逆变电路

出处：按学科分类—工业技术 河南科学技术出版社《电工手册》第833页（2895字）

利用晶闸管电路可把直流电变成交流电，这种整流的逆过程称为逆变。同一套晶闸管电路既可用作整流，又可用作逆变，统称为变流器。如果把变流器的交流侧接到交流电源上，把直流变成同一频率的交流电反送到交流电源上去，称为有源逆变；若把直流电变成某一频率或频率可调的交流电供给负载，称为无源逆变或变频。

1．无源逆变电路

图8－4为单相并联逆变电路。如果把一定频率的触发脉冲交替地加到晶闸管VT₁和VT₂上，使其轮流导通，在变压器初级流过交变电流因而在变压器次级得到交变电压U₀供给负载。假定VT₂为阻断状态，VT₁被触发导通，则电流由电源E_B的正端经电感L变压器初级的OA段，VD₃、VT₁回到E_B的负端。在变压器的次级感应出电压U₀，其极性下正上负(由变压器初级和次级的同极性端决定)。由于O点为变压器初级的中点，所以，同时在变压器初级的OB段也感应出与电源E_B相等的电压，其极性下正上负，于是电容器C的两端便充以2E_B的电压，其极性下正上负，如图8－4所示。因此，VT₂承受2E_B的正向电压，触发VT₂立即导通，VT₁在2E_B反向电压作用下强迫阻断。电容C经VT₂、E_B、L变压器OA段及VD₃放电。VT₁阻断后VT₂导通，电流由E_B正端经L、变压器OB段、VD₄、VT₂回到负端，在变压器的次级感应出电压U₀，其极性上正下负，同时电容器C反向充电至2E_B为下次换向做准备。调节触发脉冲的频率，即调节VT₁和VT₂轮流导通的频率，从而可得到不同频率的交流电压U₀，实现了直流电逆变成一定频率的交流电。

2．有源逆变电路

有源逆变在生产实际中有广泛的应用。例如，采用晶闸管变流器供电的电力机车，当下坡行驶时，使直流电动机运行在发电状态(制动)，将机车的位能转换成电能经逆变送到交流电源中去。有源逆变除应用于直流可逆调速系统之外，还用于交流绕线式异步电动机的串级调速和高压直流输电等。

下图为单相全控桥电路向直流电动机供电带动提升机的装置。负载是直流电动机，串入大电感L，以保持电流连续。在提升重物时，变流器工作在整流状态，见图8－5，重物下放时，变流器工作在逆变状态，见图8－6。

图8－5 单相全控桥整流电路

图8－6 单相全控桥逆变电路

有源逆变的条件是：

(1)变流器直流侧必须外接直流电源E_M，其方向与通过晶闸管的电流方向相同，其数值大于整流输出电压平均值U₀。

(2)变流器的控制角α＞90°(即α=90°～180°)，输出电压U₀为负值，即U₀的方向在直流侧与F_M相反。

(3)回路要有足够大的电感，以维持电流连续和限制峰值电流，为此须串接大电感L。

(4)有源逆变电路，不能采用半控桥式电路，也不能接续流二极管，因为这两种情况下，不但不能输出负电压，而且会使E_M短路，不能实现逆变。

工业生产中有许多负载对逆变器的输出电压除了频率可变外，还需要电压可调。如异步电动机变频调速系统为了保持电机磁场恒定，以保证电机最大转矩不变，在变频调速的同时还必须改变电压的大小。例如单相单极性正弦波脉宽调制(SPWM)原理是：电路中使用的元件是自关断元件(GTR、PMOSFET、IGBT等)。SPWM产生的调制波是等幅不等宽的一系列脉冲列，其调制波的特点是在正弦波的半个周期内，中间的脉冲宽、两边的脉冲窄。各脉冲的中点间距相等，脉宽与正弦波曲线下的积分面积成正比，脉宽基本上按正弦规律变化。

3．三相并联逆变电路(串联电感式)

三相逆变电路(图8－7)能将直流电变为三相交流电。图中U、W为输入直流电源二端，Z_A、Z_B、Z_C为三相负载阻抗，可控硅KG₁～KG₆作开关用，换向电感L₁～L₆和换向电容C₁～C₆组成可控硅关闭电路，其中L₁和L₄，L₃和L₆，L₅和L₂各为互感系数较高的三只电抗器，反馈二极管Z₁～Z₆构成感性负载电流流向电源的通路，同时反馈二极管和反馈电阻R₁～R₃组成衰减电流回路。

图8－7 三相并联逆变器(串联电感式)

取U、W的中点0为电源的零电位，设U点电位为+E，W点电位为－E，U、W两端电源电压为2E。当KG₁触发导通时，A点电位为+E，隔60°后KG₂导通，使C点电位为－E，再隔60°KG₃导通，B点电位为+E。再过60°(即距KG₁触发导通180°)KG₄导通，这时KG₁立即关闭，A点电位由+E变到－E，然后KG₅、KG₆相继导通，同样可以使C、B二点电位发生变化，因此A、B、C三点电位变化的波形如图8－8所示。从图8－8中可以看出，每一瞬间有三个可控硅导通，而且A、B、C三点的电位总是其中有二个为正，一个为负；或者有二个为负，一个为正。从图8－8可以推算出负载端的输出相电压和线电压波形分别如图8－9和图8－10所示。由此可知，A、B、C三点线电压波形相同，相位相差120°，它们构成了三相交流电源，这样便完成了由直流电源转变为三相交流电的逆变过程。逆变器的输出电压主要决定于输入直流电压，输出频率决定于可控硅的触发频率，输出相序决定于触发脉冲的相序，若将触发顺序由1至6改为由6至1，即可改变逆变电路的输出相序。

图8－8 A、B、C三点电位变化波形

图8－9 输出相电压波形

图8－10 输出线电压波形

几种常用逆变电路及主要参数见表8－15。

表8－15 常用逆变电路及主要参数

注：①忽略由于换流产生的电压尖峰。

②采用1：1：1变压器。

③采用1：1变压器。

④线电压。