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是。表示該電器在額定電壓下工作時,其工作電流(額定電流)與工作電壓(額定電壓)的乘積,就是2200W。大功率電器有:電烙鐵、燒水棒、電爐、電飯煲、電炒鍋、電熱杯、電磁爐、電吹風、發夾板等。
安全用電常識:不用濕手觸摸電器、離家前切斷電器電源、發現有人觸電不要用手去直接救人、不用濕布擦拭電器、暖氣設備一定要遠離煤氣罐、自己不要拆卸家用電器、雷雨天不要用手觸摸樹木等等。
(來源:文章屋網 )
寢室大功率電器保證書【1】
尊敬的輔導員:
今天,由于使用大功率電器,我和我的室友受到了您的訓導。聽過您的話語,我深刻的認識到了自己的錯誤,并為此感到慚愧。
從入學第一天起,學校就三令五申,一再強調校規校級,并提醒我們不要違反學校的規章制度,可我卻為了圖自己的一時方便,沒將學校的紀律和老師的教導放在心上,一意孤行的使用了大功率電器。
作為一名大二的學生,我這樣的行為完全是給剛入學不久的學弟學妹們了一個壞的榜樣,給老師們在宿舍管理的工作上帶來了極大的麻煩,給我們宿舍埋下了一個安全隱患。
電路起火的問題近幾年來頻頻在高校出現,出現的原因無非就是部分學生貪圖方便使用大功率電器。人最寶貴的就是生命,使用大功率電器這種行為就等于是在危害我們的生命,因為如果不慎失火,財產損失事小,萬一發生人員傷亡,結果將是我們一生中永恒的痛。血的教訓很多,但始終沒有引起我們在思想上的足夠重視,總是存在僥幸心理。但現在我深深的知道,這樣的做法是很錯誤的,這樣的心理也是完全錯誤的。
由于我一個人的犯錯誤,有可能造成別的同學的效仿,影響班級紀律性,學校的紀律。為此,我將對這種違規行為進行一次認真的、徹底的、深刻的檢討。
在此次問題上,我犯了如下幾點錯誤:
一、我沒有對學校的規章制度認真仔細的??,并深刻的貫徹學校對我們的要求。學校明文規定嚴禁在宿舍里使用大功率電器,且校領導一而再、再而三的強調宿舍內不能出現違章電器,但我卻依然犯了這樣的錯誤,這是對學校規章制度的不重視,也是對各位對領導的不尊重。對此我感到非常的慚愧。
二、將安全問題置之腦后,存在僥幸心理。其實所有事故發生的案例,當事人誰不是抱有與我相同的態度呢?但有句話說得好,安全無小事。校方明文規定嚴禁在宿舍內使用違章電器是為了保障每一位同學的人身和財產安全,卻沒有引起我思想上的足夠重視,認為只要小心使用不會出什么問題。這也從一個側面反映出我自身的自由散漫,為圖一時便捷而偷懶的性格。
三、沒有顧及他人的利益,為圖自身一時便利,將他人財產安全置于腦后。為了一己私利,將大家的安全問題棄之不顧,卻沒有想到,萬一發生安全事故,周圍將有多少人因此受到牽連。作為當代大學生,我們應該識大體,顧大局,我不應該為了一己之便違反校紀校規。
總的來說,我缺乏對公物和私人財產的保護意識,欠缺對學校和同學的責任心,安全意識淡薄,存在僥幸心理,且自身懶惰。
今日,回到寢室之后,我和室友進行了深入的探討,召開了寢室會議。我們集體總結反思,反省我們的錯誤,共同的進行了深刻檢討,并作出如下決定:
一、按照要求上交內容深刻的檢討書一份,對自己的錯誤進行深刻認識,并認清其可能造成的嚴重后果,向老師認錯。既然自己已經犯了錯,我就應該去面對,要認識到自己的錯誤,避免以后犯同樣的錯誤。
二、用心克服生活懶散、貪圖便利的缺點。提高紀律性。認真學習學校的校規校紀,并且做到自覺遵守,檢查自己的用電用品中是否還存在著違章電器,一旦發現立即處理,決不再用。
三、制定監察制度,發現同一個寢室或者其他寢室的同學使用違章電器,應該立刻予以制止,不聽勸告者將上報。
宿舍是我們生活起居的地方,安全問題就顯得尤為突出重要。我們每個人都有義務參與保護工作,并有權力生活在一個安全的環境中。因此我們要警鐘長鳴,消除一些安全隱患,共同建設一個健康安全的生活環境。我將以此次事件作為一面時刻檢視自己的鏡子,時刻提醒自己提升自己的思想覺悟,強化自己的責任心。
以前的錯誤無法更改,但以后的錯誤我們可以避免。人總會犯錯,但只要能在錯誤中悔過并成長,這也并非不是一件很好的事,所以我希望您可以原諒我,可以認可我認錯的態度,并給予我一個知錯就改的機會。
我保證會在今后的生活中,認真學習學生手冊,貫徹落實校紀校規,決不再心存僥幸,并牢記老師您的訓導。
致此
敬禮!
