无源逆变器讲解
无源逆变的名词解释
无源逆变的名词解释无源逆变是一种电气工程中常用的术语，用来描述电力电子装置中的一种特殊的电压或电流的变换方式。
在无源逆变器中，电能的转换是通过非线性元件而不是通过活跃元件来实现的。
这些非线性元件可以是二极管、电容器或其他元件。
无源逆变器也可以被称为自发反向器或非活跃逆变器。
为了更好地理解无源逆变的原理和应用，我们需要从电力电子的基础知识入手。
电力电子是一门研究电源和电能转换的学科，它利用电子器件将电能从一种形式转换为另一种形式。
在电力电子系统中，逆变器是一种重要的设备，它能将直流电转换为交流电。
在传统的逆变器中，电能的转换是通过主动力量源来实现的，比如交流电源或者电池。
然而，在无源逆变器中，电能的转换是通过非线性元件来实现的，这些元件不直接提供能量。
因此，无源逆变器的工作原理与传统逆变器有所不同。
无源逆变的工作原理可以用一个简单的电路示意图来表示。
这个电路包含一个电感元件和一个非线性电容器。
在电感元件中通过一个电流，当电流改变方向时，电感元件会将其保存，并通过非线性电容器向电路中放出电能。
这个过程可以反复进行，从而实现电能的转换。
需要注意的是，这个电路中没有主动电源，只有从电感元件和非线性电容器中得到的电能。
无源逆变器的应用非常广泛。
它可以用于替代传统的主动逆变器，实现高效率的能量转换。
在太阳能发电系统中，无源逆变器可以将由太阳能电池产生的直流电转换为交流电，以供家庭或工业用电。
此外，无源逆变器也常用于无线电通信设备、电动车辆和工业自动化系统等领域。
然而，由于无源逆变器的非线性特性，它也带来了一些技术挑战。
首先，无源逆变器的设计、控制和保护较为复杂。
其次，无源逆变器会产生较大的电磁干扰和谐波失真，对其他设备和网络可能造成干扰。
因此，在应用无源逆变器时，需要采取措施来减少这些问题的影响。
总之，无源逆变是一种利用非线性元件实现电能转换的电力电子技术。
它的工作原理简单明了，应用广泛，但也面临一些挑战。
无源逆变电路和有源逆变电路有何不同？
无源逆变电路和有源逆变电路有何不同？
无源逆变电路和有源逆变电路是两种常见的逆变电路，它们在工作原理和特点上有一些不同之处。
无源逆变电路（Passive Inverter）：
1.无源逆变电路是基于电容、电感和二极管等被动元件构成
的。
2.无源逆变电路依赖于负载的特性或外部电源提供的能量，
并通过切换元件改变电流和电压的方向来实现逆变。
3.无源逆变电路没有独立的功率放大器或控制元件，不能主
动控制输出波形，输出波形受限于其负载和电源的特性。
4.无源逆变电路一般适用于低功率、较简单的应用场景，例
如小功率逆变器、逆变电路的充电和放电等。
有源逆变电路（Active Inverter）：
1.有源逆变电路基于晶体管、MOSFET、IGBT等有源元件构
成的。
2.有源逆变电路包含独立的功率放大器和控制元件，能够主
动控制输出波形，实现精确的逆变操作。
3.有源逆变电路能够提供较高的功率密度、高效率和更精确
的电压/频率输出。
4.有源逆变电路通常适用于高功率、高精度的逆变应用，例
如工业变频器、UPS电源、太阳能逆变器等。
总体而言，无源逆变电路是基于被动元件，无法主动控制输出
波形，适用于低功率场景；而有源逆变电路则使用主动元件，具备主动控制能力，适用于高功率和高精度的逆变需求。
选择适用的逆变电路取决于所需功率、精度和控制要求等因素。
电力电子技术课件：无源逆变和变频
规则采样原理图
'
1 2
Tc
Tc 4
(1
a sin rtD )
2023/12/12
26
f (t)
f (t)
f (t)
f (t)
(t)
O a)
tO b)
tO
tO
c)
t d)
PWM控制的理论基础是冲量相等而形状不同的窄脉冲加 在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。其中的冲量指窄 脉冲的面积；效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本 相同。
2023/12/12
17
3.3.2 无源逆变电路的控制模式——PWM基本原 理
14
3.3.1 电流源型三相逆变器
采用电感滤波
U
L
电流源型
S1
S3
S5 变频器的主
电路结构
VD1
VD3
VD5
S4
S6
ia ic S2
ZAB
ib
ZCA
ZBC
VD4
VD6
VD2
2023/12/12
15
3.3.1 电流源型三相逆变器
0
60
120
180
240
300
360
S1
S2
S3
S4
S5
S6
IA
I
I
0
-I
-I
0
I
-I
-I
IC
0
-I
-I
0
I
I
0
IAB I/3
2I/3
I/3
-I/3
-2I/3
-I/3
I/3
IBC -2I/3
-I/3
《无源逆变电路》课件
无源逆变电路可用于电动汽车充电桩 中，将直流电能转换为交流电能，为 电动汽车充电提供方便。
无源逆变电路的重要性
提高能源利用效率
