逆变电源根底原理解析

  从直流电源中获取沟通电能，有多种办法，但至少需求两个功率开关器材，如图1所示的半桥式逆变电路是单相逆变电源的一种拓扑结构。此电路由两个串联的功率开关和两只串联的电容组成。两只串联电容的中点为参考点。电路作业原理如下：当V1导通V2关断时，电容C1上的能量释放到负载R上，输出电压Uo为正，一起电容C2充电；当V1关断V2导通时，电容C2上的能量释放到负载R上，输出电压Uo为负，一起电容C1充电。开关管V1、V2替换导通使得负载取得沟通电能。

  半桥式逆变电路的长处是电路结构相对比较简单，两个电容的串联中心作为中性参考点，这样不会带来直流重量和磁偏，合适带动变压器负载。其不足之处在于，当电路作业在工频(50Hz- 60Hz)状况下，所需电容的容量比较大，添加电路的体积和本钱。

  在大学生电子规划比赛中，全桥式逆变电路是运用最广泛的一种电路。下面以下图图2(a)的单相全桥逆变电路阐明全桥式逆变电路的根底原理。单相全桥逆变电路也称为‘H桥’电路，由四个功率开关管及其驱动辅佐电路构成，作业时Q1与Q4通断互补、Q2与Q3通断互补。当Q1、Q3闭合，Q2、Q4断开时，负载电压Uo为正;当Q1、Q3断开，Q2、Q4闭合时，负载电压Uo为负，Uo波形如图2(b)所示。Q1、Q3和Q2、Q4替换导通，使得负载上取得沟通电能。当负载不是纯电阻时，负载电压和负载电流不是同相位，这时开关管的寄生二极管D1-D4则起着电流续流的效果。

  与半桥式逆变电路比较，全桥式逆变电路开关管数量添加了一倍，意味电路复杂度和本钱也会添加。可是在相同的开关电流下，全桥电路的输出功率是半桥电路的两倍，因而全桥电路更合适于大功率运用场合。### 1.3 PWM操控技能

  在电力电子开展史上，逆变电源占有很重要的一环，而PWM操控技能在逆变电路中运用最广泛，对逆变电路的影响也最为深入。现在很多运用的逆变电源绝大多数都是PWM型逆变电源。正是因为在逆变电源中的运用，PWM技能才会开展得很老练，才确认了它在电力电子技能中的重要位置。

  PWM操控便是对脉冲的宽度进行调制的技能。即经过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地取得所需求波形(含形状和幅值)。PWM操控技能的理论根底为：冲量持平而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果根本相同。冲量指窄脉冲的面积。效果根本相同，是指环节的输出呼应波形根本相同。如下图3(a)(b)和(c)所示的三个波形别离为矩形波脉冲、三角波形脉冲以及正弦波形脉冲，明显它们的形状彻底不同，可是面积彻底相同，假如把它们别离加在具有同一个惯性的环节上时，其输出效果彻底相同。

  ** 假如用一系列等幅不等宽的脉冲来替代一个正弦半波，也便是说把正弦半波分红N等份，然后把它当作N个首尾相连的脉冲序列，而这些被平分的波形宽度彻底持平，但幅值却不持平。然后用矩形脉冲替代这些被平分的N份波形，矩形脉冲相同被要求起伏持平，而宽度不相同，可是要确保它们的中点彻底重合，面积与N份波形相同，这样就可以取得脉冲序列，如下图图4所示。依据上述剖析，PWM 波形和正弦半波是等效的，关于负半周也可以用相同的办法得到该PWM波。这种新发生的PWM波叫做SPWM波。**

  在历年的全国大学生电子规划比赛中，对逆变电源的调查主要以多相的方式出现。如2005年G题三相正弦波变频电源，2017年微电网模仿体系。在全国大学生电子规划比赛电源方向的训练中，多相逆变电源规划制造必不可少的，其间三相逆变电源最主要的。

  （1）**三相沟通电：是电能的一种运送方式，是由三个频率相同、振幅持平、相位顺次互差120°的沟通电势组成，别离为A、B、C三相。**三相电的波形图和矢量图如下图所示。

  星形接法：也称Y型接法，如下图图5(a)所示每一相的负载的一端都接在公共点上。公共点为中性点，N为中性线

  ：如下图图6(b)所示，每一相的负载首尾相连,构成三角形接法。每一种接法有不同的运用场合，Y形接法用来为家庭和工作中运用的日常单相设备供电，三角形接法最常用的状况是为功率较高的三相工业负载供电。

  ：三相供电体系两线(a)Y型接法ABC三线间的电压Uab ，Uac，Ubc。

  相电压：三相供电体系ABC三相别离对中性线(a)Y型接法ABC三相电压Uan，Ubn，Ucn。

  线电流：线电流是三相电源中每根导线中的电流为线(a)Y型接法中ia，ib，ic。

  相电流：相电流是指三相电源中流过每相负载的电流。如下图图7(a)Y型接法中ian，ibn，icn。

  在Y型均衡接法中，线电压和相电压之间是出现等边三角形联系，如下图图8所示的电压矢量图。线电压等效于等边三角形的三边，相电压等效于等边三角形的中心与极点的连线。三个线电压是对称的：巨细持平，为相电压的 倍，相位抢先对应的相电压30度，互成120度。而线电流和相电流持平。在三角形接法中，线电压与相电压是持平的，线电流和相电流的联系和Y型接法中线电压和相电压的联系相同。

  三相负载上的总功率等于每相负载的功率之和，而每相负载功率等于该相的相电压、相电流和该相的功率要素的乘积。

  图9为三相有源逆变电路结构，可看做由三个半桥组成，取三个半桥中心点作为三相的输出。用三个互差120°的正弦波与高频三角载波作比较，每路成果再经反相器发生与原信号相反的操控波，别离操控上下桥臂MOS的导通与关断。这样发生的六路SPWM波别离操控六个MOS的通断，从而在负载端发生与调制波同频的三相沟通电。(图10的电路原理图可以精确的经过图中的参数拿来直接用)