XX
XXXX年XX月XX日
寢室大功率電器保證書【2】
尊敬的XX:
入住職工宿舍已經有半年的時間了,這是第一次正式的上交寢室用電安全保證書。
對于寢室安全用電問題我們一直都有明確的認識,由于此次的嚴格整頓學習,我們更加的對宿舍用電安全重視起來,因為這不僅是在提倡保障節約用電,也是為了避免不必要的事故發生,避免集體財產損失,更是對自己的生命安全、對他人的生命財產安全負責。
自從上大學起,我就開始了集體生活,當時宿舍用電安全是學校總要開會重點重申的大事,總有不勝枚舉的血的教訓給我們做警示。所以用電安全,積極防火已經在我的內心里根深蒂固了。然而事故總是發生在我們疏忽的一瞬間,為了使危險的系數降到最低,把安全隱患消滅在萌芽里,我想最根本的辦法就是杜絕電器的使用。我想我們不要抱怨管理有多么的嚴厲,住宿的條件有多么惡劣,電器的使用有多么的必要,在嘴上喋喋不休的說這些的時候,我們應該想到我們只是在為自己的過錯找各種掩飾的理由而忽視了潛藏的危險。
退而言之,一切電器可以使用,然而不是在宿舍這個集體的環境里。我們都知道這樣的道理,一切事物只有在他合適出現的地方出現才是合理的。今天所提到的宿舍用電安全的問題也是有前提的,那就是在宿舍這個大前提之下,所以我們會理解領導的工作。不給領導的工作拉后腿,以后堅決杜絕違章用電,杜絕各種不符合標準的電器使用。
在保障宿舍用電安全的前提下我們決定做到以下三點:
1、樹立安全用電意識,自覺做到安全用電,保障住宿同事生命和財產安全;
3、切實做到人離關燈、關電源,各種用電設備(電腦、空調、充電器等)使用完畢后及時關閉電源,不得長時間通電。
以上內容請領導檢查監督!
致此
敬禮!
