第5章逆變電路
主要內容：換流方式，電壓型逆變電路，電流型逆變電路，多重逆變電路和多電平逆變電路。
重點：換流方式，電壓型逆變電路。
難點：電壓型逆變電路，電流型逆變電路。
基本要求：掌握換流方式，掌握電壓型逆變電路，理解電流型逆變電路，了解多重逆變電路和多電平逆變電路。
逆變概念：
逆變——直流電變成交流電，與整流相對應。
本章無源逆變逆變電路的應用：
蓄電池、乾電池、太陽能電池等直流電源向交流負載供電時，需要逆變電路。交流電機調速用變頻器、不間斷電源、感應加熱電源等電力電子裝置的核心部分都是逆變電路。
本章僅講述逆變電路基本內容，第6章pwm控制技術和第8章組合變流電路中，有關逆變電路的內容會進一步展開
1換流方式
單相橋式逆變電路為例：
s1～s4是橋式電路的4個臂，由電力電子器件及輔助電路組成。s1、s4閉合，s2、s3斷開時，負載電壓uo為正s1；s1、s4斷開，s2、s3閉合時，uo為負，把直流電變成了交流電。改變兩組開關切換頻率，可改變輸出交流電頻率。
圖5-1 逆變電路及其波形舉例
電阻負載時，負載電流io和uo的波形相同，相位也相同。阻感負載時，io滯後於uo，波形也不同（圖5-1b）。
t1前：s1、s4通，uo和io均為正。
t1時刻斷開s1、s4，合上s2、s3，uo變負，但io不能立刻反向。
io從電源負極流出，經s2、負載和s3流回正極，負載電感能量向電源反饋，io逐漸減小，t2時刻降為零，之後io才反向並增大
（2）換流方式分類
換流——電流從乙個支路向另乙個支路轉移的過程，也稱換相。
開通：適當的門極驅動訊號就可使其開通。
關斷：全控型器件可通過門極關斷。
半控型器件閘流體，必須利用外部條件才能關斷，一般在閘流體電流過零後施加一定時間反壓，才能關斷。
研究換流方式主要是研究如何使器件關斷。
本章換流及換流方式問題最為全面集中，因此在本章講述
1、器件換流
利用全控型器件的自關斷能力進行換流（device ***mutation）。
2、電網換流
由電網提供換流電壓稱為電網換流（line ***mutation）。可控整流電路、交流調壓電路和採用相控方式的交交變頻電路，不需器件具有門極可關斷能力，也不需要為換流附加元件。
3、負載換流
由負載提供換流電壓稱為負載換流（load ***mutation）。負載電流相位超前於負載電壓的場合，都可實現負載換流。負載為電容性負載時，負載為同步電動機時，可實現負載換流。
圖5-2 負載換流電路及其工作波形
基本的負載換流逆變電路：
採用閘流體，負載：電阻電感串聯後再和電容併聯，工作在接近併聯諧振狀態而略呈容性。電容為改善負載功率因數使其略呈容性而接入，直流側串入大電感ld， id基本沒有脈動。
工作過程：
4個臂的切換僅使電流路徑改變，負載電流基本呈矩形波。負載工作在對基波電流接近併聯諧振的狀態，對基波阻抗很大，對諧波阻抗很小，uo波形接近正弦。
t1前：vt1、vt4通，vt2、vt3斷，uo、io均為正，vt2、vt3電壓即為uo
t1時：觸發vt2、vt3使其開通，uo加到vt4、vt1上使其承受反壓而關斷，電流從vt1、vt4換到vt3、vt2。
t1必須在uo過零前並留有足夠裕量，才能使換流順利完成。
4、強迫換流
設定附加的換流電路，給欲關斷的閘流體強迫施加反向電壓或反向電流的換流方式稱為強迫換流（forced ***mutation）。通常利用附加電容上儲存的能量來實現，也稱為電容換流。
直接耦合式強迫換流——由換流電路內電容提供換流電壓。vt通態時，先給電容c充電。合上s就可使閘流體被施加反壓而關斷。
圖5-3 直接耦合式強迫換流原理圖
電感耦合式強迫換流——通過換流電路內電容和電感耦合提供換流電壓或換流電流。
兩種電感耦合式強迫換流：
圖5-4a中閘流體在lc振盪第乙個半週期內關斷。
圖5-4b中閘流體在lc振盪第二個半週期內關斷。
圖5-4 電感耦合式強迫換流原理圖
給閘流體加上反向電壓而使其關斷的換流也叫電壓換流（圖5-3）。先使閘流體電流減為零，然後通過反併聯二極體使其加反壓的換流叫電流換流（圖5-4）。
器件換流——適用於全控型器件。
其餘三種方式——針對閘流體。
器件換流和強迫換流——屬於自換流。
電網換流和負載換流——屬於外部換流。
當電流不是從乙個支路向另乙個支路轉移，而是在支路內部終止流通而變為零，則稱為熄滅。
2電壓型逆變電路
逆變電路按其直流電源性質不同分為兩種：電壓型逆變電路或電壓源型逆變電路，
電流型逆變電路或電流源型逆變電路。
圖5-1電路的具體實現。
圖5-5 電壓型逆變電路舉例（全橋逆變電路）
電壓型逆變電路的特點
(1) 直流側為電壓源或併聯大電容，直流側電壓基本無脈動
(2) 輸出電壓為矩形波，輸出電流因負載阻抗不同而不同
(3) 阻感負載時需提供無功。為了給交流側向直流側反饋的無功提供通道，逆變橋各臂併聯反饋二極體
