DC/AC逆變器,DC/AC逆變器的基本原理是什么?

背景知識：

DC/AC逆變技術能夠實現直流電能到交流電能的轉換，可以從蓄電池、太陽能電池等直流電能變換得到質量較高的、能滿足負載對電壓和頻率要求的交流電能。DC/AC逆變技術在交流電機的傳動、不間斷電源(UPS)、變頻電源、有源濾波器、電網無功補償器等許多場合得到了廣泛的應用。

DC/AC逆變技術的基本原理是通過半導體功率開關器件(例如SCR,GTO，GTR,IGBT和功率MOSFET模塊等)的開通和關斷作用，把直流電能變換成交流電能，因此是一種電能變換裝置。由子是通過半導體功率開關器件的開通和關斷來實現電能轉換的，因此轉換效率比較高。但轉換輸出的波形卻很差，是含有相當多諧波成分的方波。而多數應用場合要求逆變器輸出的是理想的正弦波，因此如何利用半導體功率開關器件的開通和關斷的轉換，使逆變器輸出正弦波和準正弦波就成了DC/AC逆變器技術發展中的一個主要問題。

基本原理：

常用逆變器主電路的基本形式有兩種分類方法：按照相數分類，可以分為單相和三相；按照直流側波形和交流側波形分類，可以分為電壓型逆變器和電流型逆變器。具體如下：

DC/AC逆變器按拓撲結構劃分，分為Buck型DC/AC逆變器，Boost型DC/AC逆變器，Buck-Boost型DC/AC逆變器。

1，Buck型DC/AC逆變器

Buck型DC/AC逆變器電路基本拓撲如圖所示。

采用了兩組對稱的Buck電路，負載跨接在兩個Buck變換器的輸出端，并以正弦的方式調節Buck變換器的輸出電壓，進行DC/AC的變換。它包括直流供電電源Vm，輸出濾波電感L1和L2，功率開關管S1-S4 。濾波電容C1和C2，續流二極管D1-D4，以及負載電阻R。通過滑模控制，使輸出電容電壓V1和V2隨參考電壓的變化而變化，從而使兩個Buck變換器各產生一個有相同直流偏置的正弦波輸出電壓，并且V1和V2在相位上互差180度。由于負載跨接在K和代的兩端，則DC/AC變換器的輸出電壓玲為如下式所示的正弦波，圖2所示即為逆變器的基本工作原理。

雖然有一個直流偏置電壓出現在負載的任一端，但負載兩端電壓為正負交變的正弦波電壓，并且其直流電壓為零。由于DC/AC變換器的輸出電流是正負交變的，因此要求電路中的Buck變換器的電流能雙向流通，如圖1所示電路由兩組雙向Buck變換器組成。一組電流雙向流通的Buck變換器可見圖3所示。凡與又是一對互補控制的開關管，D1和D2為反并止極管。當開關S1閉合、S2打開時，若電感電流方向為正，則電流流經S1，若為負則電感電流經D1續流。當S1打開、S2閉合時，若電感電流方向為正，則電流經D2續流，若為負則電感電流流經S2。

2，Boost型AC/AC逆變器

Boost型DC/AC逆變器電路基本拓撲如圖所示。采用了兩組對稱的Boost電路，負載跨接在兩個Boost變換器的輸出端，并以正弦的方式調節Boost變換器的輸出電壓，進行D/AC的變換。它包括直流供電電Vm，輸出濾波電感L1和L2，功率開關管S1-S4，濾波電容C1和C2，續流二極管D1-D4，以及負載電阻R。通過滑模控制，使輸出電容電壓K和K隨參考電壓的變化而變化，從而使兩個Boost變換器各產生一個有相同直流偏置的正弦波輸出電壓，并且V1和V2在相位上互差180度。獲得的輸出電壓為V0 = V1-V2，是一個正弦電壓。

3，Buck-Boost型DC/AC逆變器。基本原理為上述兩種結構的中和，這里就不做太多解釋了。

現狀和發展：

一般認為，DC-AC逆變器的發展可以分為如下兩個階段。

1，1956-1980年為傳統發展階段。這個階段的特點是：開關器件以低速器件為主，逆變器的開關頻率較低，波形改善以多重疊加為主，體積重量較大，逆變效率低。正弦波逆變器開始出現。1960年以后，人們注意到改善逆變器波形的重要性，并開始進行研究。

1963年，F.G.Turnbull提出了“消除特定諧波法”，為后來的優化PWM法奠定了基礎，以實現特定的優化目標，如諧波最小、效率最優、轉矩脈動最小等。

1980年到現在為高頻化新技術階段。這個階段的特點是：開關器件以高速器件為主，逆變器的開關頻率較高，波形改善以PWM法為主，體積重量較小，逆變效率高。正弦波逆變器技術發展日趨完善。

20世紀70年代后期，可關斷晶閘管GTO、電力晶體管GTR及其模塊相繼實用化。80年代以來，電力電子技術與微電子技術相結合，產生了多種高頻化的全控器件，并得到了迅速發展，如功率場效應晶體管Power MOSFET，絕緣門極晶體管IGT或IGST,靜電感應晶體管SIT,靜電感應晶閘管SITH、場控晶閘管MCT, MOS晶體管MGT、IEGT以及IGCT等。這就使電力電子技術由傳統發展時代進入到高頻化時代。在這個時代，具有小型化和高性能特點的新逆變技術層出不窮，特別是脈寬調制波形改善技術得到了飛速的發展。

今后，隨著工業和科學技術的發展，對電能質量的要求將越來越高，包括市電電網在內的原始電能的質量可能滿足不了設備的要求，必須經過電力電子裝置變換后才能使用，而DC/AC逆變技術在這種變換中將起到重要的作用。