发布时间：2024-08-30 21:30:21 人气：
使用功率分析仪可以测试伏逆变器哪些功能？
使用功率分析仪可以测试伏逆变器的多种功能，以下是一些常见的测试项目：
输出功率测试：功率分析仪可以精确测量逆变器的输出功率，包括有功功率、无功功率和视在功率。通过对这些参数的测试和分析，可以评估逆变器在各种工作条件下的性能，以及是否达到预期的电能输出水平。
效率测试：逆变器的效率是其输出功率与输入功率之比。通过使用功率分析仪，可以在实际工作条件下测量逆变器的效率，并评估其能源转换效率的表现。这有助于发现能效问题，并优化逆变器的设计。
电压和电流测试：功率分析仪可以精确测量逆变器输出的电压和电流。这些参数对于确保逆变器提供稳定的输出电压和电流非常重要，并且有助于确保电力系统的稳定运行。
波形分析：功率分析仪可以显示逆变器输出电压和电流的波形，并检测其是否符合标准要求。通过分析波形，可以评估逆变器在各种工作条件下的性能，以及是否存在谐波失真等问题。
动态性能测试：功率分析仪可以进行动态性能测试，包括瞬态响应、启动特性等。这些测试有助于评估逆变器在突然的电压或电流变化情况下的性能表现。
保护功能测试：逆变器通常具有过流保护、过压保护和欠压保护等保护功能。使用功率分析仪可以模拟各种故障情况，测试逆变器的保护功能是否正常工作，以确保逆变器在异常情况下能够安全地关闭或自动恢复运行。
功率因数测试：功率因数是衡量逆变器转换效率的重要指标之一。通过功率分析仪可以测量逆变器的功率因数，评估其在有功功率输出和无功功率输出之间的平衡能力。
热性能测试：逆变器的可靠性和寿命与其散热性能密切相关。使用功率分析仪可以在各种工作条件下测量逆变器的温度，评估其散热性能，以确保逆变器在正常工作时能够保持稳定的运行温度。
电磁兼容性（EMC）测试：逆变器在运行过程中可能会产生电磁干扰（EMI）。通过使用功率分析仪和其他相关测试设备，可以对逆变器进行EMC测试，以验证其是否符合相关标准和规定，以及是否对周围环境和设备产生不必要的干扰。
总之，使用功率分析仪可以对伏逆变器进行全面的测试和分析，帮助工程师了解逆变器的性能、效率和稳定性等方面的表现。这些测试结果对于优化逆变器的设计、提高其可靠性、确保电力系统的稳定运行以及满足相关标准和规定等方面都具有重要意义。
UPS电源的输出电压指标有哪些
1、标称输出电压值 单进单出或三进单出的UPS为220V；三进三出的UPS为380V，采用三相三线制或三相四线制输出方式
2、输出电压可调范围 大丶中容量UPS的输出电压从UPS的额定值起最小可调±5%。小容量单相UPS一般用拨盘调解法，输出电压的典型可调范围为208/220/230/240V
3、输出电压静态稳定度 指的是UPS在稳定工作的时候受到输入电压变化，负载的改变和温度影响造成输出电压变化的大小。中、大容量的UPS的典型值为±1%,对，中、小容量的UPS的典型值为±2%或±3%。
4、输出电压静态稳定度 是指UPS在100%突然加丶减满载的时候或执行市电旁路供电通道与逆变器供电通道转换的时候，暑促互电压的波动值。中、大容量UPS的瞬态电压波动值应小于±5%，小容量UPS的瞬态电压波动值应小于±6%~±8%.
5、输出电压动态响应恢复时间 是指在输入电压为额定值，输出为线性负载，输出电流为零至额定电流或者由额定电流至零突变的时候，UPS输出电压恢复到稳压精度范围内所需要的时间，大多数UPS应该在10~30ms之间
6、输出电压频率 UPS所允许的市电同步跟踪范围，大、中容量的UPS，一般为50Hz±(0.5~2)Hz；小容量的UPS一般为50Hz±(0.5~3)Hz，UPS所允许市电的同步跟踪速率，大容量的UPS一般为0.1~1Hz/s;中小容量UPS一般为0.1~3Hz/S.UPS当工作在逆变器输出状态时频率稳定度，小容量UPS一般为50Hz±0.1Hz；大、中容量UPS一般为50Hz±（0.5~0.005）Hz。
7、输出电压波形积失真度 由于用途不同，输出电压不一定是正弦波，也可以是方波或梯形波。后备式UPS输出波形一般为方波，在线式UPS的输出波形一般为正弦波。
波形失真度一般是对正弦波输出UPS来说的，指的是输出电压谐波有效值的二次方的平方根与基波有效值的比值。带线性负载时，大、中容量UPS总电压谐波失真度小于2%，小容量UPS谐波失真度小于3%带峰值系数3；1的非线性负载时，对于中、大容量UPS，总电压谐波失真度小于5%，最大的单次谐波失真度小于2.5%；对于小容量UPS，总电压谐波失真度小于7%
为什么永磁同步电动机前要加逆变器，而不直接用工频三相交流电？逆变器的g端是由S输入，这个S称之为什么
永磁同步电动机（PMSM）是一种高性能的电动机，由于其采用了永磁体，可以在较小的体积和重量下实现较高的效率和功率密度。
然而，直接使用工频三相交流电驱动PMSM会存在一些问题。
首先，PMSM的额定电压和电流可能与工频电网的电压和电流不匹配。
通过使用逆变器，可以调节PMSM的输入电压和电流，使其与电动机的额定值相匹配，提高电动机的运行效率和使用寿命。
其次，PMSM需要采用特殊的控制策略来实现高性能的调速和控制。
通过使用逆变器，可以方便地实现这些控制策略，例如矢量控制和直接转矩控制等。
此外，逆变器还具有滤波和保护功能，可以减小电网谐波对电动机性能的影响，同时保护电动机不受电网故障和瞬态干扰的影响。
最后，逆变器的g端（通常是PWM斩波信号输入端）用于调节电动机的输入电压或电流。
通过调节g端的信号，可以实现对PMSM的精确控制。
总之，逆变器在PMSM中的应用可以提高电动机的性能、可靠性和使用体验。
通过调节逆变器的输入和输出，可以实现对PMSM的全面控制和优化。
开关电源不同拓扑各有什么特点？该怎么选用？
反激式开关电源的优点和缺点
1 反激式开关电源的电压和电流的输出特性要比正激式开关电源的差。
反激式开关电源在控制开关接通期间不向负载提供功率输出，仅在控制开关关断期间才把存储能量转化为反电动势向负载提供输出，但控制开关的占空比为0.5时，变压器次级线圈输出的电压的平均值约等于电压最大值的的二分之一，而流过负载的电流正好等于变压器次级线圈最大电流的四分之一。即电压脉动系数等于2，电流脉动系数等于4。反激式开关电源的电压脉动系数，和正激式开关电源的脉动系数基本相同，但是电流的脉动系数是正激式开关电源的电流脉动系数的两倍。由此可知，反激式开关电源的电压和电流的输出特性要比正激式开关电源的差。特别是，反激式开关电源使用的时候，为了防止电源开关管过压击，起占空比一般都小于0.5，此时，流过变压器次级线圈的电流会出现断续，电压和电流的脉动系数都会增加，其电压和电流的输出特性将会变得更差。
2 反激式开关电源的瞬态控制特性相对来说比较差。
由于反激式开关电源仅在开关关断期间才向负载提供能量输出，当负载电流出现变化时，开关电源不能立即对输出电压或电流产生反应，而需要等到下一个周期事，通过输出电压取样和调宽控制电路的作用，开关电源才开始对已经过去了的事情进行反应，即改变占空比，因此，反激式开关电源的瞬态控制特性相对来说比较差。有时，当负载电流变化的频率和相位与取样、调宽控制电路输出的电压的延时特性在相位保持一致的时候，反激式开关电源输出电压可能会产生抖动，这种情况在电视机的开关电源中最容易出现。