无源逆变电路能够实现电能的双向转换，提高能源的利用效率， 降低能源浪费。
促进可再生能源利用
无源逆变电路在分布式电源系统中的应用，能够促进可再生能源的 利用，减少对传统能源的依赖。
电流型无源逆变电路
总结词
通过电感或电容储能，利用半导体开关器件进行高速的导通和关断，将直流电能 转换为交流电能。
详细描述
电流型无源逆变电路采用电感或电容作为储能元件，通过半导体开关器件的高速 导通和关断，将直流电能转换为交流电能。其输出电流为矩形波，输出电压为正 弦波。
不同种类无源逆变电路的比较
统的可靠性和稳定性。
选用高质量器件
02
选用高质量的器件，如高品质的电容、电感等，提高系统的可
靠性和稳定性。
加强可靠性设计
03
采用冗余设计、容错设计等可靠性设计方法，提高系统的可靠
性和稳定性。
06
无源逆变电路的发展趋势与展望
高效能与低成本的发展趋势
高效能
随着电力电子技术的不断进步，无源逆 变电路的高效能发展趋势日益明显。通 过优化电路设计、采用先进的控制算法 等手段，不断提高无源逆变电路的能量 转换效率和电能质量，以满足各种应用 场景的需求。
复杂。在实际应用中，应根据具体需求选择合适的无源逆变电路类型。
03
无源逆变电路的工作过程
电压型无源逆变电路工作过程
01
02
03
04
输入直流电压通过升压斩波电 路提高电压幅值。
提高后的直流电压作为逆变电 路的输入，经过全控开关器件
《无源逆变器》课件
随着科技的不断革新，无源逆变器将在更多领域得到应用，为人类创造更多的福利。
《无源逆变器》PPT课件
本课程将介绍无源逆变器的基本原理、工作原理、应用领域、优势和不足以 及未来的发展趋势。
逆变器的基本原理
太阳能逆变器
将太阳能板中一直流的电流， 转化为交流的电流，以达到 使用电器的目的。
应急逆变器
在停电的情况下，将储存的 直流电转化成可用的交流电， 以保障基本用电需求。
机械逆变器
桥路由4个换流管构成， 实现对降压后的电网电 流进行整流。
谐振电路起到逆变的作 用，将电流逆变为所需 的电压波形，通过输出 变压器，输出到负载。
无源逆变器的应用领域
家庭用途
普遍应用于家庭电器和办公设 备的供电，如台式机、电视、 音响等。
能源领域
在光伏发电、新能源汽车等领 域得到广泛应用，提高了能源 的利用效率和功率质量。
将燃油发电机或水轮发电机 等内燃机造出的直流电，转 化为交流电，以适用于一般 的交流电器用电。
风力发电逆变器
在风力发电机外侧加装逆变 器，一次性将多个风力发电 机最终转化的交流电传输至 电网。
无源逆变器的工作原理
1 电源变压器
2 桥路
3 谐振电路
将电网通过电源变压器， 降压之后输入到逆变器 的桥路上。
1
技术进步
模块化、集成化等技术的应用，使逆
应用拓展
2
变器功率密度大幅提高。
在电动汽车、电机注入技术等方面也
得到了广泛应用。
3
系统优化
逆变器与电池控制器、充电器、继电 器等设备进行优化组合，实现完整的 电力控制系统。
总结和展望
总结
本课程从逆变器的基本原理、无源逆变器的工作原理、应用领域、优势和不足、发展趋势等 方面进行了详细的介绍。
无源逆变电源的原理及应用
无源逆变电源的原理及应用1. 引言无源逆变电源是一种将直流电转换为交流电的装置。
它通过使用逆变器来将直流电源转换成交流电源，用于供电电路中不能直接使用交流电的设备。
本文将介绍无源逆变电源的原理以及它在各个领域的应用。
2. 无源逆变电源原理无源逆变电源的原理基于电磁感生定律和自电感电流变化。
它使用逆变器将直流电源转换成交流电源。
逆变器由一对开关管和逆变电路组成。
当开关管导通时，直流电流经过电感，感生出自电感电流。
当开关管断开时，自电感电流导致电感两端电势变化，从而形成交流电流。
通过根据开关管导通和断开的时间比例来调整输出交流电的频率和幅度，从而实现直流到交流的转换。
3. 无源逆变电源的工作原理无源逆变电源采用了PWM（脉宽调制）技术来控制输出交流电的频率和幅度。
PWM技术是通过改变脉冲宽度来调整平均输出电压的一种控制技术。
逆变器的控制电路通过控制开关管的导通和断开时间，来控制输出脉冲的周期和占空比。
通过调节占空比，可以实现对输出电压的控制。
通过改变脉冲的频率，可以控制输出交流电的频率。
4. 无源逆变电源的应用无源逆变电源在各个领域都有广泛的应用，下面将介绍其中的几个应用领域。
4.1 太阳能发电系统太阳能发电系统通常使用光伏电池将太阳能转化为直流电。
然而，大部分的家用电器和工业设备需要交流电才能正常工作。
在太阳能发电系统中，无源逆变电源将直流电转换成交流电供给家庭和工业设备使用。
4.2 风力发电系统风力发电系统将风能转化为直流电。
和太阳能发电系统类似，风力发电系统也需要将直流电转换成交流电才能供给设备使用。
无源逆变电源在风力发电系统中起着关键的作用。
4.3 变频驱动无源逆变电源在工业控制中经常被用作变频驱动器。
通过改变输出电压的频率和幅度，无源逆变电源能够实现对电机转速的调节。
这种方式在很多应用场景中被广泛使用，如电梯、空调等。
4.4 灯光调节无源逆变电源也可以用于灯光调节。
