DC AC逆变电路及原理总结
DC-AC逆变电路
参数计算与器件选择
根据不同的负载类型计算负载等效阻抗： 电阻型：Z=R 电阻电感型：Z=R+jωL Z=(R2+(ωL)2 ) ½ 对于RLC：Z=R+jωL-1/jωC 对于电阻：i＝P/Ud＝Ud/R 对于电阻电感：i＝P/Udcosφ＝Ud/Z 开关管上的电压：U=(2~3)Ud 电流：I=(1.5~2)(2)1/2i
参数计算与器件选择 例：逆变器输入电压为550V，输出功率为 20KW，逆变器开关频率为20KHz，RLC谐 振负载， 其等效电阻为：R=Ud2/4P=3.78Ω 负载上的电流有效值为：i＝Ud/2R=72.75A 开关管上的电压：U=(2~3)Ud=1100~1650V 电流：I=(1.5~2)(2)1/2i=154~205A
电阻负载时，负载电流 io 和uo的波形相同，相位也 相同。
阻感负载时，io相位滞后 于uo，波形也不同。
a) uo
io
t1 t2
t b)
图5-1 逆变电路及其波形举例
换流方式分类
换流——电流从一个支路向另一个支路转移的过程， 也称为换相。
开通：适当的控制极驱动信号就可使器件开通。 关断： 全控型器件可通过门极关断。 研究换流方式主要是研究如何使器件关断。
主要应用
各种直流电源，如蓄电池、干电池、太阳能电池等。 交流电机调速用变频器、不间断电源、感应加热电源 等电力电子装臵的核心部分都是逆变电路。
换流方式
• 逆变电路的基本工作原理
• 换流方式分类
逆变电路的基本工作原理
以单相桥式逆变电路为例说明最基本的工作原理
S1~S4是桥式电路的4个臂，由电力电子器件及辅 助电路组成。
(a) 开通损耗波形
(b) 关断损耗波形
dc转ac原理
dc转ac原理
直流转换交流（Direct Current to Alternating Current, 简称DC
转AC）的原理可以通过逆变器实现。
逆变器是一种电子器件，能够将直流电源转换为交流电源。
逆变器的工作原理是通过调整电源中电压的极性和频率来产生交流电。
首先，直流电源通过变压器或电感元件进行分流和滤波处理，以消除直流电源中的脉动。
然后，直流电源经过一个开关电路，将电源的正负极性交换。
这个开关电路可以使用MOSFET或IGBT等器件实现。
开关周期性地打开和关闭，以生成交流电压的波形。
在设置好开关频率后，逆变器会通过调整开关的开启和关闭时间来控制输出电压的波形和频率。
例如，对于输出50Hz的交
流电，逆变器会以50Hz的频率开启和关闭开关，以产生所需
的正弦波形。
此外，逆变器通常还包括一系列保护电路，用于监测电流、电压和温度等参数，并保护逆变器和连接设备免受潜在的故障或过载引起的损坏。
总的来说，DC转AC的原理是通过逆变器将直流电源中的电
能转换为交流电能。
逆变器通过调整电源中电压极性和频率来生成所需的交流电波形。
逆变器还包括保护电路，用于确保逆变器和连接设备的安全运行。
DC-AC逆变器,DC-AC逆变器的基本原理
DC/AC逆变器,DC/AC逆变器的基本原理背景知识：DC/AC逆变技术能够实现直流电能到交流电能的转换，可以从蓄电池、太阳能电池等直流电能变换得到质量较高的、能满足负载对电压和频率要求的交流电能。
DC/AC逆变技术在交流电机的传动、不间断电源(UPS)、变频电源、有源滤波器、电网无功补偿器等许多场合得到了广泛的应用。
DC/AC逆变技术的基本原理是通过半导体功率开关器件(例如SCR,GTO，GTR,IGBT 和功率MOSFET模块等)的开通和关断作用，把直流电能变换成交流电能，因此是一种电能变换装置。
由子是通过半导体功率开关器件的开通和关断来实现电能转换的，因此转换效率比较高。
但转换输出的波形却很差，是含有相当多谐波成分的方波。
而多数应用场合要求逆变器输出的是理想的正弦波，因此如何利用半导体功率开关器件的开通和关断的转换，使逆变器输出正弦波和准正弦波就成了DC/AC逆变器技术发展中的一个主要问题。
基本原理：常用逆变器主电路的基本形式有两种分类方法：按照相数分类，可以分为单相和三相；按照直流侧波形和交流侧波形分类，可以分为电压型逆变器和电流型逆变器。