3 反激式开关电源变压器初级和次级线圈的漏感都比较大，开关电源变压器的工作效率低。
反激式开关电源变压器的铁芯一般需要留一定的气隙，一方面是为了防止变压器的铁芯因流过变压器的初级线圈的电流过大，容易产生磁饱和。另一方面是因为变压器的输出功率小，需要通过调整电压器的气隙和初级线圈的匝数，来调整变压器初级线圈的电感量的大小。因此，反激式开关电源变压器初级和次级线圈的漏感都比较大，从而会降低开关电源变压器的工作效率，并且漏感还会产生反电动势，容易把开关管击穿。
4 反激式开关电源的优点是电路比较简单，体积比较小，反激式开关电源输出电压受占空比的调制幅度，相对于正激式开关电源来要高很多。
反激式开关电源的优点是电路比较简单，比正激式开关电源少用了一个大的储能滤波电感，以及一个续流二极管，一次，反激式开关电源的体积要比正激式开关电源的体积小，且成本也要低。此外，反激式开关电源输出电压受占空比的调制幅度，相对于正激式开关电源来要高很多，因此，反激式开关电源要求调控占空比的误差信号幅度要比较低，误差信号放大器的增益和动态范围也要较小。由于这些优点，目前，反激式开关电源在家电领域中还是被广泛的应用。
5 反激式开关电源多用于功率较小的场合或是多路输出的场合。
6 反激式开关电源不需要加磁复位绕组。
在反激式开关电源中，在开关管关断的时候，反激式变换器的变压器储能向负载释放，磁芯自然复位，不需要加磁复位措施。
7.在反激式开关电源中，电压器既具有储能的功能，有具有变压和隔离的功能。
正激式开关电源的优点和缺点
1 正激式变压器开关电源输出电压的瞬态控制特性相对来说比较好。
正激式变压器开关电源正好是在变压器的初级线圈被直流电压激励时，变压器的次级线圈向负载提供功率输出，并且输出电压的幅度是基本稳定的，此时尽管输出功率不停地变化，但输出电压的幅度基本还是不变，这说明正激式变压器开关电源输出电压的瞬态控制特性相对来说比较好；只有在控制开关处于关断期间，功率输出才全部由储能电感和储能电容两者同时提供，此时输出电压虽然受负载电流的影响，但如果储能电容的容量取得比较大，负载电流对输出电压的影响也很小。
2 正激式变压器开关电源负载能力相对来说比较强。
由于正激式变压器开关电源一般都是选取变压器输出电压的一周平均值，储能电感在控制开关接通和关断期间都向负载提供电流输出，因此，正激式变压器开关电源的负载能力相对来说比较强，输出电压的纹波比较小。如果要求正激式变压器开关电源输出电压有较大的调整率，在正常负载的情况下，控制开关的占空比最好选取在0.5左右，或稍大于0.5，此时流过储能滤波电感的电流才是连续电流。当流过储能滤波电感的电流为连续电流时，负载能力相对来说比较强。
3正激式变压器开关电源的电压和电流输出特性要比反激式变压器开关电源好很多。
当控制开关的占空比为0.5时，正激式变压器开关电源输出电压uo的幅值正好等于电压平均值Ua的两倍，流过滤波储能电感电流的最大值Im也正好是平均电流Io（输出电流）的两倍，因此，正激式变压器开关电源的电压和电流的脉动系数S都约等于2，而与反激式变压器开关电源的电压和电流的脉动系数S相比，差不多小一倍，说明正激式变压器开关电源的电压和电流输出特性要比反激式变压器开关电源好很多。
4正激式开关电源比反激式变压器开关电源多用一个大储能滤波电感，以及一个续流二极管。
正激式变压器开关电源的缺点也是非常明显的。其中一个是电路比反激式变压器开关电源多用一个大储能滤波电感，以及一个续流二极管。此外，正激式变压器开关电源输出电压受占空比的调制幅度，相对于反激式变压器开关电源来说要低很多，这个从（1-77）和（1-78）式的对比就很明显可以看出来。因此，正激式变压器开关电源要求调控占空比的误差信号幅度比较高，误差信号放大器的增益和动态范围也比较大。
5正激式开关电源的体积比较大。
正激式变压器开关电源为了减少变压器的励磁电流，提高工作效率，变压器的伏秒容量一般都取得比较大（伏秒容量等于输入脉冲电压幅度与脉冲宽度的乘积，这里用US来表示），并且为了防止变压器初级线圈产生的反电动势把开关管击穿，正激式变压器开关电源的变压器要比反激式变压器开关电源的变压器多一个反电动势吸收绕组，因此，正激式变压器开关电源的变压器的体积要比反激式变压器开关电源的变压器的体积大。
6正激式开关电源的变压器初级线圈产生的反电动势电压要比反激式变压器开关电源产生的反电动势电压高。
正激式变压器开关电源还有一个更大的缺点是在控制开关关断时，变压器初级线圈产生的反电动势电压要比反激式变压器开关电源产生的反电动势电压高。因为一般正激式变压器开关电源工作时，控制开关的占空比都取在0.5左右，而反激式变压器开关电源控制开关的占空比都取得比较小。
7双管正激式转换器可以应用于较高电压输入，较大功率输出的场合。
双端隔离式PWM DC/DC转换器，在一个开关周期内，功率从隔离变压器的初级绕组的一端和另一端交替的输入，故称双端。双端隔离式PWM DC/DC转换器的磁芯在B-H平面坐标系的第一和第三象限运行，故磁芯可以得到充分的利用。
推挽式开关电源的优点和缺点
1推挽式开关电源输出电流瞬态响应速度很高，电压输出特性很好。推挽式开关电源是所有开关电源中电压利用率最高的开关电源。
由于推挽式开关电源中的两个控制开关轮流交替工作，其输出电压波形非常对称，并且开关电源在整个周期之内都向负载提供功率的输出，因此，其输出电流瞬态响应速度很高，电压输出特性很好。推挽式开关电源是所有开关电源中电压利用率最高的开关电源。它在输入电压很低的情况下，仍然能维持很大的输出功率，所以推挽式开关电源被广泛的应用于低输入电压的DC/AC逆变器，活DC/DC转换器电路中。
2 推挽式开关电源是一个输出电压特性很好的开关电源。
推挽式开关电源经桥式整流或全波整流后，其输出电压脉动系数和电流脉动系数都很小，因此，需要一个很小值的储能滤波电容或储能滤波电感就可以得到一个电压纹波和电流纹波很小的输出电压。因此，推挽式开关电源是一个输出电压特性很好的开关电源。
3推挽式开关电源变压器的漏感以及铜阻损耗都比单极性磁化极变压器小很多，开关电源的工作效率跟高。
推挽式开关电源的变压器属于双极性磁化极，磁感应变压范围是单极性磁化极的两倍多，并且变压器铁芯不需要气隙，因此，推挽式开关电源变压器铁芯的磁导率比单极性磁化极的正激或反激开关电源的变压器铁芯的磁导率高很多倍，这样推挽式开关电源变压器的初级、次级的线圈的匝数可比单极性磁化极变压器初级、次级的线圈的匝数少一倍以上。所以，推挽式开关电源变压器的漏感以及铜阻损耗都比单极性磁化极变压器小很多，所以开关电源的工作效率跟高。
4 推挽式开关电源的驱动电路简单。
推挽式开关电源的两个开关器件有一个公共接地端，相对于半桥式或全桥式开关电源来说，驱动电路简单的多。
5 推挽式开关电源不会像半桥、全桥式开关电源那样出现两个控制开关同时串通的可能性。
6 推挽式开关电源的主要缺点是两个开关器件需要很高的耐压值。
推挽式开关电源的主要缺点是两个开关器件需要很高的耐压，其耐压必须大于工作电压的两倍。因此，推挽式开关电源在220V交流供电设备中很少使用。另外，直流输出电压可调整式推挽开关电源 输出电压的调整范围比反激式开关电源输出电压的调整范围小很多，并需要一个储能滤波电感，因此，推挽式开关电源不宜用于要求负载电压变化范围太大的场合，特别是负载很轻或是经常开路的场合。