通过改变输出电压的频率和幅度，可以实现对灯光亮度的调节。
无源逆变电源原理
第十三讲 无源逆变13. 0 引 言➢ 逆变概念逆变——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，为无源逆变本章讲述无源逆变➢ 逆变与变频❖ 变频电路：交交变频和交直交变频两种❖ 交直交变频由交直变换和直交变换两部分组成，后一部分就是逆变➢ 逆变电路的应用❖ 蓄电池、干电池、太阳能电池等直流电源向交流负载供电时，需要逆变电路 ❖ 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13.1 无源逆变的基本原理主要介绍逆变电路的基本工作原理和换流方式 13.1.1 逆变电路的基本工作原理 单相桥式逆变电路为例❖ 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 ❖ S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压u o 为正图5-1 逆变电路及其波形举例❖ S1、S4断开，S2、S3闭合时，u o 为负，把直流电变成了交流电 ❖ 改变两组开关切换频率，可改变输出交流电频率❖ 电阻负载时，负载电流i o 和u o 的波形相同，相位也相同 ❖ 阻感负载时，i o 相位滞后于u o ，波形也不同（图5-1b ）• t 1前：S1、S4通，u o 和i o 均为正• t 1时刻断开S1、S4，合上S2、S3，u o 变负，但i o 不能立刻反向 • i o 从电源负极流出，经S2、负载和S3流回正极，负载电感能量向电源反馈，i o 逐渐减小，t 2时刻降为零，之后i o 才反向并增大13.1.2 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，也称换相➢ 开通：适当的门极驱动信号就可使其开通 ➢ 关断：• 全控型器件可通过门极关断• 半控型器件晶闸管，必须利用外部条件才能关断• 一般在晶闸管电流过零后施加一定时间反压，才能关断a)b )图5-1u➢ 研究换流方式主要是研究如何使器件关断➢ 换流方式 1. 器件换流❖ 利用全控型器件的自关断能力进行换流（Device Commutation ）2. 电网换流❖ 由电网提供换流电压称为电网换流（Line Commutation ）❖ 可控整流电路、交流调压电路和采用相控方式的交交变频电路 ❖ 不需器件具有门极可关断能力，也不需要为换流附加元件3. 负载换流❖ 由负载提供换流电压称为负载换流（Load Commutation ） ❖ 负载电流相位超前于负载电压的场合，都可实现负载换流 ❖ 负载为电容性负载时，负载为同步电动机时，可实现负载换流❖ 基本的负载换流逆变电路：❖ 采用晶闸管❖ 负载：电阻电感串联后再和电容并联，工作在接近并联谐振状态而略呈容性电容为改善负载功率因数使其略呈容性而接入 直流侧串入大电感L d ， i d 基本没有脉动图5-2 负载换流电路及其工作波形 ❖ 工作过程（工作波形图5-2b ） • 4个臂的切换仅使电流路径改变，负载电流基本呈矩形波• 负载工作在对基波电流接近并联谐振的状态，对基波阻抗很大，对谐波阻抗很小，u o 波形接近正弦• t 1前：VT1、VT4通，VT2、VT3断，u o 、i o 均为正，VT2、VT3电压即为u o• t 1时：触发VT2、VT3使其开通，u o 加到VT4、VT1上使其承受反压而关断，电流从VT1、VT4换到VT3、VT2• t 1必须在u o 过零前并留有足够裕量，才能使换流顺利完成4. 强迫换流设置附加的换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反向电压或反向电流的换流方式称为强迫换流（Forced Commutation ）• 通常利用附加电容上储存的能量来实现，也称为电容换流➢ 直接耦合式强迫换流——由换流电路内电容提供换流电压♦ VT 通态时，先给电容C 充电。
逆变器(有源、无源)
反用換流器（inverter，也稱逆變器、變流器、反流器，或稱電壓轉換器）另外一个含义是高频电桥电路。
是一個可將直流電變換成交流電的電路。
目录[隐藏]∙ 1 原理与分类o 1.1 电路形式▪ 1.1.1 半桥逆变器▪ 1.1.2 全桥逆变器▪ 1.1.3 三相桥式逆变器o 1.2 有源与无源▪ 1.2.1 有源逆变器▪ 1.2.2 无源逆变器o 1.3 相控电路▪ 1.3.1 相敏检测电路▪ 1.3.2 锁相环∙ 2 应用o 2.1 不间断电源o 2.2 轨道交通系统o 2.3 变频器∙ 3 相关[编辑] 原理与分类[编辑] 电路形式根据逆变器的电路形式与输出的交流信号，可分为半桥逆变器、全桥逆变器和三相桥式逆变器。
[编辑] 半桥逆变器半桥逆变器由两个开关串联组成，输出端位于两个开关的中点，由上下两个开关的开通、关断来决定输出的电压。
半桥逆变器配合两个分压电容，可以输出双端之间的高频交流电。