具体如下：DC/AC逆变器按拓扑结构划分，分为Buck型DC/AC逆变器，Boost型DC/AC逆变器，Buck-Boost型DC/AC逆变器。
1，Buck型DC/AC逆变器Buck型DC/AC逆变器电路基本拓扑如图所示。
采用了两组对称的Buck电路，负载跨接在两个Buck变换器的输出端，并以正弦的方式调节Buck变换器的输出电压，进行DC/AC的变换。
它包括直流供电电源Vm，输出滤波电感L1和L2，功率开关管S1-S4 。
滤波电容C1和C2，续流二极管D1-D4，以及负载电阻R。
通过滑模控制，使输出电容电压V1和V2随参考电压的变化而变化，从而使两个Buck变换器各产生一个有相同直流偏置的正弦波输出电压，并且V1和V2在相位上互差180度。
由于负载跨接在K和代的两端，则DC/AC变换器的输出电压玲为如下式所示的正弦波，图2所示即为逆变器的基本工作原理。
DC-AC逆变器
第三章逆变控制器的组成及工作原理DC-AC变换结构：DC-AC全桥变换的基本原理如上图所示，Ud为直流电压,V1,V2,V3,V4为可控开关。
当V1,V4导通V2,V3断开时，负载端电压Us为上正下负。
反之，当V2,V3导通V1,V4断开时，负载端电压Us为下正上负。
Spwm调制介绍随着逆变器控制技术的发展，电压型逆变器出现了多种变压、变频控制方法。
目前采用较多的是正弦脉宽调制调制技术，即 SPWM 控制技术。
SPWM（Sinusoidal Pulse Width Modulation）技术，是指调制信号正弦化的 PWM技术。
由于其具有开关频率固定、输出电压只含有固定频率的高次谐波分量、滤波器设计简单等一系列优点，SPWM 技术已成为目前应用最为广泛的逆变用 PWM 技术。
SPWM （正弦脉宽调制）应用于正弦波逆变器主要基于采样控制理论中的一个结论:冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上，效果基本相同。
图3-1是将正弦波的半个周期分成等宽(π/N)的 N个脉冲，(b)是N个宽度不等的矩形脉冲，但矩形中点与正弦等分脉冲中点重合，并且矩形脉冲的面积和相应正弦脉冲面积相等。
图3-1 数字PWM控制基本原理SPWM 技术按工作原理可以分为单极性调制和双极性调制。
单极性调制的原理如图 3-2(a),其特点是在一个开关周期内两只功率管以较高的开关频率互补开关，保证可以得到理想的正弦输出电压；另两只功率管以较低的输出电压基波频率工作，从而在很大程度上减少了开关损耗。
但并不是固定其中以个桥臂始终工作在低频，而是每半个周期切换工作，即同一桥臂在前半个周期工作在低频，而后半个周期工作在高频。
这样可以使两个桥臂的工作状态均衡，器件使用寿命更均衡，有利于增加可靠性。
2) 双极性调制双极性调制的原理如3-2(b)，其特点是四个功率管都工作在较高的频率(载波频率)，虽然能够=得到较好的输出电压波形，但是其代价是产生了较大的开关损耗。
DCAC逆变电路及讲义原理总结
t
ON V1 V2 V1 V2
VD1 VD2 VD1 VD2 b)
图5－6 单相半桥电压型逆变
电路及其工作波形
5-9
单相电压型逆变电路
优点：电路简单，使用器件少。
• 缺点：输出电压幅值为Ud/2，负载上的功率 为全桥的1/4，开关管承受的电压为Ud，且
直流侧需两电容器串联，要控制两者电压均 衡。
直流侧是电压源
电压型逆变电路——又称为电压源
型逆变电路 Voltage Source Type Inverter-VSTI
直流侧是电流源
电流型逆变电路——又称为电流源
型逆变电路 Current Source Type Inverter-CSTI
5-8
单相电压型逆变电路
1）单相半桥逆变电路
工作原理
V1和V2栅极信号在一周期内 各半周正偏、半周反偏，两
(4)控制方式有PWM，双极性和移相控制方式。
参数计算与器件选择
根据不同的负载类型计算负载等效阻抗： 电阻型：Z=R 电阻电感型：Z=R+jωL
Z=(R2+(ωL)2 ) ½ 对于RLC：Z=R+jωL-1/jωC