7推挽式开关电源的变压器有两组初级线圈，对于小功率输出的推挽式开关电源是个缺点，对于大功率输出的推挽式开关电源是个优点。因为大功率变压器的线圈一般都是多股线来绕制的，因此，推挽式开关电源的变压器的两组初级线圈与用多股线绕制根本没有区别，并且两个线圈与单个线圈相比可以减低一半电流密度。
8 推挽式转换器可以看作两个正激式转换器的组合，在一个开关周期内，这两的正激式转换器交替的工作。若两个正激式变换器不完全对称或平衡时，就会出现直流偏磁的现象，经过几个周期累计的偏磁，会使磁芯进入饱和状态，并导致高频变压器的励磁电流过大，甚至损坏开关管。
9 推挽式、半桥式、全桥式转换器属于直流-交流-直流转换器。由于直流-交流转换器提高了工作频率，所以，变压器和输出滤波器的体积和重量都可以减小。
半桥式开关电源的优点和缺点
1 半桥式变压器开关电源输出功率很大，工作效率很高
半桥式变压器开关电源与推挽式变压器开关电源一样，由于两个开关管轮流交替工作，相当于两个开关电源同时输出功率，其输出功率约等于单一开关电源输出功率的两倍。因此，半桥式变压器开关电源输出功率很大，工作效率很高，经桥式整流或全波整流后，输出电压的电压脉动系数Sv和电流脉动系数Si都很小，仅需要很小的滤波电感和电容，其输出电压纹波和电流纹波就可以达到非常小。
2 半桥式开关电源的开关管的耐压值比较低。
半桥式变压器开关电源最大的优点是，对两个开关器件的耐压要求比推挽式变压器开关电源对两个开关器件的耐压要求可以降低一半。因为，半桥式变压器开关电源两个开关器件的工作电压只有输入电源Ui的一半，其最高耐压等于工作电压与反电动势之和，大约是电源电压的两倍，这个结果正好是推挽式变压器开关电源两个开关器件耐压的一半。因此，半桥式变压器开关电源主要用于输入电压比较高的场合，一般电网电压为交流220伏供电的大功率开关电源大部分都是用半桥式变压器开关电源。
3半桥式开关电源的变压器初级线圈只需要一个绕组，这也是它的优点，这对小功率开关电源变压器的线圈绕制多少带来一些方便。但对于大功率开关电源变压器的线圈绕制没有优势，因为，大功率开关电源变压器的线圈需要用多股线来绕制。
4 半桥式变压器开关电源的缺点主要是电源利用率比较低，因此，半桥式变压器开关电源不适宜用于工作电压较低的场合。另外，半桥式变压器开关电源中的两个开关器件连接没有公共地，与驱动信号连接比较麻烦。
4 半桥式开关电源的缺点是会出现半导通区，损耗大。
半桥式开关电源最大的缺点是，当两个控制开关K1和K2处于交替转换工作状态的时候，两个开关器件会同时出现一个很短时间的半导通区域，即两个控制开关同时处于接通状态。这是因为开关器件在开始导通的时候，相当于对电容充电，它从截止状态到完全导通状态需要一个过渡过程；而开关器件从导通状态转换到截止状态的时候，相当于对电容放电，它从导通状态到完全截止状态也需要一个过渡过程。
当两个开关器件分别处于导通和截止过渡过程时，即两个开关器件都处于半导通状态时半导通状态时，相当于两个控制开关同时接通，它们会造成对电源电压产生短路；此时，在两个控制开关的串联回路中将出现很大的电流，而这个电流并没有通过变压器负载。因此，在两个控制开关K1和K2同时处于过渡过程期间，两个开关器件将会产生很大的功率损耗。为了降低控制开关过渡过程产生的损耗，一般在半桥式开关电源电路中，都有意让两个控制开关的接通和截止时间错开一小段时间。
5 单电容半桥式变压器开关电源比双电容半桥式变压器开关电源节省一个电容器，这是它的优点。另外，单电容半桥式变压器开关电源刚开始工作的时候，输出电压差不多比双电容半桥式变压器开关电源是输出电压高一倍，这种特点最适用于作为荧光灯电源，例如，节能灯或日光灯以及LCD显示屏的背光灯等。
荧光灯一般开始点亮的时候需要很高的电压，大约几百伏到几千伏，而点亮以后工作电压才需要几十伏到1百多伏，因此，几乎所有的节能灯无一不是使用单电容半桥式变压器开关电源。
6单电容半桥式变压器开关电源也有缺点，就是开关器件的耐压要求比双电容半桥式变压器开关电源的耐压高。
全桥式开关电源的优点和缺点
1 全桥式变压器开关电源输出功率很大，工作效率很高。
全桥式变压器开关电源与推挽式变压器开关电源一样，由于两组开关器件轮流交替工作，相当于两个开关电源同时输出功率，其输出功率约等于单一开关电源输出功率的两倍。因此，全桥式变压器开关电源输出功率很大，工作效率很高，经桥式整流或全波整流后，其输出电压的电压脉动系数Sv和电流脉动系数Si都很小，仅需要一个很小值的储能滤波电容或储能滤波电感，就可以得到一个电压纹波和电流纹波都很小的输出电压。
2 全桥式开关电源的优点是开关管的耐压值特别的低。
全桥式变压器开关电源最大的优点是，对4个开关器件的耐压要求比推挽式变压器开关电源对两个开关器件的耐压要求可以降低一半。因为，全桥式变压器开关电源4个开关器件分成两组，工作时2个开关器件互相串联，关断时，每个开关器件所承受的电压，只有单个开关器件所承受电压的一半。其最高耐压等于工作电压与反电动势之和的一半，这个结果正好是推挽式变压器开关电源两个开关器件耐压的一半。
3 全桥式变压器开关电源主要用于输入电压比较高的场合，在输入电压很高的情况下，
采用全桥式变压器开关电源，其输出功率要比推挽式变压器开关电源的输出功率大很多。因此，一般电网电压为交流220伏供电的大功率开关电源大部分都是使用全桥式变压器开关电源。而在输入电压较低的情况下，推挽式变压器开关电源的输出功率又要比全桥式变压器开关电源的输出功率大很多。
4 全桥式变压器开关电源的电源利用率比推挽式变压器开关电源的电源利用率低一些，
因为2组开关器件互相串联，两个开关器件接通时总的电压降要比单个开关器件接通时的电压降大一倍；但比半桥式变压器开关电源的电源利用率高很多。因此，全桥式变压器开关电源也可以用于工作电源电压比较低的场合。
5与半桥式开关电源一样，全桥式变压器开关电源的变压器初级线圈只需要一个绕组，这也是它的优点，这对小功率开关电源变压器的线圈绕制多少带来一些方便。但对于大功率开关电源变压器的线圈绕制没有优势，因为，大功率开关电源变压器的线圈需要用多股线来绕。
6 全桥式变压器开关电源的缺点主要是功率损耗比较较大，因此，全桥式变压器开关电源不适宜用于工作电压较低的场合，否则工作效率会很低。另外，全桥式变压器开关电源中的4个开关器件连接没有公共地，与驱动信号连接比较麻烦。
7 全桥式开关电源的缺点是会出现半导通区，损耗大。
全桥式开关电源最大的缺点是，当两组控制开关K1、K4和K2、K3处于交替转换工作状态的时候，4个开关器件会同时出现一个很短时间的半导通区域，即两组控制开关同时处于接通状态。这是因为开关器件在开始导通的时候，相当于对电容充电，它从截止状态到完全导通状态需要一个过渡过程；而开关器件从导通状态转换到截止状态的时候，相当于对电容放电，它从导通状态到完全截止状态也需要一个过渡过程。
当两组开关器件分别处于导通和截止过渡过程时，即两组开关器件都处于半导通状态时，相当于两组控制开关同时接通，它们会造成对电源电压产生短路；此时，在4个控制开关的串联回路中将出现很大的电流，而这个电流并没有通过变压器负载。因此，在4个控制开关K1、K4和K2、K3同时处于过渡过程期间，4个开关器件将会产生很大的功率损耗。为了降低控制开关过渡过程产生的损耗，一般在全桥式开关电源电路中，都有意让两组控制开关的接通和截止时间错开一小段时间。