XX
XXXX年XX月XX日
寢室大功率電器保證書【3】
尊敬的宿管阿姨:
3月15日,宿管阿姨在對我宿舍進行安全檢查的時候搜出一個熱水器,做出了當場沒收的處罰,并下達了通知,對此我表示接受,也感謝您能發現并指正我的錯誤,避免了更嚴重的錯誤的發生。這個熱水器是我為了減去下樓打開水的麻煩而買的。在學生會干部和老師的耐心教導下,通過學習宿舍安全管理條例,我認識到了問題的嚴重性,并對自己違反校紀校規的行為進行了認真的反思和深刻的自剖。在此,我謹向宿管阿姨做出深刻檢討,并將我這一天來的反思結果匯報如下:
第一,我的行為不符合一個大學生的要求。作為當代大學生,我們應該識大體、顧大局,在校紀校規面前人人平等,我不應該為了一己之便違反校紀校規。況且,我們宿舍樓層不高,下樓打開水是一件很方便的事,控制自己不用類似的大功率用電器并不是一件很困難的事。
第二,清明長假將至,使用熱得快之類大功率用電器增加了意外事故發生的機率,我應主動配合學院搞好安全工作,學院老師三令五申、班干也一再強調,要求我們不使用大功率用電器,但這都成了耳旁風,這些都是不應該的。
第三,我的行為還在宿舍間造成了極壞的影響。同學之間本應該互相學習,互相促進,而我的表現給同學們帶了一個壞頭,不利于校風和院風的建設。同時,也對學校形象造成了一定損害,有時,沒有打到水或圖方便,就用熱水器燒水。當時的僥幸心理釀成了現在的后果。雖然我這種行為方便了自己,但是,我是在他人的安全之上的自己得利,我是在自私自利的帽子下,方便自己的。只有認真反思,尋找極大錯誤后面的深刻根源,認清問題的本質,才能給集體和自己一個交待,從而得以進步。做為一名學生,我沒有做好自己的本職,給宿管阿姨的工作帶來了很大的麻煩。
在深刻的自我反思之后,我決定有如下個人整改措施:
一、按照要求上交內容深刻的保證書一份,對自己思想上的錯誤根源進行深挖細找的整理,并認清其可能造成的嚴重后果。
二、用心克服生活懶散、粗心大意的缺點。
三、和同學、班干以及學生會干部加強溝通。保證今后不再出現違反校紀校規的情況。
我非常感謝宿管阿姨對我所犯錯誤的及時指正,我保證今后不會再有類似行為發生在我身上,并決心為我校的安全工作、做出自己的一份微薄之力。請關心愛護我們的老師同學繼續監督、幫助我改正缺點,使我取得更大的進步!
致此
敬禮!
【關鍵詞】LED燈具;可靠性;驅動電源;散熱系統;界面層裂
1.引言
大功率LED作為照明光源,有節能環保、壽命長、體積小、發熱小、響應速度快、安全低電壓、耐候性好、方向性好等優點。目前,半導體照明是國家重點扶持的新興產業,大功率LED是半導體照明的關鍵器件,LED照明正逐步取代傳統照明技術,而最終能否實現半導體照明的普及,取決于大功率LED光效和可靠性問題的解決,可靠性是評價LED燈具質量的一個重要指標,對大功率LED燈具可靠性的研究,具有非常重要的意義。
2.影響大功率LED燈具可靠性的主要因素
可靠性指產品在規定的時間和條件下,完成正常規定功能的能力或概率。對于LED而言,要求其能在給定的工作條件下發射出一定量的光,但LED燈具的亮度,會隨著工作時間的增加而衰減,其可靠性的高低,一般表現為工作條件下壽命的長短,通常定義LED光輸出量衰減到初期值的 50%或 70%時的時間為LED的壽命[1]。
2.1LED光源
LED光源潛在的失效機理,主要有以下幾種:
其一,芯片失效,即LED芯片本身失效或其他因素造成的芯片失效,從而導致LED直接失效;其二,封裝失效,例如封裝材料不良引起:環氧樹脂、導電膠、硅膠、熒光粉、基座、固晶材料等;封裝結構設計不合理,如材料不匹配、產生應力、引起斷裂、開路等;封裝工藝不合適,如裝片、壓焊、點膠工藝、固化溫度及時間等;其三,電應力失效,即承受了超過額度的電參數條件或過高的瞬態電流而引發的LED失效,其產生的沖擊有可能直接損壞芯片,或造成金線熔斷等現象,致使LED失效;其四,熱應力失效,即周期性熱量變化或 LED內部溫度超過最大額定值而引發的失效,熱過應力產生的高溫,會降低芯片發光效率,產生光衰加快、色移等嚴重后果,在LED 可靠性中,需重點關注此問題;其五,實際使用過程中,裝配不當也會引發LED失效[2]。
要提高大功率LED燈具的可靠性,就必須采取相應的措施,使LED燈具盡可能消除或減少上述因素的影響。例如:改進封裝設計、采用新型的封裝材料、開發新的熒光粉和涂敷工藝、降低結溫,以及進行靜電防護等。為提高器件封裝可靠性,在原材料選用方面要嚴格控制材料的質量,在封裝結構上除了考慮出光效率和散熱外,還要考慮多種材料結合在一起時的熱漲匹配問題。在封裝工藝上,要嚴格控制每道工序的工藝流程,盡量采用自動化設備、確保工藝的一致性及重復性,保障LED器件性能和可靠性指標。
2.2驅動電源
除LED光源外,驅動電源也是影響大功率LED燈具可靠性的重要因素。體積越來越小、高效率、高可靠性、對調光與非調光廣泛的應用兼容性、無光耦等,成為了LED照明驅動電源的市場需求趨勢。
大功率LED燈具對電源驅動的技術要求體現為:電路工作要高可靠性、高效率、高功率因素、合理的驅動方式、浪涌保護(LED抗浪涌的能力較差,尤其是抗反向電壓能力)、保護功能(電源除一般保護功能外,最好在橫流輸出中增加LED溫度負反饋功能,防止LED溫度過高;在驅動電路有故障、LED短路或開路時,電路能對LED和自身起到很好的保護作用)、防護措施(如戶外安裝的燈具,其結構上要防潮濕、防水,外殼能耐高低溫驟變)、驅動電源壽命與LED壽命能相匹配等[3]。
為提高驅動電源模塊質量,確保LED燈具的可靠性,建議采取下列措施:
(1)電源模塊選用品質好的電子元器件。(2)合理設計整體線路,包含電源變換、驅動電路、控制電路和保護電路等。(3)選擇合適的保護電路,要保護模塊性能質量,并且成本不能大幅增加。
2.3散熱系統
大功率LED燈具由LED光源、驅動電源、散熱結構及透鏡等組成,因此散熱也是一個重要的部分,如果不能很好散熱、它的壽命會受影響,燈具的可靠性,很大程度上取決于散熱水平,與LED散熱相關的主要參數有結溫、熱阻和溫升等。
LED照明燈具發光后產生的熱量,主要通過LED基板和安裝在LED上的散熱裝置散發出去,良好的散熱設計可以大幅度延長 LED燈具的使用壽命。大功率LED散熱一般可分為一次封裝散熱和二次熱沉散熱,前者指通過改善LED自身封裝材料和優化封裝結構進行散熱,后者指通過設計開發散熱器對LED進行熱控制。
可見,解決散熱問題的方法主要有兩種:其一,改善燈具內部 LED芯片的質量,工作電流不變的情況下,使芯片發光的內量子效率提高,進而使芯片發光效率提高;其二,對燈具外部的散熱設計進行改進,配置較為合理的散熱裝置,以達到加快散熱的目的。在LED燈具中,需要使用散熱片來控制LED芯片的溫度,特別是結溫,要低于LED芯片正常工作的安全結溫,從而提高LED芯片的可靠性[4]。在封裝散熱設計方面,目前主要是硅基倒裝芯片結構、金屬電路板結構散熱,以及環氧樹脂和固晶材料等散熱;在系統級散熱方面,主要是熱管散熱、風冷強制散熱和熱電制冷散熱等方法[5]。
