逆变器
功率逆变器（power inverter）又称逆变器[1][2]（inverter，invertor）、逆变流器、逆换流器[3]、反相器[4][5]，是将直流电转换为交流电的电力电子装置、设备、电路[6]；借此所得的交流频率取决于使用的特定器件。逆变器的作用与整流器相反，后者最早是将交流电转换为直流电的大型机电设备[7]。
逆变器的输入电压、输出电压及频率，以及整体功率处理取决于具体的装置或电路设计，逆变器本身并不产生任何功率，其功率或电源由直流电源提供。
功率逆变器可以是完全电子式的，也可为机械效应（如旋转装置）和电子电路的组合。静态逆变器（static inverter）在转换过程中，不使用任何运动部件。
逆变器主要应用于大电流、高电压的场合；而应用于非常低电流和电压来对电子信号执行相同功能的装置，则称为振荡器。此外，执行相反功能而将交流电转换为直流电的装置，称为整流器。
原理与分类 编辑
电路形式 编辑
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。
半桥逆变器 编辑
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。
全桥逆变器 编辑
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。
三相桥式逆变器 编辑
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120°的三相电信号。
有源与无源 编辑
根据输出端是否有源，又可以分为有源逆变和无源逆变。
有源逆变器 编辑
如果逆变器的输出需要直接并入电网，则属于有源逆变。在此情况下，输出端原本已经有电压波动，逆变器只是向外输出能量。由于输出端电压波动的影响，逆变器件可以自动关断，而无需在控制时予以强制关断，因此可以使用较廉价的半控器件如晶闸管。
无源逆变器 编辑
若逆变器输出需要直接使用，不并入电网，则属于无源逆变。在此情况下，由于输出端没有电压波动，逆变器需要严格控制通断，因此必须使用全控器件如可关断晶闸管等。
相控电路 编辑
若逆变器输出需要并入电网，或是需要驱动一个已经在转动的电动机等电感性负载，则逆变器输出信号的相位将至关重要。为了控制逆变器输出的相位，需要在逆变器中加入相控电路。常用相控电路的原理有如下两种：
相敏检测电路 编辑
相敏检测电路可以检测到交流波形中的某一特定点，如过零点、最高点等。当一个信号源每次到达此特定点时，通过调节其它信号源到达同样的点，以实现同相。由于交流电是时时变化的，这种前馈调节方式总存在一定的滞后，调节效果并不理想，要实现一定的相位差也较困难。
锁相环 编辑
锁相环电路通过鉴相器获得各信号源的当前相位，并通过反馈调节方式使各信号源的相位趋于一致，调节效果好、精度高，也容易实现一定的相位差。
应用 编辑
逆变器的应用广泛，其主要应用如下：
光伏逆变器 编辑
光伏逆变器能够将光伏电池产生的直流电能转换为能够并网或直接使用的交流电能。光伏发电是极具发展潜力的可再生能源。随着光伏电池转换效率的提高，制造成本的降低，以及国家对于光伏发电的大力支持，近些年来光伏逆变器作为配套产品，也不断快速发展。
不间断电源 编辑
不间断电源通过有电时将市电整流成直流电存于电容当中，并于停电时将电容当中电能放出并转换成交流电，来为电器提供一个稳定、一致、可靠的供电系统。逆变器在其中主要起到将电容中放出的直流电转换为交流电的作用，同时对于供电频率不稳的地区，在有电时也可以将市电整流再逆变，以获得一个稳定的电源输入。
城市公共运输系统 编辑
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为了输电方便，城市轨道交通列车和公交无轨电车系统一般使用直流供电，但车辆所用电动机大都为三相交流电机，因此必须使用逆变器进行逆变。新型车辆一般使用VVVF逆变器进行变压变频调节，以更好地对电机进行调速控制。
VVVF变流器 编辑
交-直-交变流器是由一个整流器和一个逆变器组成的，通过将交流电先转换成为直流电，再转换成为交流电，以改变其频率，同时通过对逆变部分开关的控制来更好地实现输出控制，以获得各种需要的交流电输出，IEC称为indirect AC converter。
驱动冷冻空调的压缩机 编辑
变频器可以用来调节压缩机电动机的速度，用在可变制冷剂流量的制冷或空气调节系统中，以调整系统性能。这类的架构会称为变频压缩机。传统冷冻调节的方式是固定压缩机速度,在温度太低时关闭压缩机，在高温时再启动压缩机。变频压缩机系统会用变频器调整电动机转速，也会调整压缩机以及输出的冷冻能力。使用的电动机可能是直流无刷电动机或异步电动机，其速度和变频器输出的频率成正比，因此压缩机也可以在不同转速下运转，不需反复启动停止，也可以提升效率。一般会用单片机监控要冷冻空间内的温度，调整压缩机速度以达到理想的温度。这些额外的电子零件以及系统硬件会增加设备成本，但会减少使用时需要的电费[8]。第一个变频冷气是由日本东芝在1981年所发明[9]。
参见 编辑
参考资料 编辑
- ^ 存档副本. [2023-08-23]. （原始内容存档于2023-08-23）.
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- ^ https://terms.naer.edu.tw/detail/12c528fe6e128b9265e60e841aa7d4c6/?seq=3
- ^ 存档副本. [2023-08-23]. （原始内容存档于2023-08-23）.
- ^ The Authoritative Dictionary of IEEE Standards Terms, Seventh Edition, IEEE Press, 2000,ISBN 0-7381-2601-2, page 588
- ^ Inverter frequently asked questions. www.powerstream.com. [2020-11-13]. （原始内容存档于2023-08-02）.
- ^ New and Cool: Variable Refrigerant Flow Systems. AIArchitect (American Institute of Architects). 2009-04-10 [2013-08-06]. （原始内容存档于2020-09-06）.
- ^ Toshiba Science Museum : World's First Residential Inverter Air Conditioner. toshiba-mirai-kagakukan.jp. [2020-07-15]. （原始内容存档于2020-08-14）.