样。需要考虑什么么?
清风慕竹
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高级工程师
  • 2017-9-4 09:54:40
 
有区别的吧,比如并网逆变器要求在火线和零线上都要串联2个继电器,也就是共4个继电器,我感觉是有区别的,虽然我不知道原因,因为做方案论证了
sunlingsunhaiqi
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LV7
实习版主
  • 2017-9-14 09:09:36
 
是这样的,为了安全,怕其中一个坏了断不开,2个同时坏的概率就小很多了,就这么简单的原因。
清风慕竹
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LV6
高级工程师
  • 2017-9-6 17:52:33
 
驱动电路
今天介绍驱动电路,大概介绍一下我所见过的驱动电路,纯属个人意见,欢迎批评指正!
1.使用两个三极管构成推挽电路
2.光耦驱动
3.驱动芯片驱动,有好多不同种芯片,比如Si620BB+UCC27322,比如IR2110
hellbaron2008
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LV8
副总工程师
  • 2017-9-7 20:40:45
 
驱动电路能上个图么,我很有兴趣啊,光耦驱动。
zxy_20120225
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LV6
高级工程师
  • 2017-9-12 08:07:05
 
谢谢
清风慕竹
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LV6
高级工程师
  • 2017-9-14 17:09:44
 
光耦驱动,如下图所示,可以详见我的另一个帖子,http://bbs.21dianyuan.com/forum. ... 0&page=1#pid1160435

48V5000W驱动

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24V1000W驱动

24V1000W驱动
hellbaron2008
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副总工程师
  • 2017-9-16 17:29:01
 
看到光耦驱动了,你光耦驱动的开关频率是多少啊?
清风慕竹
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高级工程师
  • 2017-9-18 08:34:10
 
说实话,开关频率的选取我并不怎么知道,可以请教你一下么,一般来说开关频率越高,磁性元件体积越小,整体损耗也就越低,成本也就越低,我所知道的实际用过的mosfet的开关频率可到50k,选用的mosfet是IRFP4668PbF,不过貌似开关频率还可以更高,貌似可以100k,实际用过的IGBT的的开关频率最高也可达到30k,希望大神不吝赐教!
hellbaron2008
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LV8
副总工程师
  • 2017-9-19 17:22:36
 
开关频率我也不知道怎么选。
开关频率越高的话,开关器件损耗越高。
清风慕竹
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LV6
高级工程师
  • 2017-9-14 17:10:43
 
接下来看这个24V1000W的电路选择的是驱动芯片IR2110如下图所示
驱动电路.PNG
驱动1.PNG
清风慕竹
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高级工程师
  • 2017-9-18 20:02:42
 
IR2110驱动芯片,可以使用一路供电电源,芯片通过自举方式工作,不是自举就得隔离,比如光耦
清风慕竹
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高级工程师
  • 2017-9-22 15:35:31
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光伏电池电流检测.PNG
清风慕竹
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光伏电池电压检测.PNG
清风慕竹
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输出交流电压检测.PNG
清风慕竹
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高级工程师
  • 2017-9-22 15:38:14
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蓄电池电压检测.PNG
清风慕竹
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电流检测及过流保护.PNG
清风慕竹
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  • 2017-9-22 15:39:58
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NTC温度检测.PNG
denky_lin
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本网技工
  • 2017-9-13 10:46:58
 
有原理图吗?
世纪电源网-九天
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超级版主
  • 2017-9-14 15:02:28
 
支持~欢迎大家交流讨论~学习起来~
wszdxp2004
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副总工程师
  • 2017-9-20 08:15:46
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这个帖子真心好啊!
yoyo13304
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LV1
本网技工
  • 2017-10-7 14:19:08
  • 倒数3
 
大神,请问你用的控制器是DSP吗?还有主电路是用的IPM,还是IGBT or mosfet
清风慕竹
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LV6
高级工程师
  • 2017-10-12 14:30:11
  • 倒数2
 
用的是dsPIC30F3011,microship公司的增强型闪存16位数字信号控制器,不过光伏逆变器中一般用TI的TMS320F28X系列的比较多,还有用ARM的做电源的STM32,主电路用的mosfet,因为功率不大,才1000W,IPM智能功率模块,我见过的有5kw,10kw,600V和1200V的,IGBT用在大功率里面的,不过小功率里面也用到,我们公司的5kw也用的IGBT
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