逆變器的概念

逆變器的概念

逆變器的概念:把將交流電能變換成直流電能的過程稱為整流，把完成整流功能的電路稱為整流電路，把實(shí)現(xiàn)整流過程的裝置稱為整流設(shè)備或整流器。與之相對(duì)應(yīng)，把將直流電能變換成交流電能的過程稱為逆變，把完成逆變功能的電路稱為逆變電路，把實(shí)現(xiàn)逆變過程的裝置稱為逆變?cè)O(shè)備或逆變器。
逆變器的概念
通常，把將交流電能變換成直流電能的過程稱為整流，把完成整流功能的電路稱為整流電路，把實(shí)現(xiàn)整流過程的裝置稱為整流設(shè)備或整流器。與之相對(duì)應(yīng)，把將直流電能變換成交流電能的過程稱為逆變，把完成逆變功能的電路稱為逆變電路，把實(shí)現(xiàn)逆變過程的裝置稱為逆變?cè)O(shè)備或逆變器。
現(xiàn)代逆變技術(shù)是研究逆變電路理論和應(yīng)用的一門科學(xué)技術(shù)。它是建立在工業(yè)電子技術(shù)、半導(dǎo)體器件技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)、現(xiàn)代電力電子技術(shù)、半導(dǎo)體變流技術(shù)、脈寬調(diào)制（ＰＷＭ）技術(shù)等學(xué)科基礎(chǔ)之上的一門實(shí)用技術(shù)。它主要包括半導(dǎo)體功率集成器件及其應(yīng)用、逆變電路和逆變控制技術(shù)３大部分。
逆變器的分類
逆變器的種類很多，可按照不同的方法進(jìn)行分類。
１．按逆變器輸出交流電能的頻率分，可分為工頻逆變器、中頻逆器和高頻逆變器。工頻逆變器的頻率為５０～６０Ｈｚ的逆變器；中頻逆變器的頻率一般為４００Ｈｚ到十幾ｋＨｚ；高頻逆變器的頻率一般為十幾ｋＨｚ到ＭＨｚ。
２．按逆變器輸出的相數(shù)分，可分為單相逆變器、三相逆變器和多相逆變器。
３．按照逆變器輸出電能的去向分，可分為有源逆變器和無源逆變器。凡將逆變器輸出的電能向工業(yè)電網(wǎng)輸送的逆變器，稱為有源逆變器；凡將逆變器輸出的電能輸向某種用電負(fù)載的逆變器稱為無源逆變器。
４．按逆變器主電路的形式分，可分為單端式逆變器，推挽式逆變器、半橋式逆變器和全橋式逆變器。
５．按逆變器主開關(guān)器件的類型分，可分為晶閘管逆變器、晶體管逆變器、場(chǎng)效應(yīng)逆變器和絕緣柵雙極晶體管（ＩＧＢＴ）逆變器等。又可將其歸納為“半控型”逆變器和“全控制”逆變器兩大類。前者，不具備自關(guān)斷能力，元器件在導(dǎo)通后即失去控制作用，故稱之為“半控型”普通晶閘管即屬于這一類；后者，則具有自關(guān)斷能力，即無器件的導(dǎo)通和關(guān)斷均可由控制極加以控制，故稱之為“全控型”，電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管和絕緣柵雙權(quán)晶體管（ＩＧＢＴ）等均屬于這一類。
６．按直流電源分，可分為電壓源型逆變器（ＶＳＩ）和電流源型逆變器（ＣＳＩ）。前者，直流電壓近于恒定，輸出電壓為交變方波；后者，直流電流近于恒定，輸也電流為交變方波。
７．按逆變器輸出電壓或電流的波形分，可分為正弦波輸出逆變器和非正弦波輸出逆變器。
８．按逆變器控制方式分，可分為調(diào)頻式（ＰＦＭ）逆變器和調(diào)脈寬式（ＰＷＭ）逆變器。
９．按逆變器開關(guān)電路工作方式分，可分為諧振式逆變器，定頻硬開關(guān)式逆變器和定頻軟開關(guān)式逆變器。
１０．按逆變器換流方式分，可分為負(fù)載換流式逆變器和自換流式逆變器。
逆變器的基本結(jié)構(gòu)
逆變器的直接功能是將直流電能變換成為交流電能
逆變裝置的核心，是逆變開關(guān)電路，簡(jiǎn)稱為逆變電路。該電路通過電力電子開關(guān)的導(dǎo)通與關(guān)斷，來完成逆變的功能。電力電子開關(guān)器件的通斷，需要一定的驅(qū)動(dòng)脈沖，這些脈沖可能通過改變一個(gè)電壓信號(hào)來調(diào)節(jié)。產(chǎn)生和調(diào)節(jié)脈沖的電路。通常稱為控制電路或控制回路。逆變裝置的基本結(jié)構(gòu)，除上述的逆變電路和控制電路外，還有保護(hù)電路、輸出電路、輸入電路、輸出電路等，如圖２所示。
逆變器的工作原理
１．全控型逆變器工作原理：圖３所示，為通常使用的單相輸出的全橋逆變主電路，圖中，交流元件采用ＩＧＢＴ管Ｑ１１、Ｑ１２、Ｑ１３、Ｑ１４。并由ＰＷＭ脈寬調(diào)制控制ＩＧＢＴ管的導(dǎo)通或截止。
