逆变器分类及电路结构详解

2023-07-02 理论教育版权反馈

【摘要】：为了便于光伏电站选用逆变器，这里对方波逆变器、正弦波逆变器和几种功率转换电路作进一步简要说明。但是这种模拟式正弦波逆变器电路结构复杂，电子元件数量多，整机工作可靠性低。图4-24全桥式逆变器电路原理框图高频升压逆变电路。

有关逆变器分类的原则很多，例如：根据逆变器输出交流电压的相数，可分为单相逆变器和三相逆变器；根据输出波形的不同可分为方波逆变器和正弦波逆变器；根据逆变器使用的半导体器件类型不同，可分为晶体管逆变器、MOSFET模块及可关断晶闸管逆变器等；根据功率转换电路又可分为推挽电路、桥式电路和高频升压电路逆变器等。为了便于光伏电站选用逆变器，这里对方波逆变器、正弦波逆变器和几种功率转换电路作进一步简要说明。

1.方波逆变器

方波逆变器输出的交流电压波形为50 Hz方波。此类逆变器所使用的逆变线路也不完全相同，但共同的特点是线路比较简单，使用的功率开关管数量少。设计功率一般在几十瓦至几百瓦之间。

方波逆变器的优点是：价格便宜，维修简单。

缺点是：由于方波电压中含有大量高次谐波，在以变压器为负载的用电器中将产生附加损耗，对收音机和某些通信设备也有干扰。此外，这类逆变器中有的调压范围不够宽，有的保护功能不够完善，噪声也比较大。

2.正弦波逆变器

这类逆变器输出的交流电压波形为正弦波，由SPWM波形产生电路、驱动电路、逆变功率桥路、输出变压器、高频滤波器、交流稳压电路及保护电路等环节组成。电路原理框图见图4-22。

正弦波逆变器的优点是：输出波形好，失真度低，对通信设备无干扰，噪声也很低。此外，保护功能齐全，对电感性和电容型性负载适应性强。

缺点是：线路相对复杂，对维修技术要求高，价格较贵。

早期的正弦波逆变器多采用分立电子元件或小规模集成电路组成模拟式波形产生电路，直接用模拟50Hz正弦波切割几千赫兹到几十千赫兹的三角波产生一个SPWM正弦脉宽调制的高频脉冲波形，经功率转换电路、升压变压器和LC正弦化滤波器得到220V/50 Hz单相正弦交流电压输出。但是这种模拟式正弦波逆变器电路结构复杂，电子元件数量多，整机工作可靠性低。随着大规模集成微电子技术的发展，专用SPWM波形产生芯片（如HEF4752、SA838等）和智能CPU芯片（如INTEL 8051、PIC16C73、INTEL80C196 MC等）逐渐取代小规模分立元件电路，组成数字式SPWM波形逆变器，使正弦波逆变器的技术性能和工作可靠性得到很大提高，已成为当前中、大型正弦波逆变器的优选方案。

pagenumber_ebook=122,pagenumber_book=116

图4-22　正弦逆变器电路原理框图

3.几种功率转换电路的比较

逆变器的功率转换电路一般有推挽逆变电路、全桥逆变电路和高频升压逆变电路三种，其主电路分别如图4-23～图4-25所示。

（1）推挽式逆变电路。

图4-23所示的推挽电路，将升压变压器的中心抽头接于正电源，两只功率管交替工作，输出得到交流电输出。由于功率晶体管共地连接，驱动及控制电路简单，另外由于变压器具有一定的漏感，可限制短路电流，因而提高了电路的可靠性。其缺点是变压器利用率低，带感性负载的能力较差。

pagenumber_ebook=122,pagenumber_book=116

图4-23　推挽式逆变器电路原理框图

（2）全桥式逆变电路。

图4-24所示的全桥逆变电路克服了推挽电路的缺点，功率开关管T1、T3和T2、T4反相，T3和T4（T1和T2）相位互差180°，调节T3和T4的输出脉冲宽度，输出交流电压的有效值即随之改变。由于该电路具有能使T1和T4共同导通的功能，因而具有续流回路，即使对感性负载，输出电压波形也不会产生畸变。该电路的缺点是上、下桥臂的功率晶体管不共地，因此必须采用专门驱动电路或采用隔离电源。另外，为防止上、下桥臂发生共同导通，在T1、T4及T2、T3之间必须设计先关断后导通电路，即必须设置死区时间，其电路结构较复杂。

pagenumber_ebook=123,pagenumber_book=117

图4-24　全桥式逆变器电路原理框图

（3）高频升压逆变电路。

pagenumber_ebook=123,pagenumber_book=117

图4-25　高频升压式逆变器电路原理框图

图4-25为高频升压电路，由于推挽电路和全桥电路的输出都必须加升压变压器，而工频升压变压器体积大，效率低，价格也较贵，随着电力电子技术和微电子技术的发展，采用高频升压变换技术实现逆变，可实现高功率密度逆变。这种逆变电路的前级升压电路采用推挽结构（T1、T2），但工作频率均在20k Hz以上，升压变压器B1采用高频磁芯材料，因而体积小，重量轻，高频逆变后经过高频变压器变成高频交流电，又经高频整流滤波电路得到高压直流电（一般均在250V以上），再通过工频全桥逆变电路（T3、T4、T5、T6）实现逆变。采用该电路结构，使逆变电路功率密度大大提高，逆变器的空载损耗也相应降低，效率得到提高。该电路的缺点是电路复杂，可靠性比上述两种电路偏低。

逆变器分类及电路结构详解

相关推荐