开关旁一般需要并联续流二极管，以便在感性负载时起到续流作用。
半桥逆变器配合正负双电压源，可以输出双端的完全交流、含有直流分量的交流以及完全直流信号。
[编辑] 全桥逆变器全桥逆变器由各含两个开关的两个桥臂连接成正方形组成，输出端的两端分别位于两组开关的中点，相当于取两个半桥的电压差，因此可以得到正负双向的交流输出。
全桥逆变器可以不依赖外加器件，仅仅使用单电压源输出双端的完全交流、含有直流分量的交流以及完全直流信号。
[编辑] 三相桥式逆变器三相桥式逆变器类似于全桥逆变器，但它有三个桥臂，输出端的三端分别位于三组开关的中点，取两两之间的电压差就可以得到三相电所需的三个相电压。
根据三组共六个开关的开通顺序，三相桥式逆变器可以得到一组幅值相等、频率相等、相位相差120o的三相电信号。
[编辑] 有源与无源根据输出端是否有源，又可以分为有源逆变和无源逆变。
[编辑] 有源逆变器如果逆变器的输出需要直接并入电网，则属于有源逆变。
无源逆变电源的原理和应用
无源逆变电源的原理和应用1. 什么是无源逆变电源？无源逆变电源是一种可以将直流电源转换为交流电源的装置。
它通过使用少量的电子器件和电路配置来实现无源逆变，而不需要使用主动元件（如晶体管或开关管）进行逆变。
2. 无源逆变电源的原理无源逆变电源的原理基于共振现象和电容电感元件的交换作用。
下面是无源逆变电源的工作原理：•输入电压转换：无源逆变电源的输入电压通常为直流电压，它通过一系列的电容元件和电感元件进入电路。
这些元件能够将输入电压转换为正弦波交流电压。
•谐振现象：电容和电感元件的交换使得电路中的谐振现象发生。
电容元件储存了电荷，当电荷释放到电感元件时，电感元件会对电荷进行储存和释放。
这种交换作用在电路中产生了正弦波振荡。
•输出电压转换：当电路中的谐振现象发生时，输出端口将产生一种相对较高的正弦波交流电压。
这种电压可以用于驱动电器设备，如电动机、电灯等。
3. 无源逆变电源的应用无源逆变电源具有一些独特的优点，使得它在特定的应用场景中非常有用。
下面是无源逆变电源常见的应用领域：•太阳能系统：在太阳能光伏电池系统中，无源逆变电源被用来将直流电转换为交流电以供家庭或工业用途使用。
这种应用方式可以最大限度地利用太阳能，并为用户提供所需的交流电源。
•风力发电系统：在风力发电系统中，风力涡轮机将风力转换为机械能，然后通过发电机将机械能转换为直流电。
然而，由于大多数电器设备需要交流电，无源逆变电源用于将直流电转换为交流电以满足电器设备的需求。
•电动汽车充电器：电动汽车通常使用直流电进行充电，但是电动汽车的动力系统需要交流电。
因此，无源逆变电源可以用于将直流电转换为交流电，从而使电动汽车充电器能够为电动汽车提供所需的交流电源。
•UPS（不间断电源）系统：UPS系统是一种保护电子设备免受电力故障影响的电源备用装置。
无源逆变电源被用于将直流电转换为交流电，以保持UPS系统的正常运行，并为电子设备提供可靠的电源。
4. 无源逆变电源的优点和缺点4.1 优点•节能高效：无源逆变电源采用共振技术，能够提高转换效率，减少能量损耗，以及降低电能成本。
无源三相PWM逆变器控制电路设计
无源三相PWM逆变器控制电路设计无源三相PWM逆变器是一种常用于电力电子领域的逆变器拓扑结构，用于将直流电能转换为三相交流电能。
它具有输出电压质量高、功率密度大、效率高等优点，在工业控制和电力传输领域得到广泛应用。
本文将介绍无源三相PWM逆变器的基本原理和控制电路设计。
无源三相PWM逆变器的基本原理是通过对输入直流电源进行逆变，将直流变为三相交流电。
其核心组成部分是三相桥臂，由六个开关管组成。
具体来说，当开关管导通时，对应的桥臂输出正半周波；当开关管关断时，对应的桥臂输出负半周波。
通过合理地控制开关管的通断，可以实现对输出电压的调节。
对于开关管的控制，一种常见的方式是采用硬开关控制。
即通过控制信号，使得开关管在正半周波和负半周波之间切换。
此外，还可以采用软开关控制，通过逐渐切换开关管的通断状态，使得开关过程更加平滑，减小开关噪声。
对于输出电压的调节，一种常用的方式是采用PWM控制方法。
通过不同的PWM信号，可以控制开关管的通断时间，从而实现对输出电压的精确调节。
具体来说，可以根据需要调节PWM信号的占空比和频率，来控制输出电压的大小和波形。
在设计无源三相PWM逆变器的控制电路时，需要考虑以下几个方面：1.控制电路的可靠性：由于逆变器的开关管需要频繁地进行开关操作，因此控制电路需要具备较高的可靠性，以保证逆变器的正常工作。
2.控制电路的稳定性：控制电路需要稳定地输出PWM信号，并能够适应不同的工况和负载变化，以保证逆变器的输出电压稳定和质量优良。
3.控制电路的精度：控制电路需要能够实现对输出电压的精确调节和控制，以满足不同应用的需求。
综上所述，无源三相PWM逆变器的控制电路设计十分重要。
在设计过程中，需要综合考虑电路的可靠性、稳定性和精度，并根据具体的应用要求选择合适的控制方式和控制策略。
通过合理的设计，可以实现逆变器的性能优化和节能降耗的目标。
