電機控制逆變器的分類有哪些

將整流電路取反，一端接通直流(DC)，另一端便能引出交流(AC)。這就是逆變器，把直流電轉換成交流電的一種裝置。

大多數商業(yè)、工業(yè)和住宅負載都需要交流電源，但交流電源不能存儲在電池中，而電池的存儲對于備用電源很重要。如今，這個缺陷可以通過直流電源來克服。

直流電源的極性不像交流電源那樣隨時間變化，因此直流電源可以儲存在電池和超級電容器中。所以我們可以先把交流電轉換成直流電后，然后便能存儲于電池中，這樣，每當需要交流電來運行交流電器時，直流電會轉換回交流電來運行交流電器。

根據應用的輸入源、連接方式、輸出電壓波形等，逆變器分為以下17種主要類別。

逆變器的分類

一、按輸入源分類

逆變器的輸入可以是電壓源或電流源，故分為電壓源逆變器（VSI）和電流源逆變器（CSI）。

電壓源逆變器(VSI)

當逆變器的輸入為恒定直流電壓源時，該逆變器被稱為電壓源逆變器。

電壓源逆變器的輸入有一個剛性直流電壓源，其阻抗為零。實際上，直流電壓源的阻抗可以忽略不計。假設VSI由理想電壓源（極低阻抗源）供電，則交流輸出電壓完全由逆變器中開關器件的狀態(tài)和應用的直流電源決定。

電流源逆變器(CSI)

當逆變器的輸入為恒定直流電流源時，該逆變器被稱為電流源逆變器。

剛性電流從直流電源提供給CSI，其中直流電源具有高阻抗。通常，使用大電感器或閉環(huán)控制電流來提供剛性電流。由此產生的電流波是剛性的，不受負載的影響。交流輸出電流完全由逆變器中的開關器件和直流施加電源的狀態(tài)決定。

二、按輸出相位分類

根據輸出電壓和電流相位，逆變器主要分為兩大類：單相逆變器和三相逆變器。

單相逆變器

單相逆變器將直流輸入轉換為單相輸出。單相逆變器的輸出電壓/電流只有一相，其標稱頻率為50Hz或60Hz的標稱電壓。

標稱電壓定義為電氣系統(tǒng)運行的電壓水平。有不同的標稱電壓，即120V、220V、440V、690V、3.3KV、6.6KV、11kV、33kV、66kV、132kV、220kV、400kV和765kV。低標稱電壓可以通過使用內部變壓器或升降壓電路的逆變器直接實現，而對于高標稱電壓，則使用外部升壓變壓器。

單相逆變器用于低負載。單相損耗較多，單相效率比三相逆變器低。因此，三相逆變器是高負載的首選。

三相逆變器

三相逆變器將直流電轉換為三相電源。三相電源提供三路相角均勻分離的交流電。在輸出端產生的所有三個波的幅度和頻率都相同，但由于負載而略有變化，而每個波彼此之間有120度的相移。

基本上，單個三相逆變器是3個單相逆變器，其中每個逆變器的相位相距120度，每個單相逆變器連接到三個負載端子之一。

三、按換向技術分類

根據換向技術，可分為線換向和強制換向逆變器這兩主要類型。此外，還可有輔助換向逆變器和互補換向逆變器，但因他們不常用，因此我們這里簡要討論兩種主要類型。

線路換向

在這些類型的逆變器中，交流電路的線電壓可通過設備獲得；當SCR中的電流經歷零特性時，器件被關閉。這種換向過程稱為線路換向，而基于此原理工作的逆變器稱為線路換向逆變器。

強制換向

在這種類型的換向中，電源不會出現零點。這就是為什么需要一些外部源來對設備進行整流的原因。這種換向過程稱為強制換向，而基于此過程的逆變器稱為強制換向逆變器。

兩種換向逆變器的對比區(qū)別

四、按連接方式分類

根據電路中晶閘管的連接方式，可分為串聯逆變器、并聯逆變器、橋式逆變器，其中橋式逆變器又分為半橋、全橋和三相橋式。

串聯逆變器

串聯逆變器由一對晶閘管和RLC（電阻、電感和電容）電路組成。一個晶閘管與RLC電路并聯，一個晶閘管串聯在直流電源和RLC電路之間。這種逆變器被稱為串聯逆變器，因為負載在晶閘管的幫助下直接與直流電源串聯。

串聯逆變器也稱為自換相逆變器，因為這種逆變器的晶閘管是由負載自行換向的。該逆變器的另一個名稱是“負載換向逆變器”。之所以給出這個名稱，是因為LCR是提供換向的負載。