对于电阻：i＝P/Ud＝Ud/R 对于电阻电感：i＝P/Udcosφ＝Ud/Z 开关管上的电压：U=(2~3)Ud
5-10
参数计算与器件选择
根据不同的负载类型计算负载等效阻抗： 电阻型：Z=R 电阻电感型：Z=R+jωL
Z=(R2+(ωL)2 ) ½ 对于RLC：Z=R+jωL-1/jωC 对于电阻：i＝2P/Ud＝Ud/2R 对于电阻电感：i＝2P/Udcosφ＝Ud/2Z 开关管上的电压：U=(2~3)Ud
第4章_DC-AC变换技术
ua
ub
uc
ua
ub
O
wt
=
3
=
4
=
6
ud uab uac ubc u ba uca u cb uab uac u bc uba u ca u cb u ab u ac u bc u ba u ca ucb u ab u ac u bc
wt1 wt2 wt3
O
wt
=
3
=
4
=
6
图4-10 三相桥式相控有源逆变电路工作波形
√也叫电感耦合式强迫换流。
■换流方式总结 ◆器件换流只适用于全控型器件，其余三种方式主要是针对晶闸管而言的。 ◆器件换流和强迫换流属于自换流，电网换流和负载换流属于外部换流。 ◆当电流不是从一个支路向另一个支路转移，而是在支路内部终止流通而
变为零，则称为熄灭。
4.2 相控有源逆变电路
4.2.1 有源逆变的工作原理和实现的条件 4.2.2 三相相控有源逆变电路 4.2.3 逆变失败及最小逆变角的限制
载阻抗不同而不同。 ◆阻感负载时需提供无功功率，为了给交流侧向直流侧反馈的无功
能量提供通道，逆变桥各臂并联反馈二极管。
20
4.3.1 电压型单相无源逆变电路
图4-14 电压型单相全桥逆变电路原理图与工作波形
21
4.3.1 电压型单相无源逆变电路
图4-15 单相全桥逆变电路的移相调压方式
22
4.3.2 电流型单相无源逆变电路
个负载工作在接近并联谐振状态而略呈容
ω t 性，直流侧串大电感，工作过程可认为id
基本没有脉动。
√负载对基波的阻抗大而对谐波的阻抗
ω t 小，所以uo接近正弦波。
ωt
如何直流电(DC)变交流电(AC知识分享
查看文章如何直流电(DC)变交流电(AC)?---逆变器-有电路图（最下）2010-01-16 16:31逆变器（inverter）是把直流电能（电池、蓄电瓶）转变成交流电（一般为220v50HZ 正弦或方波）。
应急电源，一般是把直流电瓶逆变成220V交流的。
通俗的讲，逆变器是一种将直流电（DC）转化为交流电（AC）的装置。
它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成．利用TL494组成的400W大功率稳压逆变器电路。
它激式变换部分采用TL494，VT1、VT2、VD3、VD4构成灌电流驱动电路，驱动两路各两只60V/30A的MOS FET开关管。
如需提高输出功率，每路可采用3～4只开关管并联应用，电路不变。
TL494在该逆变器中的应用方法如下：第1、2脚构成稳压取样、误差放大系统，正相输入端1脚输入逆变器次级取样绕组整流输出的15V直流电压，经R1、R2分压，使第1脚在逆变器正常工作时有近4.7～5.6V取样电压。
反相输入端2脚输入5V基准电压(由14脚输出)。
当输出电压降低时，1脚电压降低，误差放大器输出低电平，通过PWM电路使输出电压升高。
正常时1脚电压值为5.4V，2脚电压值为5V，3脚电压值为0.06V。
此时输出AC电压为235V(方波电压)。
第4脚外接R6、R4、C2设定死区时间。
正常电压值为0.01V。
第5、6脚外接CT、RT设定振荡器三角波频率为100Hz。
正常时5脚电压值为1.75V，6脚电压值为3.73V。
第7脚为共地。
第8、11脚为内部驱动输出三极管集电极，第12脚为TL494前级供电端，此三端通过开关S控制TL494的启动/停止，作为逆变器的控制开关。
当S1关断时，TL494无输出脉冲，因此开关管VT4～VT6无任何电流。
S1接通时，此三脚电压值为蓄电池的正极电压。
第9、10脚为内部驱动级三极管发射极，输出两路时序不同的正脉冲。
正常时电压值为1.8V。