希望对你有用
怎么样选择一款好的逆变器
随着科技和汽车行业的蓬勃发展，人们生活水平的不断提高，随之也带动了汽车用品行业的飞速发展。如今车载逆变器市场上流通的产品各类繁多，形式各具特色，但最终的目的是一致的。那么如何选购一款优质的车载逆变器呢？本人认为应该从以下三个方面去做选择。
一、车载逆变器的电子方案。
一款优质的车载逆变器其核心在于内部电子方案的优劣，逆变器的电子方案就犹如人体的心脏一般，好的电子方案应当具备以下特点：
性能优良，可靠性高，输出的电压、电流稳定，过压、短路、过流设保护。车充既要考虑锂电池的实际电性参数及性能要求，以要同时兼顾汽车电瓶的瞬态尖峰电压、系统开关噪声干扰EMI等恶劣环境，因此，电子方案的优劣直接影响着车载逆变器的优劣。
二、车载逆变器的选材。
车载逆变器特殊的使用环境，对其本身提出了更高的要求，必须具有高强的耐热耐火性能。目前市场上很多逆变器产品虽然价格便宜，但是安全性和稳定性都相对较差。因此，一款优质的车载逆变器必须选用耐久性、耐火、耐高温等性能强，长时间使用不易变形的复合材料。大家在选购时应当结合产品标识及说明，仔细认真地辨别其优劣。
三、车载逆变器的质量要求。
一款质量优秀合格的车载逆变器产品的另一个有力的保障就是企业的综合实力，它的生产工艺、质量控制、原材料供应体系等方面都是小厂无法比拟的。优质的车载逆变器产品一般要经过至少23道检测流程：插拔寿命测试、外壳材料测试、电器性能测试、标识及有耐久性测试、输出纹波测试、空载测试、负载测试、过载测试、高压测试、短路测试、USB测试、辐射连续搔扰测试、瞬态传导测试、静电放电抗扰度测试、低温贮藏、低温负荷、高温贮藏、高温负荷、耐温度变化、耐温热测试、振动测试、跌落测试、盐雾测试等。
介于以上所述特点，大家在选购车载逆变器时应当结合产品标识及说明进行仔细的识别，力争做到物美价廉，物超所值。
不间断电源的解决方案
图示为完整的工程解决方案示例。整个系统的能源由市电与蓄电池组共同提供。电厂是一个自动化程度很高的特殊生产企业，自动化的生产设备依赖于供电系统的安全、稳定运行。在现代化的发电厂中，大容量机组发电机的DCS控制系统，包括各种热工自动装置，如自动调节用组装仪表、汽轮机电液数字调节装置、锅炉联锁及安全监察系统FSSS、汽机监视仪表（TSI）、协调控制系统（CCS）等，都需要有一个可靠的电源，该电源要求无论在机组本身厂用电中断还是电网故障时，都不应中断供电，这就要求大容量机组中不但有可以使机组安全停机的事故保安电源，而且要求有一个为控制、监视装置及事故后状态参数记录装置提供高供电品质且不间断供电的交流不停电电源。
1、DCS系统电源保护方案：
市面上电力专用电源采用冗余供电系统，针对电力系统应用负载及环境，运用先进技术制造的工业级交流保护电源，能够充分满足电力DCS系统等负载对供电可靠性的要求。
（图：UPS应用方案）
方案的优点：
1） 为电力行业量身定制的专业型UPS，适应电力行业内部的恶劣电网环境，既满足了电力行业的负载需求，又可以让用户不必再为负载的三相不平衡而烦恼。
2） 1+1冗余并联的工作方式，让本来已经很可靠的供电系统再增加一把安全锁，满足电力行业用户对UPS高可靠性指标的极限需要。
3） 充分利用电力行业的220V/110V大容量电池组，可最大限度的延长UPS的后备时间，并节省电池组的安装空间和前期投资。
4） 选配旁路隔离变压器，实现输入与输出的完全隔离，并可保证输出的零地电压<1V。
5） 丰富的干接点监控信号，可纳入电厂自身的DCS监控系统；出现问题，及时上报，便于值班人员对UPS的实时监控
大型数据中心解决方案
大型数据中心的基础设施系统主要分电源、环境控制和机房监控管理系统。由于大型数据中心承载企业、集团、机构的核心业务，重要性高，不允许业务中断。因而大型数据中心一般根据TIA942标准的Tier4标准建设，可靠性要求99.99999%以上，以保证异常故障和正常维护情况下，数据中心正常工作，核心业务不受影响。
1、电源系统，通常选用多路市电源互为备份，并且机房设有专用柴油发电机系统作为备用电源系统，市电电源间、市电电源和柴油发电机间通过ATS（自动切换开关）进行切换，为数据中心内UPS（不间断供电电源）、机房空调、照明等设备供电。由于大型数据中心业务重要性，通常采用双母线的供电方案供电，满足大型数据中心服务器等IT设备高可靠性用电要求。双母线供电系统，有两套独立UPS供电系统（包含UPS配电系统），在任一套供电母线（供电系统）需要维护或故障等无法正常供电的情况下，另一套供电母线仍能承担所有负载，保证机房业务供电，确保数据中心业务不受影响。在UPS输出到服务器等IT设备输入间，选用SPM（服务器电源管理器）进行电源分配和供电管理，实现对每台机柜用电监控管理，提高供电系统的可靠性和易管理性。对于双路电源的服务器等IT设备，直接从双母线供电系统的两套母线引人电源，即可保证其用电高可靠性。对于单路电源的服务器等IT设备，通常选用STS（静态切换开关）为其选择切换一套供电母线供电。在供电母线无法正常供电时，STS将自动快速切换到另一套供电正常的母线供电，确保服务器等IT设备的可靠用电。
2、环境控制系统，通常选用机房精密空调对数据中心的环境调节，确保服务器等IT设备的运行环境。对于发热量大的服务器等IT设备，通常选用高通孔率（一般大于70%）网孔门的机柜，提高机柜进出风量；将机柜面对面、背对背布置，在机房内形成冷热隔离的风道，提高制冷效率；空调采用下送风方式，确保机房送风均匀，提高制冷效率。
在某些功率密度特别高场合（发热量超过5kw/机柜），往往容易产生局部热点，形成故障隐患。为消除局部热点，需要采用相应的高热密度解决方案，如开放式方案即为在局部热点发生处加装制冷终端XD，加强局部制冷能力，以消除局部热点；封闭式方案即为高功率密度设备放置在封闭机柜内，通过机柜内制冷循环，高效率制冷散热。
3、机房监控管理系统，大型数据中心需要对电源、空调等设备运行状态进行管理，同时还需要对机房内环境，如温湿度、漏水、烟感等参量进行监控，确保数据中心工作在一个正常的范围之内。并对数据中心设备运行参数和环境量实时监控和管理，同时远程监控和管理，实现机房无人值守。 基本组成及作用
一般UPS电源，主要由充电器(CHARGER)、逆变器(INVERTER)、静态开关(SYATICSWITCH)、蓄电池(BATTERY)4大部分和控制部分组成。
UPS电源各部分功能简述如下：
1.充电器的作用
从主电源吸收能量，经过桥式可控硅整流电路、阻容滤波电路，产生直流电，并将直流电提供给蓄电池和逆变器。
2.逆变器的主要作用
将充电器或蓄电池送来的直流电转变成交流电输出。有的也称逆变器为DC/AC变流器，它是UPS电源的核心部件，逆变器性能的好坏，对UPS电源输出波形、效率、可靠性、瞬态响应、噪声、体积、重量等方面有着决定性的影响。一台UPS电源性能好坏，主要是由逆变器的性能来决定的。
3.静态开关的主要作用