无源逆变
U AO
– 线电压有效值
U AB 4 2 (U d ) 0.816 U d 2 3
北方交通大学电气工程系 6-17
May 1, 2000
无源逆变 • 120 导通型三相逆变器的输出波形 相电压波形 线电压波形
May 1, 2000
北方交通大学电气工程系
6-18
无源逆变 • 180 导通方式和 120 导通方式的比较：
无源逆变 • 感性负载情况 – 负载电流滞后角 小于60 （a）A相电压波形
（b）A相电流波形
（c）T1的电流波形
（d）D4的电流波形
（e）直流输入电流
May 1, 2000 北方交通大学电气工程系 6-20
无源逆变 • 感性负载情况（续） – 负载电流滞后角 大于60
May 1, 2000
– 基波电流有效值为
6 I A(1) I d 0.78I d – 相电流的有效值为
1 2 IA I d 4 0.816I d 2 3
May 1, 2000 北方交通大学电气工程系 6-50
无源逆变 • SCR电流型逆变器的原理和换流过程 – 主电路
May 1, 2000
北方交通大学电气工程系
1
无源逆变 • 串联谐振式晶闸管逆变器
– T > 2T0 工况
May 1, 2000
北方交通大学电气工程系
6-38
无源逆变 • 串联谐振式晶闸管逆变器（续） T = 2T0 工况 T < 2T0 工况
May 1, 2000
北方交通大学电气工程系
6-39
无源逆变 • 全控型器件构成的谐振型逆变器
– 线电流
i AB 2 1 1 1 I d (sin s t sin 5 s t sin 7 s t sin 11 s t ...) 5 7 11
逆变器
三、无源逆变器的换相（换流） 两组晶闸管交替地导通和关断的过程，就是电流转换的过程，简称换流。 但由于电流是直流电，没有像交流电那样电压有过零变负的时候，所以， 如不采取措施，则晶闸管一旦触发导通后就关断不了。
负载是由电感L和补偿电容C组成的并联谐振回路，Ld为限流电抗器。 换流过程如下：T8-30.SWF
10.4 逆变器
利用晶闸管电路把直流电变成交流电，这种对应于整流的逆向过程，称之 为逆变，把直流电变成交流电的装置，叫做逆变器。
有源逆变 逆变
变流器的交流侧接到交流电源上，把直流电逆变为 同频率的交流电反馈到电网去 变流器交流侧接到负载，把直流电逆变为某一频 率或可变频率的交流电供给负载，则称为。
无源逆变
若使延迟角从0变到1800，将可以使逆变器的输出电压从最大值变到零。
（2）脉冲宽度调制（PWM）
如果使VS1与VS4， VS2与VS3通过高频调制控制，能在半个周期内重复导 通和关断N次，则其输出电压波形为一系列被调制的矩形脉冲（称载波），如图 所示（这时N=5）。
逆变器输出电压的幅值是通过改变脉 冲总的导通时间与总的关断时间的比率来 控制的，这有两种基本的方法： 第一种方法是维持恒定的脉冲宽度而改 变每一半周期内的脉冲数； 第二种方法是改变脉宽，而维持每一半 周期内的脉冲数不变。
பைடு நூலகம்
一、无源逆变电路的工作原理 1. 无源逆变器的简单工作原理 无源逆变器的工作原理，可以用如图所示的开关电路来说明。
2.单相晶闸管桥式逆变器
二、单相无源逆变器的电压控制
1. 控制逆变器的输入直流电压
2. 在逆变器内部的电压控制
（1）脉宽控制 不改变逆变器输入直流电压的大小，而是通过改变逆变器中晶闸管（或晶体 管）的导通时间以控制输出脉冲的宽度来改变逆变器输出电压，此方法称脉宽控 制。
无源逆变电源的原理与应用
无源逆变电源的原理与应用1. 无源逆变电源的简介无源逆变电源，又称为无源交流逆变器，是一种将直流电能转换为交流电能的电子设备。
它不需要使用电子器件进行能量的转换，而是通过无源元件来实现逆变操作。
2. 无源逆变电源的原理无源逆变电源的工作原理基于谐振现象。
它主要由谐振电路、逆变电路和滤波电路组成。
2.1 谐振电路谐振电路是无源逆变电源的核心部件，它通过谐振电容和谐振电感器件的频率匹配来实现谐振。
谐振电路可以实现能量的存储和释放，使得逆变操作更加高效。
2.2 逆变电路逆变电路是无源逆变电源将直流电能转换为交流电能的关键部分。
它通过将直流电压转换为交流电压的方式，实现电能的转换。
逆变电路中包括开关管和谐振电路的参数调节元件。
2.3 滤波电路滤波电路是无源逆变电源中用于滤除逆变后产生的高频噪音和谐波的电路。
它主要由滤波电感和滤波电容组成。
滤波电路可以有效地提供干净、稳定的交流电能输出。
3. 无源逆变电源的应用无源逆变电源具有体积小、效率高、稳定性好等优点，因此被广泛应用于各个领域。
3.1 太阳能发电系统无源逆变电源可以将太阳能电池板产生的直流电能转换为交流电能，并输出给家庭或工业用电设备使用。
这种应用方式有效利用了可再生能源，减少对传统能源的依赖。
3.2 风力发电系统无源逆变电源可以将风力发电机产生的直流电能转换为交流电能，供电给家庭、农田灌溉等设备使用。
这种应用方式可以提高能源利用效率，并减少对化石能源的消耗。
