单相逆变器：简单、适用小功率装置

电压型单相逆变器可以简单分为单相半桥式和单相全桥式两种，如图2-17所示。单相半桥式逆变器结构简单，适用于小功率装置。单相全桥式逆变器适用于较大功率的应用。

图2-17 电压型单相逆变器电路

以下将介绍的是单相全桥式方波逆变器。所谓方波逆变器指的是输出的电压v_o为交变方波，脉宽τ=πrad。图2-18所示为以电感性负载为分析对象的相关电信号波形。可见，这类逆变器需要加在开关管上的控制信号v_g1和v_g3，v_g2和v_g4是一致的，且它们之间相位互补，即相位差为πrad。

从图2-18可见，在[0，θ₁]阶段，输出电流i_o为负，输出电压v_o为正，电路中，由于器件VD₁和VD₃导通，逆变器输出的瞬时功率为负，实质上，此时电路是工作在整流状态，负载中的能量反馈回直流侧。在t=θ₁时，i_o=i_VD1=0，VD₁截止，v_g1＞0，开关管V₁导通，负载电流从VD₁转移到V₁，另一桥臂电流从VD₃转移到V₃，这类电流转移发生在电流过零时刻，常称为自然换流。由于自然换流发生在桥臂内器件之间，并不改变整个导电回路，物理过程比较简单，也常称为臂内换流。在[θ₁，π]阶段，开关管V₁、V₃导通，输出电压v_o和输出电流i_o同向，逆变器输出的瞬时功率为正，电源向负载提供能量，电路工作在逆变状态。在t=π时，v_g1=0，开关管V₁关断，i_o＞0，为了维持电流不变，VD₄导通，同时，虽然此时v_g2＞0，但VD₂正偏导通，V₂反偏阻断，负载电流从V₁转移到VD₄，V₃转移到VD₂，这类电流的转换时，退出导通的器件中的电流没有自然过零特性，常称为强迫换流，由于强迫换流发生在上下桥臂的开关管之间，改变了导电回路，物理过程比较复杂，也常称为臂间换流。在[π，2π]半个周期中的工作原理与上述相类似，在此不再赘述。

图2-18 电压型单相全桥式方波逆变器工作波形（感性负载）

从以上分析可知：

1）逆变器输出电压v_o为交变方波，频率即为开关管的工作频率f，波形与负载参数无关。将v_o用傅里叶级数展开，得(www.xing528.com)

式中，ω=2πf。

可见，输出电压v_o的基波幅值为

除了基波分量外，输出电压v_o还包含奇次谐波，其幅值随谐波次数增加递减。

2）逆变器输出电流i_o的波形与负载性质和参数紧密相关。图2-18给出的为感性负载时，输出电流基波i_o1滞后于输出电压基波v_o1一个角度φ₁=arctan（ωL_o/R_o）。

3）由式（2-86）可知，方波逆变器的输出电压的基波仅取决于输入直流电压V_d的大小。但是在实际应用中，通常都需要逆变器的输出电压可以在不同的范围内连续可调，采用相移式方波逆变器可以实现调压的目的。