2.4使用環境
除上述影響LED燈具可靠性的因素外,使用環境也會影響LED燈具可靠性,如在不同環境下,透鏡變形、受損,使得LED燈具壽命縮短;另外,灰塵和潮濕等對LED燈具影響也較大,因此,為提高其壽命,就要做好相應防護措施,使用環境不同,技術要求也不同,需及時做好防塵、防潮、防磁和防雷擊等措施。
3.界面層裂對大功率LED燈具可靠性的影響
環氧樹脂是LED的主要封裝材料,具有優良的電絕緣性能,但其缺點不容忽視,例如,易吸潮、易老化、耐熱性差,并且在高溫和短波光照下易變色,因而對LED的壽命影響較大。當芯片溫度過高時,環氧樹脂溫度接近芯片結溫,此時環氧樹脂的CTE(熱膨脹系數)會發生劇烈變化,此時產生的內部應力和水分的蒸氣壓力,很可能大于封裝樹脂與芯片、固晶膠和框架表面間的粘接力,導致它們的界面間出現剝離現象,甚至還會導致封裝樹脂或芯片出現裂紋[6-7],使得光衰現象嚴重。
綜合現有文獻,筆者發現,在電子封裝中,對界面層裂的研究比較多,對于LED,目前國內外研究的主要問題集中在封裝和系統級的熱管理技術,較少考慮界面層裂對LED可靠性的影響,特別是界面層裂的程度對熱阻、光衰等影響還不完全清楚。因此,對LED進行界面層裂的研究分析有重要意義。
為此,筆者將主要圍繞大功率LED模組的界面層裂及對可靠性的影響進行研究分析,主要內容如下:
(1)對大功率LED模組的界面層裂所涉及的基本力學理論和熱學理論進行分析。
(2)實驗測試分析不同的熱界面層裂情況對LED熱性能的影響規律。
(3)建立有限元分析模型,研究分析界面層裂對熱-機械可靠性的影響。利用有限元軟件,以大功率LED為研究對象,建立有限元模型;采用有限元法分析界面層裂對LED熱阻的影響,分析散熱不良導致結溫過高從而對LED壽命造成的影響;研究分析大功率LED模組在熱環境下由于界面層裂對LED的應力分布及可靠性造成的影響。
(4)對有限元仿真和實驗結果進行對比分析,完善有限元模型。在此基礎上,對LED模組的封裝結構提出優化設計。
通過實驗和有限元仿真,研究界面層裂情況對大功率LED模組的熱-機械可靠性的影響,探討LED退化和失效機理,通過熱-機械耦合,分析界面層裂對界面熱阻的影響規律,相信能得出一些新穎、實用的結果。
4.小結
通過對大功率LED燈具的相關研究,分析了LED光源、驅動電源、散熱情況、使用環境等對大功率LED燈具可靠性的影響,列出了相應的解決措施,對燈具可靠性的提高有較大的意義,最后,提出了界面層裂對大功率LED燈具可靠性的影響,相信通過實驗和有限元仿真,能得出一些新穎的結果,對提高大功率LED燈具的壽命提供一些實用的參考意見。
參考文獻
[1]Shinya Ishizaki.大功率白光LED的壽命測定[J].中國照明電器,2008,1:39-44.
[2]趙阿玲等.大功率白光LED壽命試驗及失效分析[J].照明工程學報,2010,21(1):51-52.
[3]公文禮.大功率LED燈具電源驅動的分析與研究[J].燈與照明,2009,33(4):29-30.
[4]楊廣華等.基于LED照明燈具的散熱片設計與分析[J].電子與封裝,2010,10(1):39-41.