3.3 电动汽车充电系统无源逆变电源可以将交流电源转换为直流电压，用于电动汽车的充电系统。
它可以将家庭或工业用电转换为适合电动汽车充电的直流电能，提高充电效率。
3.4 家庭应急电源无源逆变电源可以作为家庭应急电源，用于供应充电器、电脑、手机等设备的电能。
在停电或其他紧急情况下，它能够提供稳定的电力支持。
4. 总结无源逆变电源是一种高效、稳定的电能转换设备，通过谐振电路、逆变电路和滤波电路的配合工作，实现了直流电能到交流电能的转换。
无源逆变
1、无源逆变：变流装置把直流电变成交流电后送到负载。
有源逆变：变流装置把直流电变成交流电后反送到电网。
2、脉动环流：由于正负两组变流器输出电压的瞬时值不同而产生的，不流过电机或其他负载，而直接在两组变流器之间流通的短路电流。
直流环流：由于正负两组变流器输出电压的平均值不同而产生的，不流过电机或其他负载，而直接在两组变流器之间流通的短路电流。
3、（1）直流电机：优点：过载能力强，有稳定的磁场。
缺点：①结构复杂导致造价较高。
②具有换向器和电刷，经常要清理和置换，增加维护工作量和成本。
③有换向器和电刷，不适宜工作于恶劣工作条件。
（2）交流电机：优点：结构简单，电机本身可靠性高。
缺点：启动转矩小、启动电流大、电机要靠增大启动电流来产生大量转矩,但因电池特性所限，电池难以提供大量电流，影响了电机转矩的提升，这种电机效率低、控制复杂，能量回馈性能差。
（3）同步电机：优点：运行速度恒定，通过励磁调节可以提高系统功率因数，机组效率较异步电机高。
缺点：结构复杂，励磁要经电刷和集电环，易磨损和不适于粉尘的环境，因产生火花，不适于有易爆炸气体的场合，控制方面较复杂。
（4）异步电机：优点：结构简单、成本低廉、运行可靠，低转矩脉动，低噪声，不需要位置传感器，转速极限高。
缺点：启动转矩小，相对于永磁电机而言，异步电机效率和功率密度偏低。
4、直流电动机的缺点：（1）结构复杂导致造价较高。
（2）具有换向器和电刷，经常要清理和置换，增加维护工作量和成本。
（3）有换向器和电刷，不适宜工作于恶劣工作条件。
同步电机的优点：运行速度恒定，通过励磁调节可以提高系统功率因数，机组效率较异步电机高。
5、。
无源逆变器讲解
图5-8 与正弦波等效的矩形脉冲序列波形
综上所述，在SPWM 工作情况下，在开 关点上各开关元件间产生电流的转移，而 且绝大多数是桥臂间的换流（包含两种方 式），只有在I=0前后，才会出现桥臂内
元件的自然换流。
5.4.3 三相正弦脉宽调制
图5－10 三相正弦脉冲宽度调制波形
5. 逆变器为六拍逆变器，力矩脉动较大，低速下要采用
图5-1
电流型 PWM 技术来减轻力矩的脉动。
交-直-
电压源型逆变器的中间直流环节由于采用电容储能，因
交变 换器 的调 压方
此直流环节电压值不受负载影响，其主要运行特点如下： 1.逆变器采用 PWM技术，既变压又变频 2. 由于直流电压源的箝位作用，交流测电压波形为矩形波，与 负载阻抗角无关，而交流测电流波形和相位因负载阻抗角的不 同而异，其波形接近正弦波。系统响应速度快；
图5-4 串联二极管电流型逆变器电路图
图5-5 串联二极管电流源型逆变器 输出电流波形
图5-6 串联 二极 管电 流源 型逆 变器 的换 流过 程
5.4 正弦脉宽调制(SPWM) 技术
5．4．1 正弦脉宽调制原理
5.4.2 双极性正弦脉宽调制
图5-7 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲
图5-9 双极性
功率损耗。
图5-11 PWM 逆变器主电路 a) 晶体管 PWM逆变器主电路 MOSFET 主电路（一相桥臂）
6. 基极驱动电路应尽量不使PWM波形的脉宽受到 限制，并能适应输出量的通断比可能的任意数值
c) IGBT 主电路（一相桥臂）
二、基极驱动电路 1．光耦合基极驱动电路
2．变压器耦合基极驱动电路
7
电力电子技术课件 第5章 无源逆变电路
可实现自动化控制
Za＝Zb＝Zc
180º 导电 型三 相桥 式逆 变电 路各 阶段 等效 电路 及相 电压 和线 电压
5.2电压型逆变电路
5.2电压型逆变电路
❖电压型逆变电路的特点
▪( 1)直流侧接有大电容，相当于电压源，直流电压基本无脉动，直 流回路呈现低阻抗。 ▪(2)由于直流电压源的箝位作用，交流侧电压波形为矩形波，与负 载阻抗角无关，而交流侧电流波形和相位因负载阻抗角的不同而异， 其波形接近三角波或接近正弦波。 ▪(3)当交流侧为电感性负载时需提供无功功率，直流侧电容起缓冲 无功能量的作用。为了给交流侧向直流侧反馈能量提供通道，各逆 变臂都并联了续流二极管。 ▪(4)逆变电路从直流侧向交流侧传送的功率是脉动的，因直流电压 无脉动，故功率的脉动是由直流电流的脉动来体现的。 ▪(5)当逆变电路用于交-直-交变频器且负载为电动机时，如果电动 机工作在再生制动状态，就必须向交流电源反馈能量。因直流侧电 压方向不能改变，所以只能靠改变直流电流的方向来实现，这就需 要给交-直整流桥再反并联一套逆变桥，或在整流侧采用四象限脉 冲变流器。