并聯逆變器

并聯逆變器由兩個晶閘管、一個電容器、中心抽頭變壓器和一個電感器組成。晶閘管用于為電流流動提供路徑，而電感器用于使電流源恒定。這些晶閘管的導通和關斷由連接在它們之間的換向電容器控制。

它之所以被稱為并聯逆變器，是因為在工作狀態(tài)下，電容器通過變壓器與負載并聯。

半橋逆變器

半橋逆變器需要兩個電子開關才能工作。開關可以是MOSFET、IJBT、BJT或晶閘管。帶有晶閘管和BJT開關的半橋需要兩個額外的二極管，純電阻負載除外，而MOSFET具有內置體二極管。簡而言之，兩個開關足以滿足純電阻負載，而其他負載（電感和電容）需要兩個額外的二極管。這些二極管被稱為反饋二極管或續(xù)流二極管。

半橋逆變器的工作原理對于所有開關都是相同的，但這里討論的是帶有晶閘管開關的半橋。有兩個互補的晶閘管，這意味著一次導通一個晶閘管。對于阻性負載，電路工作在兩種模式。開關頻率將決定輸出頻率。輸出頻率為50HZ時，每個晶閘管一次導通20ms。

全橋逆變器

單相全橋逆變器具有四個受控開關，用于控制負載中電流的流動方向。該電橋有4個反饋二極管，可將負載中存儲的能量反饋回電源。這些反饋二極管僅在所有晶閘管關閉且負載不是純電阻負載時才起作用。

對于任何負載，一次只有2個晶閘管工作。晶閘管T1和T2將在一個周期導通，而T3和T4將在另一個周期導通。換句話說，當T1和T2處于ON狀態(tài)時，T3和T4處于OFF狀態(tài)，而當T3和T4處于ON狀態(tài)時，則其他兩個處于OFF狀態(tài)。一次打開兩個以上的晶閘管會引起短路，產生過多的熱量并立即燒毀電路。

三相橋式逆變器

工業(yè)和其他重負載需要三相電源。為了從存儲設備或其他直流電源運行這些重負載，需要三相逆變器。為此可以使用三相橋式逆變器。

三相橋式逆變器是另一種橋式逆變器，由6個受控開關和6個二極管組成，如圖所示。

五、按操作模式分類

根據操作模式，逆變器分為3個主要類別：

獨立逆變器

獨立逆變器直接連接到負載，不會被其他電源中斷。獨立逆變器或“離網模式逆變器”，逆變器在不受電網或其他電源影響的情況下自行為負載供電。

這些逆變器被稱為離網模式逆變器，因為這些逆變器不受公用電網的影響。這些逆變器無法連接到公用電網，因為它們不具有同步能力，其中同步是匹配兩個交流電源的相位和標稱頻率(50/60hz)的過程。

并網逆變器

并網或并網逆變器(GTI)有兩個主要功能。并網逆變器的一個功能是從存儲設備（直流電源）向交流負載提供交流電，而并網逆變器的另一個功能是向電網提供額外的電力。

并網逆變器也稱為公用事業(yè)互動逆變器、電網互聯逆變器或電網反饋逆變器，它們同步電流的頻率和相位以適應公用電網。通過增加逆變器電壓的電壓電平，將功率從直流電源傳輸到公用電網。

雙峰逆變器

雙峰逆變器既可作為并網逆變器工作，也可作為獨立逆變器工作。這些逆變器可以將來自可再生能源和存儲設備的額外能量注入電網，并在可再生能源產生的能量不足時從電網收回電力。換句話說，這些逆變器可以根據負載的要求作為獨立逆變器和并網逆變器運行。雙峰逆變器是多功能的，包括獨立逆變器和并網逆變器的功能。

雙峰逆變器的功能會隨著負載而變化。如果電網出現問題或當可再生能源的功率足以滿足負載時，其功能將更改為獨立逆變器（它成為獨立逆變器）。在這種情況下，轉換開關會斷開逆變器與電網的連接。

一旦可再生能源開始產生額外的能量，運行模式就會從獨立模式轉變?yōu)椴⒕W模式。逆變器與逆變器同步其相位和頻率，并開始將額外的能量注入電網。

六、按輸出波形分類

理想的逆變器是指將直流信號轉換為純正弦交流輸出的逆變器。實際逆變器的問題在于它們的輸出信號不是純正弦的。根據輸出波形，逆變器分為三大類：

方波逆變器

這些是將直流電轉換為交流電的最簡單的逆變器，但輸出波形不是所需的純正弦波。這些逆變器在輸出端具有方波。換句話說，這些逆變器將直流輸入以方波的形式轉換為交流。同時，方波逆變器也更便宜。