[5]魏嬌.LED 燈具的可靠性分析[J].電子世界,2014,(17):77
【關鍵詞】大功率;變頻電源;優化;設計
1引言
隨著我國經濟的不斷發展,進口的大功率用電設備越來越多,工廠生產線所用供電電源功率越來越大,對大功率變頻電源需求也越來越大,市場前景十分看好。
目前,市場上的大功率變頻電源在使用中不同程度地暴露出一些問題,例如,對電網的污染和整機可靠性問題等,給用戶造成很大不便。為滿足市場需求,迫切需要研制可靠性高且環保的大功率變頻電源。為此我公司集中力量,按照國家軍標要求,針對大功率變頻電源主電路功率器件電流大和電路的耗散功率大、散熱問題嚴重以及對電網污染大等特點,進行優化設計,研制出了高可靠性的700kVA的"三進三出"大功率變頻電源。
2 優化方案
2.1 整流電路的改進
對三相輸入的變頻電源,一般采用三相橋式不可控整流,直流側采用電容濾波。這種電路輸入電流的基波分量相位與電源電壓相位大體相同,因而基波功率因數接近1。但其輸入電流的諧波分量卻很大,給電網造成嚴重污染,也使得總的功率因數很低。諧波使公用電網中的元器件產生了附加的諧波損耗,降低了發電、輸電及用電設備的效率,大量的諧波電流流過中性線時會使線路過熱甚至發生火災。諧波電流還會對鄰近的系統產生干擾,重者會使系統無法正常工作。
2.2 直流母線的設計
隨著功率的加大,功率母線就不適合了,會帶來一些問題,大功率變頻電源的功率器件在開關過程中,由于從直流儲能電容至IGBT器件之間的直流母線上的寄生電感和IGBT模塊自身電感的影響,會產生很高的尖峰電壓,這種尖峰電壓會使器件過熱,有時甚至使IGBT失控并超過器件的額定安全工作區而損壞。因而,必須將開關過程中產生的尖峰電壓限制在允許范圍內,降低尖峰電壓一般有兩種方法:一是通過增加柵極驅動電阻來減小di/dt,但選擇合適的柵極驅動電阻很困難,若驅動電阻太大,導致dv/dt減小,開通時間和關斷時間延長,增加了開關損耗;二是減小直流回路功率母線的分布電感。
疊層功率母線基于電磁場理論,把連線做成扁平截面,在同樣截面下做得越薄越寬,它的寄生電感越小,相鄰導線內流過相反的電流,其磁場互相抵消,也可使寄生電感減小。所謂疊層功率母線是以又薄又寬的銅排形式將母線疊放在一起,各層之間用高絕緣強度的材料隔離,整個母線極之間的距離比較一致,可減少互感,各層銅排都在所需要的端子位置處同其他層可靠絕緣地引出,使所具有不同電位的端子表露在同一平面上,以便于把主電路中的所有器件與之相連。使用疊層功率母線將IGBT和整流管等模塊、散熱器、電容器組合在一起,疊層功率母線與器件之間的連接是用不同的端子和插接件等來完成的,以便相連接時的接觸表面與母線之間的接觸電阻非常小,也使得寄生電感成數量級地減小,從而使過電壓應力降至最低,保證了裝置工作在最佳狀態。
疊層功率母線共采用四層板,從下到上依次為絕緣板1,銅板負極,絕緣板2,銅板正極。圖1是四層板的外形尺寸圖,(a)為銅板負極,(b)為銅板正極,(c)為絕緣板1和2。
圖1 四層板的外形圖
2.3 增加直流偏磁電路
隨著變頻電源功率的加大,不得不考慮主變壓器的偏磁題,偏磁的后果是十分嚴重的,輕則會使變壓器和功率半導體模塊的功耗增加,溫升加劇,變壓器的機械噪聲增大,嚴重時還損壞功率器件,使變頻電源不能正常工作。因此,為了提高大率變頻電源的可靠性,必須增加抗偏磁電路。
為解決SPWM全橋逆變器中存在的直流偏磁問題,首先選擇飽和壓降和存儲時間特性一致的功率開關管用于SPWM橋逆變器,減小控制電路的脈寬失真和驅動延時,其次,變壓鐵心加氣隙,以增加鐵心的磁阻,提高變壓器抗直流偏磁的力,最后是采用抗偏磁電路。
