DC-AC变换电路的工作原理与应用

1.常用的DC-AC逆变器

将直流电变换为交流电的过程称为逆变换或DC-AC变换，实现逆变的主电路称为DC-AC变换电路。通常将DC-AC变换电路、控制电路、驱动及保护电路组成的DC-AC逆变电源称为逆变器。表3-2列出四种常用的DC-AC逆变器主电路的基本类型。

表3-2 常用DC-AC逆变器主电路的基本类型

2.DC-AC逆变器的分类

逆变器可以分为电压型逆变器和电流型逆变器。

（1）电压型逆变器 电压型逆变器的直流输入端并接有大电容储能元件，逆变桥输出到负载两端的电压为方波，其幅值为电容电压。逆变桥的输出电流的大小和相位由负载决定，电流波形取决于负载的性质，电阻性负载的电流波形和电压波形是方波，电阻电感性负载的电流波形根据其阻抗角的大小在方波和三角波之间；纯电感负载的电流波形是三角波，且功率因数为零。对于电阻电感性负载，为了提高逆变器输出的功率因数，可外加补偿电容，形成RLC谐振负载，当逆变器的开关频率和谐振负载频率一致时，谐振负载等效为电阻R，而负载R上的电流和电压都是正弦波，相位差为零，这时，开关器件工作在零电流关断（ZCS）的软开关状态，逆变器输出的有功功率最大。RLC谐振负载有串联型和并联型，将R-L-C串联，可组成串联谐振逆变器，串联谐振逆变器采用电压型逆变器，由恒压源供电。(www.xing528.com)

（2）电流型逆变器 电流型逆变器直流输入串接大电感储能元件，逆变器由电感稳流提供恒电流，逆变桥输出到负载的电流为方波，其幅值为电感电流。逆变桥输出的电压值由负载决定，电压波形取决于负载的性质，电阻性负载的电压波形和电流波形是方波，电阻电感性负载的电压波形根据其阻抗角的大小在方波和三角波之间；纯电感负载的电压波形是三角波，且功率因数为零。对于电阻电感性负载，为了提高逆变器输出的功率因数，可外加补偿电容，组成RLC并联谐振负载，这时，开关器件工作在零电压导通（ZVS）的软开关状态，当逆变器的开关频率和谐振负载频率一致时，谐振负载等效为电阻R₀＝L／RC，这时，逆变器输出的有功功率最大。并联谐振逆变器采用电流型逆变器，有恒流源供电。

逆变器还可以分为单相半桥逆变器、单相全桥逆变器和三相桥式逆变器等。

（1）单相半桥逆变器 单相半桥逆变器有两个桥臂，其中一个桥臂是由开关器件和反并联二极管组成的，另一个桥臂由两个参数相同的大容量电容组成，负载连接在两个桥臂的中点。单相半桥逆变器只能组成电压型逆变器，负载两端的电压和幅值是外加电源电压的一半，因此，负载上的最大功率只是全桥逆变器的1／4。

（2）单相全桥逆变器 单相全桥逆变器有两个桥臂，每个桥臂是由开关器件和反并联二极管组成的，负载连接在两个桥臂的中点。单相全桥逆变器既可以组成电压型逆变器，又可以组成电流型逆变器，组成电流型逆变器时，开关管上不能加反并联二极管，如果开关器件自身带有反并联二极管，则必须在每个开关管上串接二极管，防止在桥臂换流时引起内部环流。

（3）三相桥式逆变器 在三相逆变电路中，应用最广泛的是三相桥式逆变器，常用180°换流导电型。六个开关管的换相顺序为V₁-V₂-V₃-V₄-V₅-V₆，每个开关管的导通角度为180°。为防止同一桥臂上、下两个开关管同时导通造成的电源短路（又称直通），同桥臂上的两个开关管要先关后开，并留有安全裕量，称为死区时间。死区时间的长短根据开关器件的速度决定，单相桥逆变器也有死区时间。另外，还常有脉宽调制（PWM）和移相调功控制方式。

顺便指出，在电源变换中除了以上介绍的三种基本电源变换拓扑结构外，还有交流—交流（AC-AC）变换。但是，这种变换器功率因数较低，输出电压中低次谐波含量较大，结构和控制复杂。在风力发电机组中尚未应用，故这里不作介绍。