當(dāng)逆變器電路接上直流電源后，先由Ｑ１１、Ｑ１４導(dǎo)通，Ｑ１、Ｑ１３截止，則電流由直流電源正極輸出，經(jīng)Ｑ１１、Ｌ或感、變壓器初級(jí)線圈圖１－２，到Ｑ１４回到電源負(fù)極。當(dāng)Ｑ１１、Ｑ１４截止后，Ｑ１２、Ｑ１３導(dǎo)通，電流從電源正極經(jīng)Ｑ１３、變壓器初級(jí)線圈２－１電感到Ｑ１２回到電源負(fù)極。此時(shí)，在變壓器初級(jí)線圈上，已形成正負(fù)交變方波，利用高頻ＰＷＭ控制，兩對(duì)ＩＧＢＴ管交替重復(fù)，在變壓器上產(chǎn)生交流電壓。由于ＬＣ交流濾波器作用，使輸出端形成正弦波交流電壓。
當(dāng)Ｑ１１、Ｑ１４關(guān)斷時(shí)，為了釋放儲(chǔ)存能量，在ＩＧＢＴ處并聯(lián)二級(jí)管Ｄ１１、Ｄ１２，使能量返回到直流電源中去。
２．半控型逆變器工作原理：半控型逆變器采用晶閘管元件。改進(jìn)型并聯(lián)逆變器的主電路如圖４所示。圖中，Ｔｈ１、Ｔｈ２為交替工作的晶閘管，設(shè)Ｔｈ１先觸發(fā)導(dǎo)通，則電流通過變壓器流經(jīng)Ｔｈ１，同時(shí)由于變壓器的感應(yīng)作用，換向電容器Ｃ被充電到大的２倍的電源電壓。按著Ｔｈ２被觸發(fā)導(dǎo)通，因Ｔｈ２的陽極加反向偏壓，Ｔｈ１截止，返回阻斷狀態(tài)。這樣，Ｔｈ１與Ｔｈ２換流，然后電容器Ｃ又反極性充電。如此交替觸發(fā)晶閘管，電流交替流向變壓器的初級(jí)，在變壓器的次級(jí)得到交流電。
在電路中，電感Ｌ可以限制換向電容Ｃ的放電電流，延長(zhǎng)放電時(shí)間，保證電路關(guān)斷時(shí)間大于晶閘管的關(guān)斷時(shí)間，而不需容量很大的電容器。Ｄ１和Ｄ２是２只反饋二極管，可將電感Ｌ中的能量釋放，將換向剩余的能量送回電源，完成能量的反饋?zhàn)饔谩?BR>逆變器的主要技術(shù)性能及評(píng)價(jià)選用
技術(shù)性能
表征逆變器性能的基本參數(shù)與技術(shù)條件內(nèi)容很多，下面僅就評(píng)價(jià)時(shí)常用的參數(shù)做一簡(jiǎn)要說明。
１．額定輸出電壓
在規(guī)定的輸入直流電壓允許的波動(dòng)范圍內(nèi)，它表示逆變器應(yīng)能輸出的額定電壓值。對(duì)輸出額定電壓值的穩(wěn)定準(zhǔn)確度一般有如下規(guī)定：
（１）在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，電壓波動(dòng)范圍應(yīng)幸桓魷薅ǎ??縉淦?畈懷??疃ㄖ檔摹潰常セ頡潰擔(dān)ァ?
（２）在負(fù)載突變（額定負(fù)載０％→５０％→１００％）或有其他干擾因素影響的動(dòng)態(tài)情況下，其輸出電壓偏差不應(yīng)超過額定值的±８％或±１０％。
２．輸出電壓的不平衡度
在正常工作條件下，逆變器輸出的三相電壓不平衡度（逆序分量對(duì)正序分量之比）應(yīng)不超過一個(gè)規(guī)定值，一般以％表示，如５％或８％。
３．輸出電壓的波形失真度
當(dāng)逆變器輸出電壓為正弦度時(shí)，應(yīng)規(guī)定允許的最大波形失真度（或諧波含量）。通常以輸出電壓的總波形失真度表示，其值不應(yīng)超過５％（單相輸出允許１０％）。
４．額定輸出頻率
逆變器輸出交流電壓的頻率應(yīng)是一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的值，通常為工頻５０Ｈｚ。正常工作條件下其偏差應(yīng)在±１％以內(nèi)。
５．負(fù)載功率因數(shù)
表征逆變器帶感性負(fù)載或容性負(fù)載的能力。在正弦波條件下，負(fù)載功率因數(shù)為０．７～０．９（滯后），額定值為０．９。
６．額定輸出電流（或額定輸出容量）
表示在規(guī)定的負(fù)載功率因數(shù)范圍內(nèi)逆變器的額定輸出電流。有些逆變器產(chǎn)品給出的是額定輸出容量，其單位以ＶＡ或ｋＶＡ表示。逆變器的額定容量是當(dāng)輸出功率因數(shù)為１（即純阻性負(fù)載）時(shí)，額定輸出電壓為額定輸出電流的乘積。
７．額定輸出效率
逆變器的效率是在規(guī)定的工作條件下，其輸出功率對(duì)輸入功率之比，以％表示。逆變器在額定輸出容量下的效率為滿負(fù)荷效率，在１０％額定輸出容量的效率為低負(fù)荷效率。
８．保護(hù)
（１）過電壓保護(hù)：對(duì)于沒電壓穩(wěn)定措施的逆變器，應(yīng)有輸出過電壓防護(hù)措施，以使負(fù)截免受輸出過電壓的損害。
（２）過電流保護(hù)：逆變器的過電流保護(hù)，應(yīng)能保證在負(fù)載發(fā)生短路或電流超過允許值時(shí)及時(shí)動(dòng)作，使其免受浪涌電流的損傷。
９．起動(dòng)特性
表征逆變器帶負(fù)載起動(dòng)的能力和動(dòng)態(tài)工作時(shí)的性能。逆變器應(yīng)保證在額定負(fù)載下可靠起動(dòng)。