由于在輸出變壓器中,勵磁電流一般僅占原邊電流的2%。因此原邊電流直流分量的檢測必須首先濾除勵磁電流中的基波及高頻成分,然后再將剩下的直流分量放大后用于控制。勵磁電流中直流分量的提取可先由霍爾電流傳感器檢測變壓器的原邊電流,再經有源濾波,最后送到PID調節器中。
實際上是通過對逆變器的輸出電流引人負反饋,限制主電路中的直流分量,以防止變壓器產生偏磁。這種抗偏磁電路的調節方法實現了直流偏磁的自動調節,在各個工作點均能很好地防止直流偏磁的產生。
此方案的優點在于與過流保護共用一個檢測器件,節省費用。當發生直流偏磁時,變壓器勵磁電流以指數規律迅速增大,比檢測電壓糾偏的方法靈敏。
2.4 過流保護的改進
圖2為新的IGBT過流保護方法示意圖,新方案和以前的IGBT的過流方法相同之處是仍然采用分散過流保護與集中過流保護相結合的方法,不同之處在于:一是新方案采用霍爾傳感器,而不是用磁電流互感器;二是用霍爾傳感器檢測變壓器原邊電流,而不是輸出電流;三是在分散過流檢測通道串入快速光電耦合器,利用分散過流保護通道,響應集中過流信號的要求,利用驅動模塊內部的過流保護電路對IGBT,實施軟關斷,而不是硬關斷。
圖2 新的IGBT過流保護方案
比較器A的第二腳接變壓器原邊電流轉換的電壓值,O1為快速光電耦合器HCPL4504,其輸出三極管與快恢復二極管相串聯,當變壓器原邊電流沒有超過設定的閡值時,無集中過流信號,此時光耦的輸人側二極管處于導通狀態,在分散過流檢測通道中串人的光耦不會影響分散過流保護功能,當變壓器原邊電流超過設定的閡值時,產生集中過流信號,此時光耦的輸入側二極管迅速關斷,快速光禍的輸出側三極管迅速關斷,M57962的1腳將懸空,此時IGBT如果仍處于導通狀態,則驅動模塊內部的過流保護電路就會動作,對IGBT實施軟關斷保護。這樣,不論分散過流保護,還是集中過流保護,都能對IGBT實施軟關斷保護,防止過大的關斷電壓對IGBT造成損壞。
3結語
利用以上改進措施,基本就可以使得大功率變頻電源安全穩定運行,使得儀表正常工作,同時也促進了我國變頻電源的發展。
參考文獻:
關鍵詞:光伏列陣;跟蹤控制技術
中圖分類號:TM615 文獻標識碼:A 文章編號:1674-7712 (2014) 12-0000-01
太陽能不僅是一種可再生能源,同時也是一種無污染且無噪聲的能源,符合我國提出的綠色發展的要求,近年來已經成為國內外能源研究人士的研究熱點。光伏陣列的輸出功率直接受到光照強度以及環境和溫度的影響,想要保證太陽能電池最大功率輸出,就必須要融入點跟蹤電路。本文將對光伏列陣最大功率點跟蹤控制技術進行分析,提出具體的控制方式。
一、光伏陣列
光伏陣列在電流方面的函數可以記做 ,上述公式當中,I是輸出電流,Is是短路電流,短路電流取決于日照強度。Io表示光伏陣列反向飽和方面的電流,而q是電荷的常數,U是光伏陣列整體輸出電壓,A為PN結系數,公式中的K為常數,T屬于絕對溫度范疇而Rs屬于串聯電阻,最后的Rsh屬于并聯電阻[1]。每一個光伏陣列當中都會存在最大功率點,相關工作人員為了從根本上提升光伏陣列的實際使用效率,將功率輸出最大化,就必須要在光伏陣列以及負載當中融入MPPT電路。
二、擾動觀察發