静态开关主要作用是保证UPS电源系统不间断供电。当UPS电源正常供电时，逆变器输出交流电作为计算机设备的主要电源(或者由市电经稳压器后直接供计算机用电)。在下列情况出现时:
①当计算机设备起动或发生浪涌超负载;
②当逆变器发生故障。
通过电压检测信号，静态开关迅速将负载由逆变器供电转移到市电供电。一旦恢复正常，经检测市电与逆变器电压同步、同频时，又转为逆变器供电。静态开关，就是完成转换并保证转换可靠、不间断供电的关键设备。
4.蓄电池的主要作用
蓄电池是储存电能的装置。在正常供电时，直流电源对蓄电池进行充电。它将电能转换成化学能贮存起来。当市电中断时，UPS电源将依靠储存在蓄电池中的能量输出直流电，维持逆变器的正常工作。即将化学能转换成电能，供逆变器使用。
5.控制部分的主要作用控制部分在UPS电源中起着十分重要的作用。通过合理的控制，使UPS电源按设计要求给计算机提供稳定可靠的电能 总控站（后台）
由监控站、工程维护站、系统接口等构成，运用管理分析软件处理接收的数据并通过Web发布。工程维护人员登录服务器可查看全厂所有在线设备的运行状态以及完善的历史、实时数据分析统计。 根据现场设备需要，可选择监控功能仪或设备运行状态信息采集仪（EII）。EII通过RS-232/485端口与电能表、电池采集模块、直流屏、UPS等智能设备通信，将监测数据转换为符合通信协议的数据包，接入局域网，传送至主控室服务器。独立完整的ES包括以下部分：
系统主机：由下行串口通道、数据处理器、显示器、上行串口通道组成。下行串口通道通过RS-485总线访问电池电压采集模块，采集数据，管理电压采集模块，数据处理器完成数据解压、数据计算、存储管理，将处理后的数据一部分送往显示器，另一部分由上行串口通道发送至协议处理器，或传给上一层管理系统。
数据采集组：可根据用户需要确定采集数据要求及配置相应采集仪器，一般由电池电压采集模块、电流、温度、功率等组成，模块间隔离良好、绝缘性强，可靠性、安全性高。数据采集可分组，每个模块可对一定数量电池进行电压采集，可配备电流、温度传感器，模块间与系统主机一般采用RS-485连接。
协议处理器：具有协议处理程序的接口板，处理各种通信协议。可实现：①将主机发送的电池电压、电流、温度等信息按约定协议编码、打包、发送至远程服务器;②将远程服务器发出的遥控、遥调指令经过解码发给主机，实时控制。
放电模块：可快速测出电池直流内阻，瞬间测试电池性能，大功率放电模块可提供瞬间大电流冲击负荷。
远程服务器：实现局域网内计算机数据通信，通过局域岗远程访问现场的蓄电池监测系统，接收、分析数据，通过Web服务器发布数据。 一、概述
随着经济的飞速发展以及基层央行对网络建设认识的不断加深，中心机房建设和改造，近几年如火如荼。但随之而来的就是日益庞大的电费开销，中心机房在建设中的投资，其中电气、电源、制冷等系统设施占了一半以上的投资比例，高额的电能消耗使得整个数据中心运行成本居高不中心机房面临“建得起却用不起”的尴尬境地。
降低中心机房的运营成本和节能降耗成了基层央行有关部门关注的问题，节约能源可以从以下几方面入手。首先是机房环境的节能，包括制冷环境、供电环境;其次是从IT硬件设备节能，减少IT设备的能耗;最后是IT设备内部各集成电路的节能，比如CPU的节能等。UPS处于交流供电环节的最重要一环，机房几乎所有的IT设备由UPS供电，提高运行时的能效势在必行。UPS的节能必须从方案、电池、配电等方面全方位进行。
二、按需扩容的柔性规划
一般地市级中心机房的建设都不是一步到位，会考虑今后未来5到10年的需求，但是UPS一般都是一步到位，一次就安装了2套大功率的UPS并机，结果初期负载只有规划容量的10%～20%，没等承载所规划的负载就进入了设备淘汰期。这不仅造成投资的浪费，而且也无法使UPS运行在较高的效率点，造成电能的浪费。如何避免这种情况的发生，从UPS供电系统角度考虑，应该包括以下几个方面。 (一)供电方案设计
目 前UPS供电方案主要有分散供电、集中供电2种。分散供电的特点是一台UPS为一台或多台负载设备供电。分散供电的好处是分散风险，不会因为一台UPS供电异常而造成大面积停电;缺点是UPS分散布置，不便管理，而且布线不易规划。另一种是采用集中供电方案，由一套大功率的UPS供电系统直接对机房的所有负载供电。集中供电的好处是便于规划、管理方便、维护方便;缺点是如果UPS系统异常，容易引起大面积停电事故，此缺点可以通过采用各种并联构架来避免。因此，以上两种方案各有优缺点，目 前的中心机房一般都采用集中供电方案，也集中了供电的风险。当机房UPS装机总容量超过一定限度时，建议将机房按几期规划分成几个区域进行供电。
(二)UPS在线并机扩容功能
机房UPS容量的规划，可以根据不同时期的负载容量要求采用逐步扩容的方案，使投资方案更经济，同时也能使UPS工作于较佳的效率点。目 前中、大功率段的UPS均已经具备冗余并机功能，不仅提高了系统的可靠性，同时也为机房扩容提供了条件。只要规划时在UPS前后配电箱预留足量的空气开关，并在机房规划相应空间，即可实现UPS并机扩容功能。关键是并机的过程处理，多种品牌UPS并机时需要对UPS的设置进行修正，此时要求UPS必须在维修旁路状态工作，UPS由市电直接带载，如果此时市电波动较大甚至停电，将造成系统的大面积瘫痪。所以并机扩容必须具备在线并机功能，即UPS并机扩容时，只需将新增UPS软件修改至与原UPS系统一致后，在不关闭原有UPS系统的情况下直接将新增UPS并入原有系统即可，扩容前后，UPS均工作于在线模式下，避免切换至旁路供电的高风险操作。 (三)采用模块化UPS实现逐步扩容
目 前，模块化UPS已经开始在国内应用，模块化UPS特点主要包括：可扩容、平均故障修复时间(MTTR)短、可经济实现“N+X”冗余并机。以台达C系~IJUPS为例，每个模块为20kVA，整个系统最大可扩容至160kVA，可以根据机房的实际容量需求，逐步扩容，只要在机房初期规划好配电容量即可。同时，实现“N+X”冗余比较划算，以60kVA的容量要实现“N+I”冗余为例，传统方案必须扩容一台60kVAUPS，而采用模块化UPS，则只需扩容一个20kVA的模块即可，节省大笔资金的投入。
三、提高UPS自身能效，优化负载效率曲线
目 前UPS均为在线式双变换构架，在其工作时整流器、逆变器均存在功率损耗。以一个容量为60kVA的UPS为例，每度电按1.2元计算，UPS效率每提高1%，一年节省的电费为5045.76元。可见提高UPS的工作效率，可以为数据中心节省一大笔电费，也是降低整个机房能耗的最直接方法。因此采购UPS应尽量采购效率更高的UPS。
当然UPS效率高不仅仅是满载时效率高，同时也必须具备一个较高的效率曲线，特别是在“1+1”并机系统时，根据系统规划，每台UPS容量不得大于50%，如果此次效率仅为90%以下，就算满载效率达到95%以上，也是没有意义的，所以要求UPS必须采取措施优化效率曲线，使UPS效率在较低负载时也能达到较高的效率。
除了提高UPS自身的效率之外，UPS的一些功能也可加以利用。比如像ECO经济运行模式，其原理是在较好的市电环境下，激活此功能，使UPS由静态旁路直接供电，此时逆变器处于待机状态，正常工作但不输出能量，_旦市电异常，UPS立即切换到逆变器供电状态，切换时间一般在1毫秒以内，由于逆变器处于待机状态，所以自身损耗很小，此时UPS的整机效率可以达~1J97%以上，比正常模式减少3%以上的损耗。