第13、14、15脚其中14脚输出5V基准电压，使13脚有5V高电平，控制门电路，触发器输出两路驱动脉冲，用于推挽开关电路。
电力电子DC-AC逆变
4.0.0 引言
逆变的概念
电力电子技术——DC-AC逆变
逆变——与整流相对应，直流电变成交流电。 交流侧接电网，为有源逆变。 交流侧接负载，为无源逆变。
逆变与变频
变频电路：分为交交变频和交直交变频两种。 交直交变频由交直变换（整流）和直交变换两部分组 成，后一部分就是逆变。
主要应用
各种直流电源，如蓄电池、干电池、太阳能电池等。
负载
a A * * O
1
* b B
P
Vd 2
0 Vd 2
VD
D1 T3 ia
a
T1
D
D2
T2
T1
D3 T5
ib
D5 ic
c
推挽式单相逆变电路
b
T4 D4
T6
D6
T2
D2
Q 电压型三相桥式逆变电路
电力电子技术——DC-AC逆变
4.1.2 逆变器输出波形性能指标
(1)谐 波 系 数 n Vn / V1 HF
T 2
t
电力电子技术——DC-AC逆变
4.1.3 其他指标
逆变器的性能指标除输出波形性能指标外，还应包 括：
逆变效率
单位重量（或单位体积）输出功率
可靠性指标
逆变器输入直流电流中交流分量的数值和脉动频率 电磁干扰EMI及电磁兼容性EMC
电力电子技术——DC-AC逆变
4.2 电压型单相方波逆电路工作原理
由换流电路内电容 直接提供换流电压 通过换流电路内的 电容和电感的耦合 来提供换流电压或 换流电流 直接耦合式 强迫换流 电感耦合式 强迫换流
电力电子技术——DC-AC逆变
直接耦合式强迫换流
当晶闸管VT处于通态 时，预先给电容充电。当 S合上，就可使VT被施加 反压而关断。 也叫电压换流。 电感耦合式强迫换流
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单相电压型逆变电路
2) 全桥逆变电路
共四个桥臂，可看成两个半 桥电路组合而成。
两对桥臂交替导通180°。 uG1
O
输出电压和电流波形与半桥 uG2
t
电路形状相同，幅值高出一 O
t
倍。
u G3
O
t
改变输出交流电压的有效值 uG4
O
只能通过改变直流电压Ud来
u o
实现。
io O
io
uo t
5-16
单相电压型逆变电路
阻感负载时，还可采用移 相得方式来调节输出电压 －移相调压。
V3的基极信号比V1落后
uG1
a)
（0＜ ＜180 °）。V3、
O u G2
t
V4的栅极信号分别比V2、
V1的前移180°－。输 出电压是正负各为的脉
O
u G3 O
u G4
t t
冲。
O
t
改变就可调节输出电压。
3
t1 t2
t t
图5-7 单相全桥逆变
b)
电路的移相调压方式
单相电压型逆变电路
2）单相电压型全桥逆变电路的特点
(1)直流侧为电压源或并联大电容，直流侧电压基本无脉 动。
(2)输出电压幅值为Ud的矩形波，负载上的功率为半桥逆 变器的4倍，输出电流因负载阻抗不同而不同。
(3)阻感负载时需提供无功功率。为了给交流侧向直流侧 反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂并联反馈二极管。
电流：I=(1.5~2)(2)1/2i
参数计算与器件选择 例：逆变器输入电压为550V，输出功率为 20KW，逆变器开关频率为20KHz，RLC谐 振负载，
其等效电阻为：R=Ud2/4P=3.78Ω 负载上的电流有效值为：i＝Ud/2R=72.75A 开关管上的电压：U=(2~3)Ud=1100~1650V 电流：I=(1.5~2)(2)1/2i=154~205A
电和u阻o的负波载形时相，同负，载相电位流也io
相同。
阻于u感o负，载波时形，也i不o相同位。滞后
a) uo
io
t1 t2
t
b)
图5-1 逆变电路及其波形举例
换流方式分类
换流——电流从一个支路向另一个支路转移的过程， 也称为换相。
开通：适当的控制极驱动信号就可使器件开通。 关断：
全控型器件可通过门极关断。 研究换流方式主要是研究如何使器件关断。
u o
io
io
uo t
O
t1 t2
3
t
图5-7 单相全桥逆变
