逆變電路的原理圖與逆變電路的分類類型及比較

　　逆變電路的應(yīng)用非常廣泛。在已有的各種電源中，蓄電池、干電池、太陽能電池等都是直流電源，當(dāng)需要這些電源向交流負(fù)載供電時(shí)，就需要逆變電路。另外，交流電機(jī)調(diào)速用變頻器、不間斷電源、感應(yīng)加熱電源等電力電子裝置使用非常廣泛，其電路的核心部分都是逆變電路。它的基本作用是在控制電路的控制下將中間直流電路輸出的直流電源轉(zhuǎn)換為頻率和電壓都任意可調(diào)的交流電源。

　　將直流電能變換為交流電能的變換電路。可用于構(gòu)成各種交流電源，在工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。生產(chǎn)中最常見的交流電源是由發(fā)電廠供電的公共電網(wǎng)（中國采用線電壓方均根值為380V，頻率為50Hz供電制）。由公共電網(wǎng)向交流負(fù)載供電是最普通的供電方式。但隨著生產(chǎn)的發(fā)展，相當(dāng)多的用電設(shè)備對電源質(zhì)量和參數(shù)有特殊要求，以至難于由公共電網(wǎng)直接供電。為了滿足這些要求，歷史上曾經(jīng)有過電動機(jī)－發(fā)電機(jī)組和離子器件逆變電路。但由于它們的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均不如用電力電子器件（如晶閘管等）組成的逆變電路，因而已經(jīng)或正在被后者所取代。

　　逆變電路的分類類型

　　逆變電路的分類

　　逆變器的交流負(fù)載中包含有電感、電容等無源元件，它們與外電路間必然有能量的交換，這就是無功。由于逆變器的直流輸入與交流輸出間有無功功率的流動，所以必須在直流輸入端設(shè)置儲能元件來緩沖無功的需求。在交—直—交變頻電路中，直流環(huán)節(jié)的儲能元件往往被當(dāng)作濾波元件來看待，但它更有向交流負(fù)載提供無功功率的重要作用。

　　為了滿足不同用電設(shè)備對交流電源性能參數(shù)的不同要求，已發(fā)展了多種逆變電路，并大致可按以下方式分類。

　?、侔摧敵鲭娔艿娜ハ蚍?，可分為有源逆變電路和無源逆變電路。前者輸出的電能返回公共交流電網(wǎng)，后者輸出的電能直接輸向用電設(shè)備。

　?、诎粗绷麟娫葱再|(zhì)可分為由電壓型直流電源供電的電壓型逆變電路和由電流型直流電源供電的電流型逆變電路。

　　③按主電路的器件分，可分為：由具有自關(guān)斷能力的全控型器件組成的全控型逆變電路；由無關(guān)斷能力的半控型器件（如普通晶閘管）組成的半控型逆變電路。半控型逆變電路必須利用換流電壓以關(guān)斷退出導(dǎo)通的器件。若換流電壓取自逆變負(fù)載端，稱為負(fù)載換流式逆變電路。這種電路僅適用于容性負(fù)載;對于非容性負(fù)載，換流電壓必須由附設(shè)的專門換流電路產(chǎn)生，稱自換流式逆變電路。

　?、馨措娏鞑ㄐ畏?，可分為正弦逆變電路和非正弦逆變電路。前者開關(guān)器件中的電流為正弦波，其開關(guān)損耗較小，宜工作于較高頻率。后者開關(guān)器件電流為非正弦波，因其開關(guān)損耗較大，故工作頻率較正弦逆變電路低。

　?、莅摧敵鱿鄶?shù)可分為單相逆變電路和多相逆變電路。

　　逆變電路的類型

　　根據(jù)直流輸入儲能元件類型的不同，逆變電路可分為兩種類型：

　　1．電壓源型逆變器

　　電壓源型逆變器是采用電容作儲能元件，圖5-4為一單相橋式電壓源型逆變器原理圖。電壓源型逆變器有如下特點(diǎn)：

　?。?）直流輸入側(cè)并聯(lián)大電容C用作無功功率緩沖環(huán)節(jié)（濾波環(huán)節(jié)），構(gòu)成逆變器低阻抗的電源內(nèi)阻特性（電壓源特性），即輸出電壓確定，其波形接近矩形，電流波形與負(fù)載有關(guān)，接近正弦。

　?。?）由于直流側(cè)電壓極性不允許改變，無功從交流向直流回饋時(shí)只能改變電流方向來實(shí)現(xiàn)，為此在各功率開關(guān)元件旁反并聯(lián)續(xù)流二極管，為感性負(fù)載電流提供反饋能量至直流的無功通路。圖2繪出了一個(gè)周期內(nèi)負(fù)載電壓《？XML:NAMESPACE PREFIX = V /》 、負(fù)載電流 的理想波形，按 極性分區(qū)內(nèi)導(dǎo)通的元件及功率的流向（P》0，功率從直流流向交流；P《0，從交流流向直流），用以說明VD對無功傳遞的重要作用。

　　2．電流源型逆變器

　　電流源型逆變器采用電感作儲能元件，圖3為一單相橋式電流源型逆變器原理圖，圖中未繪出晶閘管換流電路。電流源型逆變器有如下特點(diǎn)：

　　（1）直流回路串以大電感Ld作無功元件（濾波元件）儲存無功功率，也就構(gòu)成了逆變器高阻抗的電源內(nèi)阻特性（電流源特性），即輸出電流確定，波形接近矩形；電壓波形與負(fù)載有關(guān)，在正弦波基礎(chǔ)上迭加換流電壓尖峰。

　?。?）由于直流環(huán)節(jié)電流Id不能反向，只有改變逆變器兩端直流電壓極性來改變能量流動方向、反饋無功功率，無需設(shè)置反饋二極管。

　　3．兩類逆變器的比較

　?。?）電壓源型逆變器采用大電容作儲能（濾波）元件，逆變器呈現(xiàn)低內(nèi)阻特性，直流電壓大小和極性不能改變，能將負(fù)載電壓箝在電源電壓水平上，浪涌過電壓低，適合于穩(wěn)頻穩(wěn)壓電源，不可逆電力拖動系統(tǒng)、多臺電機(jī)協(xié)同調(diào)速和快速性要求不高的應(yīng)用場合。

　　電流源型逆變器電流方向不變，可通過逆變器和整流器的工作狀態(tài)變化，實(shí)現(xiàn)能量流向改變，實(shí)現(xiàn)電力拖動系統(tǒng)的電動、制動運(yùn)行，故可應(yīng)用于頻繁加、減速，正、反轉(zhuǎn)的單機(jī)拖動系統(tǒng)。

　?。?）電流源型逆變器因用大電感儲能（濾波），主電路抗電流沖擊能力強(qiáng)，能有效抑制電流突變、延緩故障電流上升速率，過電流保護(hù)容易。電壓源型逆變器輸出電壓穩(wěn)定，一旦出現(xiàn)短路電流上升極快，難以獲得保護(hù)處理所需時(shí)間，過電流保護(hù)困難。

　?。?）采用晶閘管元件的電流源型逆變器依靠電容與負(fù)載電感的諧振來實(shí)現(xiàn)換流，負(fù)載構(gòu)成換流回路的一部分，不接入負(fù)載系統(tǒng)不能運(yùn)行。

　　（4）電壓源型逆變器必須設(shè)置反饋（無功）二極管來給負(fù)載提供感性無功電流通路，主電路結(jié)構(gòu)較電流源逆變器復(fù)雜。電流源型逆變器無功功率由濾波電感儲存，無需二極管續(xù)流，主電路結(jié)構(gòu)簡單。