使用ECO模式必须具备2个条件：一是静态旁路必须采用两组高可靠晶闸管，不得采用接触器加晶闸管的组合，因为接触器吸合时接触点会打火，一般工作数百次之后就不能正常工作，而晶闸管则不存在此问题，同时可以缩短切换时间。二是建议在较好的电力环境下使用，比如一级供电单位等。
四、降低输入电流谐波，提高功率因数
谐波产生的根本原因是由于电力线路呈现一定阻抗，等效为电阻、电感和电容构成的无源网络。由于非线性负载产生的非正弦电流，造成电路中电流和电压畸变，称为谐波。谐波的危害包括：引起电气组件附加损耗和发热(如电容、变压器、电机等);电气组件温度升高，效率低，加速绝缘老化，降低使用寿命;干扰设备正常工作;无功功率增加，电力设备有功容量降低(如变压器、电缆、配电设备);供电效率低;出现谐振，特别是柴油发电机发电时更严重;空开跳闸、熔丝熔断、设备无故损坏。UPS对电网而言是一个非线性负载，在工作时会产生大量的谐波。以配置6脉冲整流器的UPS为例，其输入功率因数一般为0.75左右，谐波大于30%。 (一)12脉冲整流器
其原理是在原有6脉冲整流器基础上，在输入侧增加一个移相变压器和6脉冲整流器。采用该技术方案后，可以将谐波降低至10%左右。优点是较为简单，谐波改善明显;缺点是对功率因数改善有限，价格略高。
(二)无源滤波器
依据LC滤波电路原理，对UPS产生的谐波进行滤除，并对功率因数进行补偿。优点是技术简单，成本较低;缺点是只能补偿将点阶次的谐波，同时受负载阻抗影响较大，无法适用于全功率段。
(三)有源滤波器
原理是利用可控的功率半导体器件向电网注入与谐波源电流幅值相等、相位相反的电流，使电源的总谐波电流为零，达到实时补偿谐波电流的目的。优点是可以补偿多个阶次的谐波，且不受负载阻抗大小的影响;缺点是购置成本较高。
(四)高频IGBT整流及PFC功率因数校正电路设计
整流器原理是采用高频率PWM控制IGBT导通，对输入电压波形进行分割，使输入的电流波形尽量接近正弦波，并对输入电压和电流相位差进行补偿。优点是体积轻，价格便宜，效果好;缺点是技术结构复杂，不易维护，受功率器件影响，目 前容量大小受到限制。
以上几种技术，性能及投资对比，可以根据实际需求选择合适的方案。
五、电池管理及配电管理技术
UPS都配备了电池，用户在电池组上的投资往往占整个UPS供电系统投资的很大比例，甚至超过UPS本身的投资，而电池的使用年限明显低于UPS主机。由于电池主要材料是重金属铅、硫酸和不易分解的塑料，都会对环境造成严重的污染。因此减少电池使用数量，延长电池循环使用寿命，不仅节省直接和间接的电池投资，而且还减少整个机房设备对环境的污染。所以UPS可以通过以下几个技术实现电池的节能。
(一)并机共用电池组功能
共用电池组原理是通过特殊的整流器隔离故障，使并机系统中的2台或多台UPS的整流同步，母线均流，使系统中的各台UPS母线直接并联，然后将满足系统后备时间要求的电池并联后接人并联母线系统中，实现电池的共享，减少电池投资。以“1+1”为例，传统的UPS方案，系统后备—小时，考虑其中一台UPS故障时，UPS2的电池不能为UPS1使用，所以UPS1和UPS2必须各配置一套-4,时的电池组，才能保障系统在断电后还能备用一小时。采用共用电池组方案后，因为UPS1故障后，系统中的电池仍能为UPS2提供能量，所以整个系统仅需配置一套一小时电池即可。这不仅节省了电池直接投资，同时也节约机房在空间、承重及空调等方面的投资，也降低了对环境的污染。
(二)智能电池管理技术
影响电池寿命的因素有很多，主要包括温度、充电、放电、循环次数等。如果能够对上述几个因素进行综合处理，可以大大延长电池的使用寿命，延长电池更换周期，节约电池投资。UPS的智能电池管理击包括：电池均浮充管理(均浮充控制)、充电温月智能放电终止电压控制，除此之外还应具备电动检测和电池漏液检测功能。另外还可以选压范围较宽的UPS，减少电池放电次数。通过上述几种技术，可大幅度延长电池寿命2--3年。
光伏逆变器的系统成本
在光伏逆变器中运用新型SiCBJT可实现更低的系统成本。最近，碳化硅(SiC)的使用为BJT赋予了新的生命，生产出一款可实现更高功率密度、更低系统成本且设计更简易的器件。SiCBJT运用在光伏电源转换器中时，可实现良好效率，并且(也许更重要的是)能够使用更小、更便宜的元件，从而在系统级别上显著降低成本。
在过去30多年中，诸如MOSFET和IGBT之类的CMOS替代产品在大多数电源设计中逐渐取代基于硅的BJT，但是今天，基于碳化硅的新技术为BJT赋予了新的意义，特别是在高压应用中。
碳化硅布局以同等或更低的损耗实现更高的开关频率，并且在相同形状因数的情况下可产生更高的输出功率。运用了SiCBJT的设计也将使用一个更小的电感，并且使成本显著降低。虽然运用碳化硅工艺生产的BJT相较于仅基于硅的BJT会更昂贵，但是使用SiC技术的优势在于可在其它方面节省设计成本，从而实现更低的整体成本。本文介绍的升压转换器设计用于光伏转换阶段，其充分利用SiCBJT的优势，在显著降低系统成本的同时可实现良好的效率。
碳化硅的优势
基于硅的BJT在高压应用中失宠有几方面原因。首先，SiBJT中的低电流增益会形成高驱动损耗，并且随着额定电流的增加，损耗变得更糟。双极运行也会导致更高的开关损耗，并且在器件内产生高动态电阻。可靠性也是一个问题。在正向偏压模式下运行器件，可能会在器件中形成具有高电流集中的局部过温，这可能导致器件发生故障。此外，电感负载切换过程中出现的电压和电流应力，可能会导致电场应力超出漂移区，从而导致反向偏压击穿。这会严格限制反向安全工作区(RSOA)，意味着基于硅的BJT将不具有短路能力。
在运用碳化硅的新型BJT中不存在同样的问题。与硅相比，碳化硅支持的能带间隙是其三倍，可产生更大的电流增益，以及更低的驱动损耗，因此BJT的效率更高。碳化硅的击穿电场强度是硅的10倍，因此器件不太容易受到热击穿影响，并且要可靠得多。碳化硅在更高的温度下表现更出色，因此应用范围更为广泛，甚至包括汽车环境。
从成本角度而言，碳化硅的高开关频率在硬件级可实现成本节约。虽然相较于基于纯硅，基于碳化硅的BJT更昂贵，但SiC工艺的高功率密度将会转换为更高的芯片利用率，并且支持使用更小的散热器和更小的过滤器元件。从长远来看，使用更昂贵的碳化硅BJT实际上更省钱，因为整体系统的生产成本更低。我们设计的升压转换器就是一个例子。它设计用于额定功率为17千瓦的光伏系统中，具有600伏的输出电压，输入范围为400到530V。
管理效率
BJT的驱动器电路能够减少损耗和提高系统效率。驱动器做了两件事：对器件电容迅速充放电，实现快速开关;确保连续提供基极电流，使晶体管在导通状态中保持饱和状态。
为了支持动态操作，15V的驱动器电源电压引起更快的瞬态变化，并提高性能。SiCBJT的阈值电压约为3V。通常情况下无需使用负极驱动电压或米勒钳位来提高抗扰度。
