單相全橋逆變電路動(dòng)作過(guò)程講解~
逆變器的概要
電壓源逆變器是按照控制電壓的方式將直流電能轉(zhuǎn)化為交流電能的器件，是逆變技術(shù)中常見(jiàn)的一種。是一種DC to AC的變壓器件，它其實(shí)與轉(zhuǎn)換器是一種電壓逆變的過(guò)程。
轉(zhuǎn)換器是將電網(wǎng)的交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的DC電壓直流輸出，而逆變器是將DC電壓直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l的高壓交流電；兩個(gè)部分同樣都采用了用得比較多的脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)。
從一個(gè)直流電源中獲取交流電能有多種方式，單相逆變器有推免式、半橋式和全角式三種電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，雖然電路結(jié)構(gòu)不同，但工作原理相似。
電路中都使用具有開(kāi)關(guān)特性的半導(dǎo)體功率器件，由控制電路周期性地對(duì)功率器件發(fā)出開(kāi)關(guān)脈沖控制信號(hào)，控制多個(gè)功率器件輪流導(dǎo)通和關(guān)斷，再經(jīng)過(guò)變壓器耦合升壓或降壓后，整型濾波輸出符合要求的交流電。
逆變電路及其基本工作原理
圖1：全橋逆變電路的電阻負(fù)載簡(jiǎn)化電路
≡ 全橋逆變電路基本工作原理是：
1) 0?t1 時(shí)間段開(kāi)關(guān) T1 和 T4 閉合，負(fù)載電壓為正；
2) t1?T 時(shí)間段開(kāi)關(guān) T3 和 T2 閉合，負(fù)載電壓為負(fù)。
其負(fù)載電流的變化在電阻負(fù)載下是與電壓同相位的，但若是阻感負(fù)載，電流的基波滯后于電壓的基波并且因?yàn)樨?fù)載電感的存在，其負(fù)載電流的變化不是瞬時(shí)的，而是一個(gè)逐漸增大減小的過(guò)程，最終反映在電阻上的電壓波形就是跟隨阻感負(fù)載的電流變化的。
單相全橋逆變電路
（Full-Bridge inverter）
全橋逆變電路是單相逆變電路中應(yīng)用最多的，單相電壓型全橋式逆變電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3所示，由兩個(gè)半橋電路組成。
把T1與D1組成的橋臂1和T4與D4組成的橋臂4作為一對(duì)，T2與D2組成的橋臂2和T3與D3組成的橋臂3作為一對(duì)，成對(duì)的兩個(gè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通，兩對(duì)交替各導(dǎo)通180°。
全橋逆變電路是單相逆變電路中應(yīng)用最為廣泛的，對(duì)其電壓波形做定量分析，將幅值為Ud的矩形波uo展開(kāi)成傅里葉級(jí)數(shù)得：
其中，基波幅值U0lm和有效值分別為：
以上分析的都是uo為正負(fù)電壓各為180°脈沖時(shí)的情形，在這種情況下要改變輸出交流電壓的有效值，只能通過(guò)改變幅值Ud來(lái)實(shí)現(xiàn)。
圖2：?jiǎn)蜗嗳珮蚰孀冸娐?/p>
圖3：?jiǎn)蜗嗄孀冸娐份敵霾ㄐ?/p>
≡ 全橋逆變器的工作過(guò)程：
◇ 步驟 1：當(dāng)開(kāi)關(guān) T1、T4閉合 T2、T3 斷開(kāi)。電流途徑是：T1→L→R →T4 ，該電流方向仍是由左往右。
◇ 步驟 2：故R、L兩端的電壓Vo=Vd。
當(dāng)開(kāi)關(guān) T1、T4 斷開(kāi)T2、T3 閉合時(shí)，開(kāi)關(guān) T2、T3 不能立即閉合，且在這一瞬間電感電流的方向不能突變，此時(shí)電流流過(guò) T2 、T3反并聯(lián)的二極管續(xù)流；電流途徑是：D2→L→R →D3 ，該電流方向仍是由左往右。故R、L兩端的電壓Vo=-Vd。
◇ 步驟 3：電感電流過(guò)零后開(kāi)關(guān) T2、T3 閉合，電感電流反向流過(guò)開(kāi)關(guān) T2、T3 ；電流途徑是：T2→R→L →T3 ，該電流方向仍是由右往左。故R、L兩端的電壓Vo=Vd。
◇ 步驟 4：當(dāng)開(kāi)關(guān) T2 、T3斷開(kāi) T1、T4 再次閉合時(shí)，同理開(kāi)關(guān) T1、T4 不能立即閉合，同前述分析電感電流的方向不能突變，電流流過(guò) T1 、T4反并聯(lián)的二極管續(xù)流，之后的周期重復(fù)上述過(guò)程。電流途徑是：D4→R→L →D1 ，該電流方向仍是由右往左。故R、L兩端的電壓Vo=-Vd。
t4時(shí)刻以后，電路重復(fù)上述工作過(guò)程。
舉例
≡ 例1：用于光伏發(fā)電的逆變器
太陽(yáng)能發(fā)電站，必須將直流電源向交流電網(wǎng)供電，這就需要逆變電路，在光伏發(fā)電中逆變器是不可或缺的關(guān)鍵器件之一。
圖4：太陽(yáng)能發(fā)電站
圖5：太陽(yáng)能發(fā)電逆變器外觀圖
≡ 例2：用于戶外儲(chǔ)能的逆變器
最近一段時(shí)間，新能源儲(chǔ)能的一個(gè)分支—戶外儲(chǔ)能，在全球市場(chǎng)突然爆火，便攜儲(chǔ)能市場(chǎng)快速增長(zhǎng)。公開(kāi)資料顯示，過(guò)去 4 年里，便攜儲(chǔ)能市場(chǎng)規(guī)模增長(zhǎng)了 23 倍，未來(lái)幾年，業(yè)內(nèi)普遍預(yù)期，便攜儲(chǔ)能還將處于高速成長(zhǎng)期。
GGII 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2021 年全年規(guī)模達(dá)到 111.3 億元，中國(guó)便攜式儲(chǔ)能產(chǎn)品產(chǎn)量占全球比例達(dá)到了 91.9%。研究機(jī)構(gòu)預(yù)計(jì)，未來(lái)五年儲(chǔ)能市場(chǎng)將以每年 48% 的增速?gòu)?fù)合增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)到 2026 年達(dá)到 800 億元。年銷百億的獨(dú)角獸，將在不遠(yuǎn)的將來(lái)從中國(guó)誕生。
結(jié)語(yǔ)
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(yáng)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。
電路中都使用具有開(kāi)關(guān)特性的半導(dǎo)體功率器件，由控制電路周期性地對(duì)功率器件發(fā)出開(kāi)關(guān)脈沖控制信號(hào)，控制多個(gè)功率器件輪流導(dǎo)通和關(guān)斷，再經(jīng)過(guò)變壓器耦合升壓或降壓后，整型濾波輸出符合要求的交流電。
所以了解全橋逆變電路動(dòng)作過(guò)程，有助于滿足工業(yè)生產(chǎn)建設(shè)中的各種需求。
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