這些逆變器的最簡單結構可以是H橋逆變器。如圖所示，在變壓器之前使用SPDT（單推雙擲）開關可以實現更簡單的版本。該變壓器還將有助于實現任何理想的輸出電壓水平。

給定模型的工作操作極其簡單。只需打開和關閉開關就會同時改變輸出端的電流。換言之，以所需頻率切換單刀雙擲將在典型逆變器（即中心抽頭變壓器）的輸出端產生交流方波。一個典型的正弦波的諧波失真為約45％，這可以通過使用可進一步降低過濾器將過濾掉一些諧波。

準正弦波逆變器

準正弦波逆變器或簡稱為具有階梯正弦波的修正正弦波逆變器。換言之，這些反相器的輸出信號以正極性逐步增加。觸及正峰值后，輸出信號開始逐步下降，直至負峰值，如圖所示。

準正弦波逆變器的結構比純正弦波逆變器簡單得多，但比純方波逆變器要復雜一些。

雖然這些逆變器的最終輸出波形不是純正弦波，但輸出的諧波失真仍降低到24%。濾波會進一步減少失真，但失真量仍然很大。由于這個原因，這些逆變器不是驅動包括電子電路在內的多種負載的首選。

準正弦波可能會永久損壞電路中有定時器的電子設備。如果與準正弦波逆變器連接，所有帶有電機的電器將無法像連接純正弦波逆變器那樣高效工作。此外，波形的快速轉變可能會引起噪聲。由于這些問題，準正弦波逆變器的應用受到限制。

純正弦波逆變器

純正弦逆變器將直流轉換為幾乎純正弦交流。純正弦波逆變器的輸出波形仍然不是理想的正弦波，但比方波和準正弦波逆變器平滑得多。

純正弦波逆變器的輸出波形具有極低的諧波。諧波是具有不同幅度的基頻奇數倍的正弦波。諧波是非常不受歡迎的，因為它會導致各種電器出現嚴重問題。通過使用各種PWM技術，然后將輸出信號通過低通濾波器，可以進一步減少這些諧波。

純正弦波逆變器的構造和工作比方波和修正方波逆變器復雜得多。

這些逆變器優(yōu)于前兩種逆變器，因為大多數電氣設備需要純正弦波才能更好地運行。如前所述，方波或準正弦波逆變器會損壞電器，尤其是那些裝有電機的電器。因此，對于實際用途，使用純正弦逆變器。

七、按輸出電平數量分類

任何逆變器的輸出電平數可以至少為兩個或兩個以上。根據輸出電平的數量，逆變器分為兩電平逆變器和多電平逆變器兩類。

兩電平逆變器

兩電平逆變器有兩個輸出電平。輸出電壓在正負之間交替，并以基本頻率（50Hz或60Hz）交替。

一些所謂的“雙電平逆變器”在其輸出波形中具有三個電平。將三電平逆變器歸入這一類的原因是因為其中1個電平是零電壓。實際上零是第三級，但它仍被歸類為兩級逆變器。

二電平逆變電路由源極和一些控制電流或電壓的開關組成。由于開關損耗和器件額定值的限制，兩電平逆變器在高壓應用中的高頻操作方面受到限制。然而，開關的額定值可以通過串聯和并聯組合來增加。兩電平逆變器中提供正半周的一組開關稱為正組開關，而提供負半周的另一組開關稱為負組。

由于以下原因，不優(yōu)選兩電平逆變器。逆變器需要使用最少數量的開關和最少的電源進行操作，以在小電壓階躍中轉換功率。較小的電壓階躍將提供高質量的波形。此外，它還可以降低負載上的電壓(dv/dt)應力和電磁兼容性問題。因此，多電平逆變器是更實用的首選。

多電平逆變器(MLI)

多電平逆變器將直流信號轉換為多電平階梯波形。多電平逆變器的輸出波形不是直接正負交替，而是多級交替。由于波形的平滑度與電壓電平的數量成正比。因此，多電平逆變器會產生更平滑的波形。如前所述，這種特性使其可用于實際應用。

兩電平逆變器和多電平逆變器的對比區(qū)別

結語：

篇幅有限，但事實上，逆變器的分類還有很多，比如多電平逆變器還可分為飛電容逆變器(FCMI)、二極管鉗位逆變器(DCMI)、級聯H橋逆變器。

而從實際應用出發(fā)，三相逆變器適合高負載應用，純正弦逆變器能更好地保護電器，還有多電平逆變器是更實用的首選。

編輯：黃飛

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