SiCBJT是一个“常关型”器件，并且仅在持续提供基极电流时激活。选择静态操作的基极电流值会涉及到传导损耗和驱动损耗间的折衷平衡。尽管有较高的增益值(因此会形成较低的基极电流)，驱动损耗对SiCBJT仍非常重要，由于SiC布局具有较宽能带间隙，因此必须在基极和发射极间提供一个更高的正向电压。将基极电流增加一倍，从0.5A增加到1A，仅降低正向等效电阻10%，因此需要降低传导损耗，同时使饱和度转变为较高水平。这是我们设计升压转换器的一个重要考虑因素，因为它会在更高的电流纹波下运行。1A的基极电流会使开关能力增加至40A
静态驱动损耗是选定驱动电压和输入电压的一个函数(间接表示占空比值)。实现高开关速度需要15V的驱动电压，产生约8W的损耗，主要集中在基极电阻上。为了弥补这方面的损耗，对于动态和静态操作，我们通常使用两个单独的电源电压。图1提供了示意图。高压驱动器的控制信号会“中断”，因此它仅在开关瞬态期间使能。静态驱动阶段使用较低电压，从而可以降低静态损耗，并在整个导通期间保持激活状态。
图1.使用两个电源电压降低损耗
减小滤波器的尺寸
在更高的开关频率下运行，可降低无源元件的成本。为了进一步提高功率密度，我们着眼于改善滤波器电感的方法。在评估了各种核心材料的能力后，我们选择了一种使用Vitroperm500F(一种薄夹层式纳米晶体材料)制成的新型磁芯材料。该材料产生的损耗低，且在高频率下运转良好。此外也可在高饱和磁通值下运行，这意味着该材料比类似的铁氧体磁芯(图2右侧)要小得多。使用Virtoperm磁芯构成的滤波电感器，约为参照系统的四分之一大小。
图2显示了在最大电流纹波(40%)下对于不同材料将电感器尺寸作为开关频率函数的因素。在此，我们假设电感量近似为电感值，而这又取决于峰值磁通密度和开关频率。在达到指定的临界点(在100mW/cm时定义的特定损耗3)后，需要降低峰值磁通量以避免过热，从而在该点之外运行将不会导致其大小显著减小。频率一定时，Vitroperm500F可在所有材料中实现最佳性能。
图2.用作频率函数的不同芯材的电感器大小，以及与Vitroperm和铁氧体磁芯的大小比较
图3显示了测得的效率级，包括采用两阶段解决方案的驱动损耗。根据计算得出的损耗分布如下图曲线所示。该系统可以在没有达到临界温度或饱和度的情况下达到高电流负载。该两阶段驱动解决方案会将驱动损耗降低至输入功率的0.02%左右。整体损耗更低使得所需的散热片尺寸减小，且更高的开关频率允许使用更小的过滤器元件。所有这些特性最终有助于降低系统成本。
图3.48kHz时的效率和驱动损耗，以及原型图
插电式混合动力车辆冷却系统模拟新方法
针对2025年款车辆，美国环保署(EPA)2017—2025法规已经将公司平均燃油经济性(CAFE)的要求提高了33%。与之类似，欧盟也制订了与CO2减排有关的目标，要求2021年后面世车辆的CO2排放减少27%(相较于2015年目标)。这些排放限制使大多数原始设备制造商(OEM)的注意力转向了混合动力电动车辆。很多汽车制造商已经基于现有车型开始研究插电式混合动力车辆(PHEV)。相较于通过内燃机驱动的车辆，混合动力电动车辆具有更低的排放和更高的燃油经济性。除传统冷却液消耗组件外，PHEV车辆结构还包含额外的电气组件。所有这些附加组件对冷却液流量的需求在实现高效运行和冷却液流量平衡方面极具挑战性。当前研究的主要工作是在一维环境中利用FloMASTER软件模拟PHEV冷却系统，实现车辆内所有冷却液消耗组件的流量分布可视化。利用现有车辆试验数据验证了一维冷却液网络。为模拟实际驾驶条件，还采用标准测试循环进行了瞬态模拟。试验数据与试验值关联性良好，且偏差不超过10%。随着社会各界对降低车辆燃油耗和改变车辆排放方式的关注度持续增加，由燃料电池或电能提供动力的混合动力车辆的开发被提上日程。混合动力电动车辆作为传统车辆与纯电动车辆之间的桥梁，具有多种组合方式，如串联式、并联式和混联式。插电式混合动力车辆(PHEV)是混合动力汽车的1个细分种类，在无需内燃机辅助的条件下，仅利用可充电式电池组驱动电动机就可驱动车辆。内燃机还存在于PHEV中，在电池电量完全耗尽时用于驱动车辆。辅助任务需要采用的电池组和额外电子元器件必须布设在有限的车辆空间内。这些零部件的布置不能与发动机距离过近，这是因为其工作温度低于发动机的工作温度。由于这些零部件能够产生大量的热量，因此将其作为1个紧凑的热源需要专门设计冷却系统对其进行主动冷却。
Park等开展了基于混合动力电动车辆冷却系统的热分析，并研究了附加硬件对冷却系统性能的影响。他指出了有关冷却模块位置和尺寸变化的一些问题。Mehmoud等分析了气体回路、冷却液回路、机油回路和发动机结构，以及这些回路/组件在车辆驾驶条件下的相互作用。该系统能准确预测发动机热流、发动机组件温度、不同位置的机油温度、冷却回路中每个组件的冷却液温度、燃烧导致的放热、机械摩擦导致的放热、燃油耗、氮氧化物(NOx)排放、功率、平均有效压力等参数。Gu等根据一维流动和传热理论建立了1个发动机冷却系统模型，并利用试验数据对其进行了验证。Kim等讨论了能缩短发动机预热时间从而降低燃油耗和发动机排放的主动冷却控制策略。Masjuki等比较了加压空气与散热器风扇产生气流的空气流动方式，讨论了车辆在熄火后延长散热器风扇和冷却液泵工作时间对系统的影响，还讨论了采用电动泵取代机械泵的方案。试验结果显示，加压空气比带冷却风扇的气流具有更强的散热能力。Nessim等讨论了1套先进的热管理系统并介绍了该系统相对于传统冷却系统的优势。Bassett等介绍了基于增程式混合动力电动车辆(REEV)演示验证PHEV样车研究，提出了1个经过改造的冷却系统，并介绍了REEV演示验证样车冷却回路特性的初始测量结果。Weustenfeld等介绍了旨在传递组件间热量的热管理策略，阐述了在冬季与夏季环境下的模拟结果。该策略最多可识别出14种有效工作模式，并通过计算每一种工作模式的总有效时间来划分重要度等级。Pathuri等进行了针对系统性能评价的发动机冷却模拟,还尝试了不同的散热器风扇设计以预测空气流量。Hung等通过评价新型混合流动比(HFR)和性能指标单位散热率(SHD)，从而提高系统效率和降低能耗。其中，混合热管理系统通过比例阀、电控风扇和冷却液泵以实现对温度的控制。
根据车辆热系统一维模拟的文献检索可知，PHEV根据冷却系统模拟方面的内容还是空白。当前研究侧重模拟具有3种冷却回路(分别基于各自工作温度)的PHEV冷却系统。研究人员利用FloMASTER软件，采用一维模拟方法对冷却回路进行了模拟。
1车辆冷却系统
对于以内燃机作为主要驱动力的传统车辆，其冷却回路由散热器和加热器组成，部分车型带有发动机机油冷却器(EOC)。针对该研究中的PHEV，在其回路中添加了1个电动冷却液加热器，用作车辆在电池耗尽模式下运行时的热源。当发动机处于停机状态时，负责驱动冷却系统中冷却液流动的主机械泵同样也会停止工作，因此需要采用1个电辅助泵驱动冷却液流动。PHEV冷却液流动的高温回路、电池回路及低温回路结构示意图见图1和图2。该冷却系统还具有带前置(FHTR)和后置加热器(RHTR)的双空调系统。
采用独立电池回路使电池在所有条件下保持在-3~32°C的温度范围内。该回路具有根据驾驶条件和环境条件加热和冷却电池的能力。电池回路中的冷却器会吸收电池组在工作过程中产生的热量。此外，在低温环境条件下，需要对电池进行加热，这是因为必须保证电池在指定的温度范围内高效运行。基于这个目的，在高温回路加热冷却液的辅助下，采用回路间换热器(ILHEX)对电池回路中的冷却液进行加热。在电池回路中采用大容量电动泵以维持整个回路所需的流量。
