大佬带你了解逆变器，单相逆变器原理＋基本形式解读

逆变器是电路中的常用器件之一，针对不同用途，市场上存在不同类型的逆变器。为增进大家对逆变器的认识，本文将对单相逆变器的工作原理以及单相逆变器的基本形式予以介绍。

一、单相逆变器工作原理

能够将直流电转换为交流电的电路称为逆变电路，逆变电路也简称为逆变器。按逆变电路输出交流电压的相数不同，可分为单相逆变器、三相逆变器和多相逆变器。

图3-13a所示为单相桥式逆变器，4个桥臂由开关构成，输入直流电压E，逆变器负载是电阻R。当将开关S1、S4闭合，S2、S3断开时，电阻上得到左正右负的电压;间隔一段时间后将开关S1、S4打开，S2、S3闭合，电阻上得到右正左负的电压。以频率f交替切换S1、S4和S2、S3，在电阻上就可以得到图3-13b所示的电压波形。显然这是一种交变的电压，随着电压的变化，电流也从一个支路转移到另外一个支路，通常将这一过程称为换相或换流。

在实际应用中，图3-13a所示电路中的开关是各种电力电子器件。逆变器常用的开关器件有：普通型和快速型晶闸管(SCR)、门极关断(GTO)晶闸管、功率晶体管(GTR)、功率场效应晶体管(P-MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(TGBT)等。普通型和快速型晶闸管作为逆变器的开关器件时，因其阳极与阴极两端加有正向直流电压，只要在它的门极加正的触发电压，晶闸管就可以导通。但晶闸管导通后门极失去控制作用，要让它关断就困难了，必须设置关断电路。如用全控器件，可以在器件的门极(或称为栅极、基极)加控制信号使其导通和关断，换流控制自然就简单多了。

二、单相逆变器的基本形式

1、半桥逆变器

图3-14a所示为半桥逆变器原理图，直流电压Ud加在两个串联的容量足够大的、相同的电容两端，并使得两个电容的连接点为直流电源的中点，即每个电容上的电压为Ud/2。由两个导电臂交替工作使负载得到交变电压和电流，每个导电臂由一个功率晶体管与一个反并联二极管所组成。

电路工作时，两只功率晶体管V1、V2基极信号交替正偏和反偏，两者互补导通与截止。若电路负载为感性，其工作波形如图3-14b所示，输出电压为矩形波，幅值为Um=Ud/2。负载电流io波形与负载阻抗角有关。设t2时刻之前V1导通，电容C1两端的电压通过导通的V1加在负载上，极性为右正左负，得负载电流io由右向左。t2时刻给V1关断信号，给V2导通信号，则V1关断，但感性负载中的电流io方向不能突变，于是VD2导通续流，电容C2两端电压通过导通的VD2加在负载两端，极性为左正右负。当t3时刻io降至零时，VD2截止，V2导通，io开始反向。同样在t4时刻给V2关断信号，给V1导通信号后，V2关断，io方向不能突变，由VD1导通续流。t5时刻io降至零时，VD1截止，V1导通，io反向。

由以上分析可见，当V1或V2导通时，负载电流与电压同方向，直流侧向负载提供能量;而当VD1或VD2导通时，负载电流与电压反方向，负载中电感的能量向直流侧反馈，反馈回的能量暂时储存在直流侧电容器中，电容器起缓冲作用。由于二极管VD1、VD2是负载向直流侧反馈能量的通道，故称反馈二极管;同时VD1、VD2也起着使负载电流连续的作用，因此又称为续流二极管。

2、全桥逆变器

全桥逆变器可看作两个半桥逆变电路的组合。电路原理如图3-15a所示。直流电压ud接有大电容C，使电源电压稳定。电路中的4个桥臂，桥臂1、4和桥臂2、3组成两对，工作时，设t2时刻之前V1、V4导通，负载上的电压极性为左正右负，负载电流io由左向右。t2时刻给V1、V4关断信号，给V2、V3导通信号，则V1、V4关断，但感性负载中的电流io方向不能突变，于是VD2、VD3导通续流，负载两端电压的极性为右正左负。当t3时刻io降至零时，VD2、VD3截止，V2、V3导通，io开始反向。同样在t4时刻给V2、V3关断信号，给V1、V4导通信号后，V2、V3关断，io方向不能突变，由VD1、VD4导通续流。t5时刻io降至零时，VD1、VD4截止，V1、V4导通，io反向，如此反复循环，两对交替各导通180°。其输出电压uo和负载电流io、如图3-15b所示。

经数学分析或实际测试，均可得出基波幅值Uo1m和基波有效值Uo1分别为：

Uo1m=1.27Ud(3-3)

Uo1=0.9Ud(3-4)