原標(biāo)題：大佬帶你了解逆變器，單相逆變器原理+基本形式解讀

一、單相逆變器的基本原理

逆變器是將直流電（DC）轉(zhuǎn)換為交流電（AC）的電力電子設(shè)備。單相逆變器輸出單相交流電，其核心功能是實(shí)現(xiàn)直流到交流的電能變換，滿足交流負(fù)載或電網(wǎng)的用電需求。

工作原理：

1. 開關(guān)動作：通過控制功率半導(dǎo)體器件（如IGBT、MOSFET）的導(dǎo)通與關(guān)斷，將直流電壓轉(zhuǎn)換為高頻脈沖序列。

2. 濾波處理：利用LC濾波器去除高頻諧波，輸出平滑的正弦波交流電。

3. 輸出控制：通過調(diào)節(jié)開關(guān)信號的頻率、占空比或相位，控制輸出電壓的頻率、幅值和相位。

二、單相逆變器的基本形式

根據(jù)電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，單相逆變器可分為以下幾種基本形式：

1. 半橋逆變器

• S1導(dǎo)通時(shí)，輸出電壓為+Vdc/2；

• S2導(dǎo)通時(shí)，輸出電壓為-Vdc/2；

• 通過交替導(dǎo)通S1和S2，輸出方波交流電。

• 結(jié)構(gòu)：由兩個(gè)開關(guān)器件（如S1、S2）和兩個(gè)分壓電容（C1、C2）組成，直流母線電壓被均分為兩個(gè)電容電壓。

• 工作原理：

• 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，但輸出電壓幅值僅為直流母線電壓的一半，適用于低壓小功率場景。

2. 全橋逆變器

• S1、S4導(dǎo)通時(shí)，輸出電壓為+Vdc；

• S2、S3導(dǎo)通時(shí)，輸出電壓為-Vdc；

• 通過控制對角線開關(guān)（S1/S4與S2/S3）的交替導(dǎo)通，輸出全幅值方波交流電。

• 結(jié)構(gòu)：由四個(gè)開關(guān)器件（S1~S4）組成，分為兩個(gè)橋臂，直流母線直接連接橋臂中點(diǎn)。

• 工作原理：

• 特點(diǎn)：輸出電壓幅值等于直流母線電壓，適用于中高壓大功率場景。

3. 推挽逆變器

• S1導(dǎo)通時(shí)，變壓器初級繞組1通電；

• S2導(dǎo)通時(shí)，變壓器初級繞組2通電；

• 通過交替導(dǎo)通S1和S2，在變壓器次級感應(yīng)出交流電。

• 結(jié)構(gòu)：由兩個(gè)開關(guān)器件（S1、S2）和一個(gè)中心抽頭變壓器組成，直流母線通過兩個(gè)開關(guān)分別連接到變壓器的兩個(gè)初級繞組。

• 工作原理：

• 特點(diǎn)：利用變壓器實(shí)現(xiàn)電氣隔離，但開關(guān)器件需承受兩倍直流母線電壓，適用于高頻隔離型應(yīng)用。

三、單相逆變器的調(diào)制技術(shù)

為改善輸出波形質(zhì)量，單相逆變器常采用以下調(diào)制技術(shù)：

1. 方波調(diào)制

• 原理：直接控制開關(guān)器件，輸出固定頻率和幅值的方波。

• 特點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)簡單，但諧波含量高，適用于對波形質(zhì)量要求不高的場景。

2. 脈沖寬度調(diào)制（PWM）

• 正弦波PWM（SPWM）：以正弦波為調(diào)制波，三角波為載波，生成脈沖寬度按正弦規(guī)律變化的信號。

• 空間矢量PWM（SVPWM）：基于電壓空間矢量合成，提高直流母線電壓利用率。

• 原理：通過調(diào)節(jié)脈沖寬度，使輸出電壓的平均值逼近正弦波。

• 分類：

• 特點(diǎn)：諧波含量低，波形質(zhì)量高，廣泛應(yīng)用于中高功率場景。

3. 多電平逆變技術(shù)

• 原理：通過增加逆變器的電平數(shù)（如三電平、五電平），減少輸出電壓的跳變幅度。

• 特點(diǎn)：進(jìn)一步降低諧波含量，適用于高壓大功率場景。

四、單相逆變器的應(yīng)用與選擇

1. 應(yīng)用場景

• 家用光伏發(fā)電：將太陽能電池板輸出的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，并入電網(wǎng)或供家庭使用。

• 不間斷電源（UPS）：在電網(wǎng)停電時(shí)，為關(guān)鍵負(fù)載提供交流電。

• 電動汽車充電樁：將直流快充電源轉(zhuǎn)換為交流電，供電動汽車使用。

2. 選擇依據(jù)

• 功率等級：根據(jù)負(fù)載功率選擇合適的逆變器容量。

• 電壓等級：匹配直流母線電壓和交流輸出電壓。

• 波形質(zhì)量：根據(jù)負(fù)載對諧波的要求，選擇合適的調(diào)制技術(shù)。

• 效率與成本：平衡轉(zhuǎn)換效率與設(shè)備成本，優(yōu)化系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性。

五、總結(jié)

單相逆變器通過控制功率半導(dǎo)體器件的開關(guān)動作，實(shí)現(xiàn)直流到交流的電能變換。其基本形式包括半橋、全橋和推挽逆變器，調(diào)制技術(shù)涵蓋方波、PWM和多電平技術(shù)。選擇合適的逆變器形式和調(diào)制策略，需綜合考慮功率等級、電壓等級、波形質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性等因素。