针对不同的目的，如电池充电、将电池产生的功率转化成驱动辅助电气组件的电能，以及将电池直流(DC)电源转化成用于驱动电机的交流(AC)电源，PHEV需要采用不同的电子元器件。之所以采用独立低温回路冷却组件，是因为其温度范围与电池和发动机的不同。这些电子元器件在低温回路中产生的热量通过低温散热器散发到环境中。
每一个回路都安装了独立的储热罐用于调节冷却系统内冷却液的膨胀或收缩。在高温、低温和电池回路中采用配比50:50的乙二醇-水溶液作为冷却液，在高温回路中采用2个三通阀引导冷却液根据要求流向特定方向。
2模拟方法
在FloMASTER环境中利用标准库组件模拟了由回路间换热器连接的高温和电池冷却液回路。利用换热器库中的“换热器-散热器”组件模拟了高温散热器。采用“换热器-加热组件”模拟了诸如发动机机油冷却器、前置加热器、后置加热器和回路间换热器等其他换热器。由于未考虑其他流体的传热，仅模拟了这些换热器中的冷却液流量。因此，假设其他流体的流量均为零。其他流体模拟采用的是零流量源和连接在换热器组件非冷却液端的零测量压力源。仅在回路间换热器情况下需要对2类流体都进行模拟，因为在该情况下冷却液是从高温和电池回路分别流出的。对于电动冷却液加热器(ECH)和电池组等其他组件，分别采用“换热器-加热器-冷却器”和“热桥”组件。之所以选择该换热器，是因为冷却液是流经这些组件并吸收组件产生热量的唯一流体。所有换热器的性能数据均来自于供应商提供的数据。
为获得全开、部分打开和全关条件下冷却液温度对节温器升程的影响，采用截止阀、量规和逻辑控制器在FloMASTER环境中对节温器进行了模拟。创建了1个定制泵组件并用于模拟高温回路的离心式机械泵。诸如高温辅助泵、电池回路泵和低温回路泵等电动泵采用定制表面泵模拟。输入这些泵的性能数据以2种表面泵形式存在，即“泵转速-泵流量-泵压升”和“泵转速-泵流量-泵效率”。这些定制表面泵模拟分别如图3和图4所示。
采用FloMASTER库中的管道、弯头、转换导管和连接组件模拟冷却系统所需的所有管件。采用“三孔二位方向控制阀(DCV)”组件模拟三通阀，采用“阀-简单校验组件”模拟止回阀，且所有阀的性能输入数据均来自于相应的供应商试验数据。将冷却液储存器连接到每一个回路(高温回路和电池回路)中用于模拟冷却系统中采用的储热罐，目的是在系统运行过程中存储过量冷却液或提供少量冷却液。高温和电池冷却系统回路模型如图5所示。
采用与高温和电池冷却液回路相同的方式模拟用于保持PHEV中功率电子元器件温度的低温冷却液回路。分别采用“换热器-散热器”、“换热器-热桥”和“热桥”组件模拟低温散热器、变速箱机油冷却器(TOC)和车载充电模块(OBCM)。采用“换热器-加热器-冷却器”模拟功率逆变器模块(PIM)和辅助动力模块(APM)换热器。采用冷却液储存器模拟冷却系统中的储热罐。低温冷却系统模型如图6所示。
3试验结果
3.1稳态结果
对于稳态模拟，所需的边界条件包括网络中采用的所有泵的转速及与特定温度相对应的冷却液储存器中冷却液的温度和压力值。在25℃的环境温度下，针对3个回路中的所有组件进行了试验台试验。根据试验条件对所有3个回路进行了稳态模拟。高温机械泵转速根据试验台试验采用的发动机转速发生变化。高温回路辅助泵和电池回路泵以恒定转速运转，分别为5500r/min和6000r/min。得到的高温组件流量与试验数据的比较结果表明，除发动机机油冷却器外，在高泵转速下的模拟结果与试验数据关联性良好。图7所示为发动机机油冷却器、前置加热器和后置加热器等高温回路组件的冷却液流量比较结果。
对于低温回路模拟，为获得电子元器件的冷却液流量值，低温电动泵的转速是不断变化的。研究人员比较了低温散热器、辅助动力模块和功率逆变器模块的冷却液流量试验值和模拟结果，偏差在10%以内。低温散热器、辅助动力模块和功率逆变器模块组件冷却液流量的试验和模拟结果比较见图8。
3.2瞬态结果
对于传热瞬态模拟，诸如泵转速和换热器出口处的冷却液温度等边界条件被指定为相对时间的独立变量。瞬态模拟未考虑二次流换热对冷却液流量的影响。研究人员在不同的环境温度下进行了车辆试验。
根据环境温度考虑了3种试验，即高环境温度、中等环境温度和低环境温度。针对瞬态验证，采用不同驾驶循环表征不同环境条件(低温、中等温度和高温)下冷却系统的工作能力。不同的驾驶循环针对相应的组件具有不同的冷却液流量目标。本研究针对所提出的设计目标进行了试验验证，并根据相应的试验条件对冷却液网络模型进行了模拟。
3.2.1高环境温度驾驶循环
驾驶循环采用110℉的环境温度，模拟的是高环境温度条件。在试验循环过程中的发动机转速和车速的变化如图9所示。
图10至图13所示为PHEV组件瞬态冷却液流量模拟结果与试验数据的比较情况。电动冷却液加热器、辅助动力模块和功率逆变器模块的冷却液流量结果与车辆试验数据一致。电池回路的冷却液流量与试验结果的偏差较大。
3.2.2中等环境温度驾驶循环
在80°F的环境温度条件下进行了中等环境温度驾驶循环模拟。试验循环过程中发动机转速和车速的变化如图14所示。将电动冷却液加热器、辅助动力模块和功率逆变器模块的冷却液流量结果与车辆试验数据进行了比较，结果比较情况如图15~图17所示。结果表明，这些组件的冷却液流量与中等环境温度驾驶循环条件下的车辆试验数据一致。
3.2.3低环境温度驾驶循环
该循环的环境温度约为20°F。采用该试验模拟低环境温度条件下的车辆运行情况。采用低环境温度驾驶循环的目的是测试冷却系统设计是否能在较低温度下为相应的组件提供所需的最小冷却液流量，这是因为低环境温度下冷却液的黏度相对较大。在低环境温度驾驶循环中尝试模拟冷态环境中的车辆运行情况。图18所示为车速和发动机转速随驾驶循环时间的变化情况。
图19~图21所示为PHEV组件瞬态冷却液流量模拟结果与试验数据的比较情况。在低环境温度驾驶循环中，电动冷却液加热器、辅助动力模块和功率逆变器模块的冷却液流量结果与车辆试验数据一致。在中等和低环境温度试验中，由于未采用电池组驱动电机，因此，流经电池回路的冷却液流量为0。
4结论
通过对PHEV车辆冷却系统的模拟，介绍了PHEV冷却系统的模拟方法。采用试验台和车辆级试验验证了一维模型。结果显示，所有环境温度条件下的模拟结果与车辆试验结果关联性良好。对冷却系统进行了高温回路发动机机油冷却器、前置加热器和置加热器，以及低温回路散热器、功率逆变器模块和辅助动力模块的稳态关联性研究。针对高环境温度、中等环境温度和低环境温度驾驶循环，进行了电池、辅助动力模块、功率逆变器模块和电动冷却液加热器的瞬态分析关联性研究。根据该试验方法可以开发1套模拟其他PHEV车辆冷却系统的标准操作程序，可使PHEV实现高效运行且具有良好的冷却液流量平衡。在概念设计的早期阶段实施这些模拟有助于研发人员根据流量分布和流量平衡进行快速决策。此外，该模拟设计还有助于在折中处理过程中通过改变管件实现紧凑结构设计。
注：本文发表于《汽车与新动力》杂志2020年第2期
作者：[印度]M.VARMA等
整理：田永海
编辑：虞展
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