实现直流转交流的设备：逆变器及其构成原理

实现将直流电转变为交流电的设备称为逆变器。其逆变技术建立在电力电子、半导体材料、现代控制、脉宽调制等技术科学之上。用于风力发电的逆变器输出交流电的频率为50Hz。

1.逆变器分类

按逆变器主电路形式可分为单端式（含正激式和反激式）逆变器、推挽式逆变器、半桥式逆变器和全桥式逆变器。

按逆变器主开关器件的类型可分为晶闸管逆变器、大功率晶体管逆变器、可关断晶闸管逆变器、功率长效应逆变器、绝缘栅双极晶体管逆变器和MOS控制晶体管逆变器等。

按逆变器稳定输出的参量可分为电压型逆变器和电流型逆变器。

按逆变器输出交流电的波形可分为正弦波逆变器和非正弦波逆变器。

按逆变器相数分类可分为单相逆变器、三相逆变器和多相逆变器。

按控制方式可分为调制式逆变器和脉宽调制式逆变器。

2.工作原理

典型的DC／AC逆变器主要由主开关半导体功率集成器件和逆变电路两大部分组成。其中，半导体功率集成器件从普通晶闸管到可关断晶闸管、大功率晶体管、功率场效应晶体管等，直到MOS控制晶闸管以及智能型功率模块等大功率器件的出现，使可供逆变器使用的电力电子开关器件形成一个趋向高频化、节能化、全控化、集成化和多功能化的发展轨迹。

逆变开关电路是逆变器的核心，简称为逆变电路。它通过半导体开关器件的导通与关断完成逆变的功能。

图9-11　DC／AC逆变器原理(www.xing528.com)

以最简单的逆变电路——单相桥式逆变电路为例来具体说明逆变器的“逆变”过程。单相桥式逆变电路的原理如图9-11所示。输入直流电压为E，R代表逆变器的纯电阻性负载。当开关K1、K3接通后，电流流过K1、R和K3时，负载R上的电压极性是左正右负；当开关K1、K3断开，K2、K4接通后，电流流过K2、R和K4，负载R上的电压极性与前次反向。若两组开关K1-K3、K2-K4以频率f交替切换工作，负载R上即可得到波形为方波、频率为f的交变电压UR。

如图9-12所示，完整的逆变电路由主逆变电路、输入电路、输出电路、控制电路、辅助电路和保护电路等组成。以下对每一部分进行说明。

图9-12　逆变电路的基本构成

主逆变电路：由半导体开关器件组成，分为隔离式和非隔离式两类。变频器、能量回馈等都是非隔离式逆变器，而UPS、通信基础开关电流等则是隔离式逆变电路。无论是隔离式还是非隔离式主逆变电路，基本上都是由升压和降压两种电路不同拓扑形式组合而成。这些电路既可以组成单相逆变器，也可以组成三相逆变器。

输入电路：为主逆变电路提供可确保其正常工作的直流电压。

输出电路：对主逆变电路输出的交流电的质量和参数（包括波形、频率、电压、电流幅值以及相位等）进行调节，使之满足用户需求。

控制电路：为主逆变电路提供一系列控制脉冲，用以控制逆变开关管的导通和关断，配合主逆变电路完成逆变功能。

辅助电路：将输入电压转化成适合控制电路工作的直流电压。

保护电路：提供输入电压过高过低保护、输出电压超限保护、过载保护、短路保护及过热保护等。

逆变器用于风力发电，使风力机可变速运行，减小了风力机整体结构的载荷；避免了功率的波动；可使风力机即使在部分负荷范围内，也总是在最佳的风能利用系数值下运行。

其缺点是有谐波出现，需滤波；需消耗功率，引起电力系统的效率损失，特别是当系统处于部分负荷情形下更为显著；逆变器价格较贵。