本文所研究的擾動觀察法屬于MPPT體系當中比較常見的一種控制方式,通過控制占空比的方式來控制整體輸電的電壓,如果實際占空比的比例有所增加,那么輸出的電壓就會有所提升,在這種時候進行輸出電流進行檢查,并且計算器輸出功率,就可以將最后的計算值與占空比增加之前的數值進行比較,比較二者之間的差異。如果從比較結果中發現輸出功率有所增加,那么就需要繼續對占空比進行提升,直至輸出功率呈現出下降的趨勢方可停止,如果結果相反,可以使用減少占空比的方式平衡二者數值。在擾動觀察法使用過程當中,必須要注意步長的選取[2]。不僅要考慮到光伏陣列的動態影像速度,同時也要考慮到光伏陣列在常規情況之下的控制精確度。如果擾動步長比較大,那么對外界的環境影響也會加快,在最大功率點周圍位置會存在功率震蕩。如果擾動步長比較小,那么震蕩就會適當的減少,但是這種情況下的光伏陣列影響能力也會有所下降。光伏陣列通常情況下是可以滿足陽光變化下動態響應的,如果光照強度保持穩定,那么整體的輸出功率會產生比較明顯的波動[3]。
三、快速MPPT控制法
想要從根本上提升光伏陣列整體的跟蹤速度,并且有效減少最大功率位置產生的功率震蕩,就需要從改進步長這一角度進行處理。如果光伏陣列的溫度保持平衡,那么輸出特性曲線當中功率最大點就會排列在固定電壓值的周圍,通過這一現象我們可以確定最大功率點的電壓與光伏陣列在輸出電壓這方面的關系是一定的[4]。若在實際工作過程當中,光伏陣列輸出電壓與最大功率點二者的實際電壓值相差比較多,就代表了光伏陣列工作點距離實際的最大功率點還是比較遠的,在這種情況下我們就可以使用大步長。若在實際工作過程當中,光伏陣列輸出的電壓以及最大功率點,二者相差的電壓值比較小,那么就需要根據實際情況選擇比較小的步長,通過上述方式可以有效的減少功率震蕩程度,使用MPPT對其進行控制的主要原理就是 這一等式。該公式當中,Um屬于最大功率點位置上所對對應的一個相似性電壓,我們從這一公式中可以分析出,不論光伏陣列這一環節最大功率存在于點的左面還是點的右面,越靠近最大功率點,d數值則越小,反之越大。
四、神經網絡法
所謂的神經網絡控制法,就是神經網絡視角下的一種MPPT控制技術,這是一種比較新穎的信息處理方式,在神經網絡結構當中主要包含了輸入層、隱含層以及輸出層等,每一層當中神經元的具體數量都是由需要解決問題的復雜程度來決定的。這種技術在光伏陣列中應用的時候,輸入的信號可以選擇光伏陣列闡述當中的開路電壓或者是短路電壓,也可以根據外界的實際環境輸入光照強度以及溫度。這部分數據在輸入過后,可以通過優化,編程輸出電壓或者是占空比信號[5]。神經網絡當中的所有節點都會存在權重增益量,只有使用合適的權重才可以保證函數之間的相互轉化,進而提升光伏陣列工作點的準確性。想要保證光伏陣列最大工作效率,就必須通過神經網絡對權重進行訓練,訓練過程即是想其中輸入大量樣本數據,因為光伏的樣本數據存在一定的差異性,所以在不同工程當中需要制定針對性訓練方式才能保證工作點的準確性。因為這這一網絡不僅能夠保證輸入樣本的完全匹配性,而且可以保證內插與外插輸入模式的匹配,這種功能一般的查表功能是做不到的,這也是神經網絡法被人們記住與使用的主要原因。
五、結束語
隨著我國經濟的不斷發展以及人們生活水平的不斷提高,對電能的需求量也在不斷增大。目前很多偏遠地區的用電還受到限制,并且許多能源屬于不可再生能源,儲量正在不斷減少。想要保證經濟及社會的穩定發展,就必須要在短時間內找出替代能源來滿足能源的使用需求。本文從神經網絡法、快速MPPT控制法、擾動觀察發、光伏陣列這四個方面,對光伏列陣最大功率點跟蹤控制技術進行了分析,旨在提升光伏列陣最大功率點跟蹤控制技術的技術水平。
參考文獻:
[1]戴欣平,馬廣,楊曉紅.太陽能發電變頻器驅動系統的最大功率追蹤控制法[J].中國電機工程學報,2013(08):95-99.
[2]吳理博,趙爭鳴,劉建政.單級式光伏并網逆變系統最大功率點跟蹤算法穩定性分析[J].中國電機工程學報,2011(06):73-77.