（1）單相電壓型逆變電路
1、半橋逆變電路
電路結構：見圖5-6。
工作原理：
v1和v2柵極訊號各半周正偏、半周反偏，互補。uo為矩形波，幅值為um=ud/2，io波形隨負載而異，感性負載時，圖5-6b，v1或v2通時，io和uo同方向，直流側向負載提供能量，vd1或vd2通時，io和uo反向，電感中貯能向直流側反饋，vd1、vd2稱為反饋二極體，還使io連續，又稱續流二極體。
圖5-6 單相半橋電壓型逆變電路及其工作波形
優點：簡單，使用器件少
缺點：交流電壓幅值ud/2，直流側需兩電容器串聯，要控制兩者電壓均衡，用於幾kw以下的小功率逆變電源。
單相全橋、三相橋式都可看成若干個半橋逆變電路的組合。
2、全橋逆變電路
電路結構及工作情況：
圖5-5，兩個半橋電路的組合。1和4一對，2和3另一對，成對橋臂同時導通，交替各導通180°。uo波形同圖5-6b。
半橋電路的uo，幅值高出一倍um=ud。io波形和圖5-6b中的io相同，幅值增加一倍，單相逆變電路中應用最多的。
輸出電壓定量分析
uo成傅利葉級數5-1)
基波幅值5-2)
基波有效值5-3)
uo為正負各180時，要改變輸出電壓有效值只能改變ud來實現。
移相調壓方式（圖5-7）。
可採用移相方式調節逆變電路的輸出電壓，稱為移相調壓。各柵極訊號為180正偏，180反偏，且v1和v2互補，v3和v4互補關係不變。v3的基極訊號只比v1落後q ( 0圖5-7 單相全橋逆變電路的移相調壓方式
3、帶中心抽頭變壓器的逆變電路
交替驅動兩個igbt，經變壓器耦合給負載加上矩形波交流電壓。兩個二極體的作用也是提供無功能量的反饋通道，ud和負載相同，變壓器匝比為1:1:
1時，uo和io波形及幅值與全橋逆變電路完全相同。
圖5-8 帶中心抽頭變壓器的逆變電路
與全橋電路的比較，比全橋電路少用一半開關器件，器件承受的電壓為2ud，比全橋電路高一倍。必須有乙個變壓器。
（2）三相電壓型逆變電路
三個單相逆變電路可組合成乙個三相逆變電路。應用最廣的是三相橋式逆變電路
可看成由三個半橋逆變電路組成。
180°導電方式：
每橋臂導電180，同一相上下兩臂交替導電，各相開始導電的角度差120，任一瞬間有三個橋臂同時導通，每次換流都是在同一相上下兩臂之間進行，也稱為縱向換流。
圖5-9 三相電壓型橋式逆變電路
波形分析：
圖5-10 電壓型三相橋式逆變電路的工作波形
負載各相到電源中點n的電壓：u相，1通，uun=ud/2，4通，uun=-ud/2。
負載線電壓5-4)
負載相電壓5-5)
負載中點和電源中點間電壓
5-6)
負載三相對稱時有uun+uvn+uwn=0，於是5-7)
利用式(5-5)和(5-7)可繪出uun、uvn、uwn波形。負載已知時，可由uun波形求出iu波形，一相上下兩橋臂間的換流過程和半橋電路相似，橋臂1、3、5的電流相加可得直流側電流id的波形，id每60°脈動一次，直流電壓基本無脈動，因此逆變器從直流側向交流側傳送的功率是脈動的，電壓型逆變電路的乙個特點。
定量分析：
a、輸出線電壓
uuv展開成傅利葉級數
5-8)
式中， ，k為自然數
輸出線電壓有效值5-9)
基波幅值5-10)
基波有效值5-11)
b、負載相電壓
uun展開成傅利葉級數得：
5-12)
式中， ，k為自然數
負載相電壓有效值5-13)
基波幅值5-14)
基波有效值5-15)
防止同一相上下兩橋臂開關器件直通，採取「先斷後通」的方法。
3 電流型逆變電路
直流電源為電流源的逆變電路——電流型逆變電路。一般在直流側串聯大電感，電流脈動很小，可近似看成直流電流源。
例項之一：圖5-11電流型三相橋式逆變電路。交流側電容用於吸收換流時負載電感中存貯的能量。
圖5-11 電流型三相橋式逆變電路
電流型逆變電路主要特點：
(1) 直流側串大電感，相當於電流源。
逆變電路的基本工作原理
第5章逆變電路 主要內容 換流方式，電壓型逆變電路，電流型逆變電路，多重逆變電路和多電平逆變電路。重點 換流方式，電壓型逆變電路。難點 電壓型逆變電路，電流型逆變電路。基本要求 掌握換流方式，掌握電壓型逆變電路，理解電流型逆變電路，了解多重逆變電路和多電平逆變電路。逆變概念 逆變 直流電變成交流電，...
如何正確理解半橋逆變電路的工作原理
引言半橋逆變電路是電子鎮流器和電子節能燈中最常用也是最基本的電路，正確地理解它的工作原理，將有助於我們合理地選擇元器件如磁環變壓器 扼流電感 啟動電容等元件的引數，正確地安排三極體的驅動電路，以降低它的功耗與熱量，提高整燈的可靠性。遺憾地是過去受觀測儀器 如示波器 和測試手段的侷限，我們無法觀測到電...
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