5.1无源逆变电路的工作原理
(2)根据电路的结构特点分类 ①半桥式逆变电路； ②全桥式逆变电路； ③推换式逆变电路； ④其他形式：如单管晶体管逆变电路。 (3)根据负载特点分类 ①非谐振式逆变电路 ②谐振式逆变电路
5.2电压型逆变电路
按照直流侧电源性质，逆变电路可分为电压型逆 变电路和电流型逆变电路两类，直流侧电源是电 压源的逆变电路称为电压型逆变电路，而直流侧 电源为电流源的逆变电路称为电流型逆变电路。
3．中频电流、电压和输出功率的计算 中频负载电流io为交变矩形波，用傅氏级数展开得
io
4Id
s in t
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
一、过流保护
1.电源瞬变的过程中，控制部分不输出导致上下桥 臂直通的附加脉冲。事实上，在电源瞬变的过程中， 特别是控制电源包括基极驱动的隔离电源在建立和 突然消失的过程中，直通的现象是不可避免的，但 必须保证没有危害开关元件的直通大电流产生。 2.不管是什么原因，控制逻辑部分，包括DSP或CPU 等故障，都不能送出直通故障信号。简而言之，任 何条件下都不应该出现上下桥臂开关都同时有正的 开通信号 3.开关元件状态转换的过程中，避免因开关时间而 导致上、下桥臂出现暂态的直通现象。
5．2 180导通的电压源型三相逆变器
5.2.1 输出电压及波形分析
u OO '
uUV
1 (uUO ' uVO' uWO ' ) 3
2 3 1 1 1 U d {sin ω t sin 5ω t sin 7ω t sin 11 ω t } π 5 7 11
负载电压中消除了三次和三的倍数次谐波是有益的， 因为它们对于电动机的性能会造成严重的损害。当然， 由于换流作用和逆变器电路的内部电压降，实际电压波 形和理想电压波形略有差别。实际上，六阶梯波逆变器 已成功地应用在交流调速系统中。
三、开关过电压的保护
1）线性换流阶段
U CS (t f ) 1 Cs
tf
0
iCS dt u c (0)
IL I t f Ud L t f 2C S 2C s
2）杂散电感谐振放能过程及电容、 吸收二极管的容量计算
图5－21 PWM逆变器的Snubber电路
CS
u%U d 2
二、能量回馈制动
PWM + C 逆 变 器 M 3~
有源整流器控制电路
电压检测
图5-29 能耗制动原理
图5-30 有源整流器能量回馈制动原理电路
第五章 无源逆变器
5.1 概述 有源逆变 5.1.1 无源逆变器分类
分类房法
使用器件 直流电源性质 电路结构 输出相数
无源逆变
种
类
晶闸管逆变器、GTO逆变器、BJT逆变器、MOSFET逆变器、 IGBT逆变器、混合式逆变器 电压型逆变器、电流型逆变器 半桥电路、全桥电路 单相电路、三相电路、多相电路
2
2 LS I L
LS Z S＝ CS
1 TS 3 t f 4 0
I DS
I DSF
2I L
图5－22 Snubber等效电路
3）电容CS的放电过程及电阻RS的计算
RS 1 TS 3 u CS U d C S ln U CSPK U d 1 TS TS 1 3 1 . 01 1 8.124C S 8.124C S f S C S ln 1 . 15 1
一.串联二极管电流型逆变器的 主电路及其工作原理 二、换流过程 （1）换流前正常运行阶段 （2）晶闸管换流与恒流充、放电阶段 （3）二极管换流阶段 （4）进入新运行状态
图5-4 串联二极管电流型逆变器电路图
图5-6 串联 二极 管电 流源 型逆 变器 的换 流过 程
图5-5 串联二极管电流源型逆变器 输出电流波形
一、能耗制动 电动机制动时，动能变为电能向 贮能电容充电，通过检测电容电压， 当电容电压高达某一数值时，接通能 耗回路，使电容电压不再上升，电动 机轴系的动能变成了能耗回路电阻的 发热。如图5-29所示，当电动机制动 运行时，电容C充电后，就会使其电 压高于整流器的输出电压，通过电容 电压的检测反馈，控制能耗电路的功 率晶体管开关VT开通，电容C通过能 耗电阻R放电，当电容电压降低到某 一数值时，电压检测电路控制VT关断， 停止放电。显然，能耗回路动作，电 容C放电的电压必须高于正常工作时 的电源电压。
5.4 正弦脉宽调制(SPWM)技术
5．4．1 正弦脉宽调制原理 5.4.2 双极性正弦脉宽调制
图5-7 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲
图5-9 双极性 SPWM 单相全 桥逆变 电路及 其波形
图5-8 与正弦波等效的矩形脉冲序列波形
综上所述，在SPWM工作情况下，在开 关点上各开关元件间产生电流的转移，而 且绝大多数是桥臂间的换流（包含两种方 式），只有在I=0前后，才会出现桥臂内 元件的自然换流。
图5-1 交-直交变 换器 的调 压方 式
