【论文】逆变电路的原理、类型、软开关及电源动特性

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1、逆变电路的原理、类型、软开关及电源动特性江苏科技大学1逆变电路的原理及类型1.1逆变电路原理逆变电路是指将低电压变为高电压，把直流电变为交流电的电路，它与整流电路相对应，是通用变频器的核心部件之一。它的基本作用是在控制电路的控制下，将中间的直流电路输出的直流电源，转换为频率和电压都任意可调的交流电源。国内的逆变电源经过数十年的发展，已经形成了四代产品：第一代是以可控硅SCR为主功率器件的逆变器；第二代是晶体管逆变器；第三代是场效应管逆变器；第四代是IGBT逆变器，其逆变频率高，饱和压降低，功耗小，效率高，无噪声，与前三代逆变器相比，优势更明显。逆变弧焊电源常用以下三

2、种逆变体制：①AC-DC-AC，即交流-直流-交流。最终输出为交流电，其频率为逆变器的逆变频率，远高于工频。由于频率高的交流电传输的损耗较大，传输距离等受到限制，因此在实际弧焊电源中很少采用。②AC-DC-AC-DC，即交流-直流-交流-直流。最终输出的是直流电，是目前大多数逆变直流弧焊电源所采用的形式。③AC-DC-AC-DC-AC，即交流-直流-交流-直流-交流。这种形式有两次逆变，最终输出的是方波交流电。其频率可以选的较低，一般用于铝、镁及其合金材料的焊接。目前交流逆变式弧焊电源、变极性逆变式弧焊电压多采用此种形式。1.2逆变电路的分类随着用电设备不断发展，用

3、电设备对交流电源性能参数也有很多不同的要求，发展成为多种逆变电路，大致可以按照以下方式分类：①按输出电能的去向分，可分为有源逆变电路和无源逆变电路。前者输出的电能不返回公共交流电网，后者输出的电能直接输向用电设备。②按直流电源性质可分为由电压型直流电源供电的电压型逆变电路和由电流型直流电源供电的电流型逆变电路。③按主电路的器件分，可分为：由具有自关断能力的全控型器件组成的全控型逆变电路；由无关断能力的半控型器件(如普通晶闸管)组成的半控型逆变电江苏科技大学路。半控型逆变电路必须利用换流电压以关断退出导通的器件。若换流电压取自逆变负载端，称为负载换流式逆变电路。这种电

4、路仅适用于容性负载；对于非容性负载，换流电压必须由附设的专门换流电路产生，称自换流式逆变电路。④按电流波形分，可分为正弦逆变电路和非正弦逆变电路。前者开关器件中的电流为正弦波，其开关损耗较小，宜工作于较高频率。后者开关器件电流为非正弦波，因其开关损耗较大，故工作频率较正弦逆变电路低。⑤按输出相数可分为单相逆变电路和多相逆变电路。2电压型、电流型逆变电路调节原理2.1电压型逆变电路逆变电路按其直流电源性质不同分为两种：电压型逆变电路（电压源型逆变电路）和电流型逆变电路（电流源型逆变电路）。电压型逆变电路是指由电压型直流电源供电的逆变电路。其电路的特点：①直流侧为电压源

5、，或并联有大电容，相当于电压源。直流侧电压基本无脉动，直流回路呈现低阻抗。②由于直流电压源的钳位作用，交流侧输出电压波形为矩形波，并且与负载阻抗角无关。而交流侧输出电流波形和相位因负载阻抗情况的不同而不同。③当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，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的无功能量提供通道，逆变桥各臂都并联了反馈二极管。2.1.1单相全桥逆变电路电路由直流电压源Vdc、直流电感Ld、四个开关管及并联LC谐振网络组成，电路正常工作时需要两组相位相反的驱动脉冲分别控制两组开关管，其中Q1和Q4组成一组，Q2和Q3组成另外一组。具体的说就是当

6、Q1和Q4同时开通时，Q2和Q3同时截止；当Q2和Q3同时开通时，Q1和Q4同时截止，两组交替导通各180°，保证同一桥臂上的两个开关管不能同时导通。江苏科技大学LdQ1Q2CVdcABQ3Q4L图1全桥式逆变电路直流电源Vdc通过两组开关管的交替导通，将在AB端口形成正负交替的方波电源，方波电源进入并联LC谐振网络后形成正弦交流电源，电路通过检测谐振网络两端电压的过零点生成两路控制脉冲，实现开关管的软开关控制。全桥逆变电路在工作时需要额外的四组独立电源给控制信号供电，这在电路结构上必然会增加控制电路的体积。但是，全桥逆变电路可以通过调节两个桥臂之间的移相角来调节输

7、出电压与输出功率。2.1.2单相半桥逆变电路C1Q1CVdcABC2Q2L图2半桥式逆变电路江苏科技大学当开关管Q1和Q2都不导通时，由于电容C1=C2，则两电容中点A的电压为输入电压的一半，即VC1=VC2=Vdc/2。当Q1导通时，电容C1将通过Q1和LC谐振网络放电，同时电源电压Vdc通过Q1及LC谐振网络为C2充电，中点A的电势上升；当Q1导通结束后，两个开关管都截止，它们的端电压又都回到输入电源电压的一半。当Q2导通时，Q1截止，电容C1被充电，C2放电，中点A电势下降；导通结束，两个开关管同时截止，如此循环。优点：简单，使用器件少。缺点：交流电压幅值