[发明专利]一种用于船舶区域配电的DC-AC逆变装置

权利要求书

1.一种用于船舶区域配电的DC-AC逆变装置，其特征在于：包括依次串联的双电源输入选择单元、充电限流单元、直流输入滤波网络、功率逆变器、正弦波滤波器和三相隔离变压器，设置在逆变装置的电源传输回路中的传感器，以及通过信号输出端分别与充电限流单元和功率逆变器的信号输入端连接、通过信号输入端与传感器的信号输出端连接的核心控制单元；

双电源输入选择单元的电源输入端连接双路直流输入电源，用于根据电能从高电位点向低电位点传输的特性选择其中一路电压高的直流输入电源进行供电输出；

充电限流单元用于在设备启动过程中防止大电流冲击；

直流输入滤波网络用于抑制直流输入电源的高次谐波；

功率逆变器用于通过不同开关模式的三相逆变器技术将直流输入电源转换为交流信号输出；

正弦波滤波器用于将功率逆变器输出的交流信号滤波为平滑的正弦波信号；

三相隔离变压器用于将正弦波滤波器输出的正弦波信号隔离降压变换为三相交流电并输出；

三相隔离变压器采用Δ/Y接法用于抑制功率逆变器产生的三次谐波；设三相隔离变压器的输入侧相电压有效值为U_I，三相隔离变压器的输出侧相电压有效值为U_O，则三相隔离变压器的变压匝比K为：

设三相隔离变压器的磁芯的直径为D，则磁芯的净截面积S为：

S＝(D/2)²π；

设磁芯的磁通密度为T，则磁芯的饱和磁感应强度B_S为：

B_S＝1.7T；

设磁芯的磁感应强度为B₀，则B₀满足：

B₀＜0.6B_S；

设功率逆变器输出交流电的基波频率为f₀，则三相隔离变压器的原边绕组匝数N₁为：

三相隔离变压器的副边绕组匝数N₂为：

传感器用于测量电路参数并发送至核心控制单元；

核心控制单元用于实现空间矢量脉宽调制和电压、电流双闭环控制功能，并上传装置的运行工况信息进行远程管理；

功率逆变器包括IGBT智能功率模块，IGBT智能功率模块作为功率开关元件用于构成逆变桥；设IGBT智能功率模块的输入电压最大值为U_AC，电压有效值为1.414U_AC，选取经验计算系数为1.09，则IGBT智能功率模块承受的重复稳态最大电压U_r为：

U_r＝U_AC×1.414×1.09；

设过电压系数为K_过，在IGBT智能功率模块关断时，由流过电感的电流变化L·di/dt引起的尖峰电压为θ，冗余系数为α，则IGBT智能功率模块关断时的峰值电压U_m为：

U_m＝(U_rK_过+θ)α；

则选取IGBT智能功率模块的额定电压U_n＞U_m用于保证使用安全；

设三相隔离变压器的二次侧电流为I₂，三相隔离变压器的二次侧功率为P₂，计算系数为η，三相隔离变压器的二次侧电压为U₂，则三相隔离变压器的一次侧电流I₁为：

I₁＝I₂×N₂/N₁＝(P₂/η/U₂)×(N₂/N₁)；

设每只IGBT智能功率模块的电流I′为三相隔离变压器的一次侧电流I₁的半个周波的电流值，即：

则按下式选取IGBT智能功率模块的额定电流I_n用于提高装置的冗余和短路过载能力：

I_n＝10I′；

正弦波滤波器包括按一定顺序组合的电容和电感；设负载电压为U_L，负载功率为P_L，则额定负载电阻R_L为

特性阻抗ρ为：

ρ＝0.6R_L；

设功率逆变器输出的其它各次谐波的频率f_n为基波频率f₀的从3倍开始的奇数倍，n为自然数，其中f₁＝3f₀；设截止频率为fc，则

f₀＜fc＜f₁，

设正弦波滤波器的电感为L₁，正弦波滤波器的电容为C_f，则

L₁＝ρ/(2πf_c)；

C_f＝3L₁/ρ²＝3/2πf_Cρ。