大佬帶你了解逆變器，單相逆變器原理+基本形式解讀

逆變器是電路中的常用器件之一，針對不同用途，市場上存在不同類型的逆變器。為增進(jìn)大家對逆變器的認(rèn)識，本文將對單相逆變器的工作原理以及單相逆變器的基本形式予以介紹。如果你對逆變器具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

一、單相逆變器工作原理

能夠?qū)⒅绷麟娹D(zhuǎn)換為交流電的電路稱為逆變電路，逆變電路也簡稱為逆變器。按逆變電路輸出交流電壓的相數(shù)不同，可分為單相逆變器、三相逆變器和多相逆變器。

圖3-13a所示為單相橋式逆變器，4個(gè)橋臂由開關(guān)構(gòu)成，輸入直流電壓E，逆變器負(fù)載是電阻R。當(dāng)將開關(guān)S1、S4閉合，S2、S3斷開時(shí)，電阻上得到左正右負(fù)的電壓;間隔一段時(shí)間后將開關(guān)S1、S4打開，S2、S3閉合，電阻上得到右正左負(fù)的電壓。以頻率f交替切換S1、S4和S2、S3，在電阻上就可以得到圖3-13b所示的電壓波形。顯然這是一種交變的電壓，隨著電壓的變化，電流也從一個(gè)支路轉(zhuǎn)移到另外一個(gè)支路，通常將這一過程稱為換相或換流。

在實(shí)際應(yīng)用中，圖3-13a所示電路中的開關(guān)是各種電力電子器件。逆變器常用的開關(guān)器件有：普通型和快速型晶閘管(SCR)、門極關(guān)斷(GTO)晶閘管、功率晶體管(GTR)、功率場效應(yīng)晶體管(P-MOSFET)、絕緣柵雙極型晶體管(TGBT)等。普通型和快速型晶閘管作為逆變器的開關(guān)器件時(shí)，因其陽極與陰極兩端加有正向直流電壓，只要在它的門極加正的觸發(fā)電壓，晶閘管就可以導(dǎo)通。但晶閘管導(dǎo)通后門極失去控制作用，要讓它關(guān)斷就困難了，必須設(shè)置關(guān)斷電路。如用全控器件，可以在器件的門極(或稱為柵極、基極)加控制信號使其導(dǎo)通和關(guān)斷，換流控制自然就簡單多了。

二、單相逆變器的基本形式

1、半橋逆變器

圖3-14a所示為半橋逆變器原理圖，直流電壓Ud加在兩個(gè)串聯(lián)的容量足夠大的、相同的電容兩端，并使得兩個(gè)電容的連接點(diǎn)為直流電源的中點(diǎn)，即每個(gè)電容上的電壓為Ud/2。由兩個(gè)導(dǎo)電臂交替工作使負(fù)載得到交變電壓和電流，每個(gè)導(dǎo)電臂由一個(gè)功率晶體管與一個(gè)反并聯(lián)二極管所組成。

電路工作時(shí)，兩只功率晶體管V1、V2基極信號交替正偏和反偏，兩者互補(bǔ)導(dǎo)通與截止。若電路負(fù)載為感性，其工作波形如圖3-14b所示，輸出電壓為矩形波，幅值為Um=Ud/2。負(fù)載電流io波形與負(fù)載阻抗角有關(guān)。設(shè)t2時(shí)刻之前V1導(dǎo)通，電容C1兩端的電壓通過導(dǎo)通的V1加在負(fù)載上，極性為右正左負(fù)，得負(fù)載電流io由右向左。t2時(shí)刻給V1關(guān)斷信號，給V2導(dǎo)通信號，則V1關(guān)斷，但感性負(fù)載中的電流io方向不能突變，于是VD2導(dǎo)通續(xù)流，電容C2兩端電壓通過導(dǎo)通的VD2加在負(fù)載兩端，極性為左正右負(fù)。當(dāng)t3時(shí)刻io降至零時(shí)，VD2截止，V2導(dǎo)通，io開始反向。同樣在t4時(shí)刻給V2關(guān)斷信號，給V1導(dǎo)通信號后，V2關(guān)斷，io方向不能突變，由VD1導(dǎo)通續(xù)流。t5時(shí)刻io降至零時(shí)，VD1截止，V1導(dǎo)通，io反向。

由以上分析可見，當(dāng)V1或V2導(dǎo)通時(shí)，負(fù)載電流與電壓同方向，直流側(cè)向負(fù)載提供能量;而當(dāng)VD1或VD2導(dǎo)通時(shí)，負(fù)載電流與電壓反方向，負(fù)載中電感的能量向直流側(cè)反饋，反饋回的能量暫時(shí)儲存在直流側(cè)電容器中，電容器起緩沖作用。由于二極管VD1、VD2是負(fù)載向直流側(cè)反饋能量的通道，故稱反饋二極管;同時(shí)VD1、VD2也起著使負(fù)載電流連續(xù)的作用，因此又稱為續(xù)流二極管。

2、全橋逆變器

全橋逆變器可看作兩個(gè)半橋逆變電路的組合。電路原理如圖3-15a所示。直流電壓ud接有大電容C，使電源電壓穩(wěn)定。電路中的4個(gè)橋臂，橋臂1、4和橋臂2、3組成兩對，工作時(shí)，設(shè)t2時(shí)刻之前V1、V4導(dǎo)通，負(fù)載上的電壓極性為左正右負(fù)，負(fù)載電流io由左向右。t2時(shí)刻給V1、V4關(guān)斷信號，給V2、V3導(dǎo)通信號，則V1、V4關(guān)斷，但感性負(fù)載中的電流io方向不能突變，于是VD2、VD3導(dǎo)通續(xù)流，負(fù)載兩端電壓的極性為右正左負(fù)。當(dāng)t3時(shí)刻io降至零時(shí)，VD2、VD3截止，V2、V3導(dǎo)通，io開始反向。同樣在t4時(shí)刻給V2、V3關(guān)斷信號，給V1、V4導(dǎo)通信號后，V2、V3關(guān)斷，io方向不能突變，由VD1、VD4導(dǎo)通續(xù)流。t5時(shí)刻io降至零時(shí)，VD1、VD4截止，V1、V4導(dǎo)通，io反向，如此反復(fù)循環(huán)，兩對交替各導(dǎo)通180°。其輸出電壓uo和負(fù)載電流io、如圖3-15b所示。

經(jīng)數(shù)學(xué)分析或?qū)嶋H測試，均可得出基波幅值Uo1m和基波有效值Uo1分別為：

Uo1m=1.27Ud(3-3)

Uo1=0.9Ud(3-4)

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