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单相逆变器工作原理_单相逆变器的基本形式

作者:游艇会官网 发布时间:2020-12-05 13:39 点击:

  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。

  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。

  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。

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