电流源型变换器大多用于大功率的风机水泵调速控 制系统，其主要运行特点如下： 1.采用可控整流调压、逆变器变频方式运行，一般实现 恒磁通控制 2.逆变器中各开关器件主要起改变电流流通路径的作用， 故交流侧电流为矩形波，与负载性质无关，而交流侧电 压波形和相位因负载阻抗角的不同而异，其波形常接近 正弦波； 3.由于可控整流器能实现可逆运行，能量反馈制动很容 易实现的； 4.采用电感储能，系统响应慢 5.逆变器为六拍逆变器，力矩脉动较大，低速下要采用 电流型PWM技术来减轻力矩的脉动。
MOSFET主电路（一相桥臂） c) IGBT主电路（一相桥臂）
二、基极驱动电路 1．光耦合基极驱动电路 2．变压器耦合基极驱动电路
图5-13 分立元件基极驱动电路
ibfm
U 1 U R11
U1 U 2 R12 Ron
图5-14 变压器隔离的驱动电路
ibrm
5．5．4 功率MOSFET驱动电路调压能调频功能 负载电流波形
无调压功能、有调压功能
恒频输出、变频输出 正弦波逆变器、非正弦波逆变器
5.1.2 VVVF变换器
在交－直－交变换器中，既能改变频率 又能改变电压的变换器通常称为变压变频 变换器，即VVVF变换器（Variable Voltage Variable Frequency Converter），若实现恒定电压和恒定频 率的逆变则称为恒压恒频变换器，即CVCF 变换器（Constant Voltage Constant Frequency Converter）。
图5-2 VVVF 变换 器的 两种 基本 类型
电压源型逆变器的中间直流环节由于采用电容储能，因 此直流环节电压值不受负载影响，其主要运行特点如下： 1.逆变器采用PWM技术，既变压又变频 2.由于直流电压源的箝位作用，交流测电压波形为矩形波，与 负载阻抗角无关，而交流测电流波形和相位因负载阻抗角的不 同而异，其波形接近正弦波。系统响应速度快； 3.可多台逆变器共用一套直流电源并联运行； 4.同一相的上下桥臂有直通短路的可能，这时电流的变化率和 峰值都很大，需要在极短的时间内进行保护，所以保护困难 5.由于整流部分采用不控整流，因此不能实现能量回馈制动。 如果电动机需要向交流电源反馈能量，因直流测电压方向不能 改变，所以只能靠改变直流电流的方向来实现，这就需要给交 －直变换的整流桥再反并联一套逆变桥。
图5－19 IGBT开通时等效电路
二、防止上下桥臂直通的措施
逆变器的上下桥臂直通，贮能大 电容短路，这是PWM逆变器最可怕的故 障，一般来说都会对元器件产生永久 性的破坏，因此，必须采取一切措施 绝对避免这种直通故障的出现。防止 上下桥臂直通的原理是：
图 5－20 PWM逆变器的上下桥臂及其驱动波形
5.4.3 三相正弦脉宽调制
图5－10 三相正弦脉冲宽度调制波形
5．5．1 概述
5.5 PWM逆变器
功率晶体管、功率场效应晶体管和绝 5．5．3 大功率晶体管的驱动 缘栅双极型晶体管（GTR、MOSFET、IGBT） 一、功率晶体管理想的基极驱动条件 是自关断器件，用它们作开关元件构成的 1.基极驱动电流必须类似图5－20所示的波形。 PWM逆变器，可使装置的体积小，斩波频 率高，控制灵活，调节性能好，成本低， 图5－20 理 与晶闸管PWM逆变器比较，在中小功率应 想的基极 用范围内，有较好的性能价格比。但是由 驱动电流 于功率晶体管存在二次击穿和耐冲击能力 波形 较差的缺点，因而必须在基极驱动、过流 保护及吸收电路的工程设计时对这些缺点 2. 基极驱动电路必须与逻辑电路、PWM控制电路 予以充分地考虑。 绝缘和隔离，具有足够高的共模电压抑制能力， 5．5．2 PWM逆变器工作原理 响应快，波形不失真 3. 基极驱动电路要有过流或晶体管进入放大区 工作的保护功能。 4. 为了保证开关速度，基极驱动电路应具有抗 饱和的功能，使晶体管工作在临界饱和状态。 5. 尽量降低基极驱动的隔离稳压电源的容量和 功率损耗。 图5-11 PWM逆变器主电路 6. 基极驱动电路应尽量不使PWM波形的脉宽受到 a) 晶体管PWM逆变器主电路 限制，并能适应输出量的通断比可能的任意数值
图5－25 CS放电的等效电路 图5－23 线性化换流等效电路
3 PRS TS
1 TS 3 0
2 RS iCS dt
3 f s C S (u% U d ) 2 2
5．6．2 PWM逆变器主电源的软起动问题
5．6．3 电动机负载时的制动问题
图5-27 主电源的软起动电路
图5-28 软起动电路
5.2.2 逆变桥的输入电流 2U d id iS1 i S 3 i S 5 3r 2 2 2U d Ud Pd U d id 3r rd
U d 3r rd id 2
图5-3 导通的电压型三相逆变器 输出电压波形（三相星形负载）
5.3 串联二极管电流源型逆变电路
图5-15 栅极驱动电路
图5-17 EXB841驱动应用实例
5．5．5 IGBT驱动电路
图5-16 EXB系列 集成驱动芯 片内部框图 a) EXB850, 851（标准型） b）EXB840, 841（高速型）
图5－18 EXB841原理电路
5.6 PWM逆变器的特殊问题
5.6.1 PWM逆变器的保护问题