b)
电路的移带中心抽头变压器的逆变电路
交替驱动两个IGBT，经变压 器耦合给负载加上矩形波交 流电压。
两个二极管的作用也是提供 无功能量的反馈通道。
图5-8 带中心抽头变压器的逆变电路
Ud和负载参数相同，变压器匝比为1：1：1时，uo和io 波 形及幅值与全桥逆变电路完全相同。
电流：I=(1.5~2)(2)1/2i
参数计算与器件选择 例：逆变器输入电压为550V，输出功率为 20KW，逆变器开关频率为20KHz，RLC谐振 负载，
其等效电阻为：R=Ud2/P=15.125Ω 负载上的电流有效值为：i＝Ud/R= 36.36A 开关管上的电压：U=(2~3)Ud=1100~1650V 电流：I=(1.5~2)(2)1/2i=77~102A
直流侧需两电容器串联，要控制两者电压均 衡。
参数计算与器件选择
根据不同的负载类型计算负载等效阻抗： 电阻型：Z=R 电阻电感型：Z=R+jωL
Z=(R2+(ωL)2 ) ½ 对于RLC：Z=R+jωL-1/jωC 对于电阻：i＝2P/Ud＝Ud/2R 对于电阻电感：i＝2P/Udcosφ＝Ud/2Z 开关管上的电压：U=(2~3)Ud
补充 DC-AC逆变电路
引言
• 换流方式 • 电压型逆变电路 • 电流型逆变电路 • 缓冲电路 • 无损缓冲电路
引言
逆变的概念
逆变——与整流相对应，直流电变成交流电。 交流侧接电网，为有源逆变。 交流侧接负载，为无源逆变。
逆变与变频
变频电路：分为交交变频和交直交变频两种。 交直交变频由交直变换（整流）和直交变换两部分组 成，后一部分就是逆变。
u
a)
o
Um
O
t
-Um
io
O
t3 t1 t2
t4
t5 t6
t
ON V1 V2 V1 V2
VD1 VD2 VD1 VD2 b)
图5－6 单相半桥电压型逆变
电路及其工作波形
单相电压型逆变电路
优点：电路简单，使用器件少。
缺点：输出电压幅值为Ud/2，负载上的功率 为全桥的1/4，开关管承受的电压为Ud，且
电压型逆变电路
1）逆变电路的分类 —— 根据直流侧电源性质的不同
直流侧是电压源
电压型逆变电路——又称为电压源
型逆变电路 Voltage Source Type Inverter-VSTI
直流侧是电流源
电流型逆变电路——又称为电流源
型逆变电路 Current Source Type Inverter-CSTI
uo
S 1
io
负载
S 3
Ud
S2
uo S4
io
t1 t2
t
a)
b)
图5-1 逆变电路及其波形举例
逆变电路的基本工作原理
S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压uo为正。 S1、S4断开，S2、S3闭合时，负载电压uo为负。
直流电 交流电
逆变电路的基本工作原理
逆变电路最基本的工作 原理 ——改变两组开关 切换频率，可改变输出 交流电频率。
单相电压型逆变电路
1）单相半桥逆变电路
工作原理
V1和V2栅极信号在一周期内 各半周正偏、半周反偏，两
者互补，输出电压uo为矩形
波，幅值为Um=Ud/2。
V1或V2通时，io和uo同方向，
直流侧向负载提供能量；
VD1或VD2通时，io和uo反向，
电感中贮能向直流侧反馈。 VD1、VD2称为反馈二极管, 它又起着使负载电流连续的 作用，又称续流二极管。
主要应用
各种直流电源，如蓄电池、干电池、太阳能电池等。 交流电机调速用变频器、不间断电源、感应加热电源 等电力电子装置的核心部分都是逆变电路。
换流方式
• 逆变电路的基本工作原理 • 换流方式分类
逆变电路的基本工作原理
以单相桥式逆变电路为例说明最基本的工作原理
S1~S4是桥式电路的4个臂，由电力电子器件及辅 助电路组成。
(4)控制方式有PWM，双极性和移相控制方式。
参数计算与器件选择
根据不同的负载类型计算负载等效阻抗： 电阻型：Z=R 电阻电感型：Z=R+jωL
Z=(R2+(ωL)2 ) ½ 对于RLC：Z=R+jωL-1/jωC
对于电阻：i＝P/Ud＝Ud/R 对于电阻电感：i＝P/Udcosφ＝Ud/Z 开关管上的电压：U=(2~3)Ud