无源逆变工作原理(电力电子变流技术)

包括晶闸管在内的电力电子器件是变流技术的核心，近年来，随着电力电子器件的发展，变流技术得到了突飞猛进的发展，特别是在交流调速应用方面获得了极大的成就。变流技术按其功能应用可分成下列几种变流器类型：

整流器：把交流电变为固定的（或可调的）直流电。整流过程是将交流信号转换为直流信号的过程，一般可通过二极管或开关器件组成的桥式电路来实现。

逆变器：把固定直流电变成固定的（或可调的）交流电。将直流电变换成交流电的电路称为逆变器。当蓄电池和太阳能电池等直流电源需要向交流负载供电时，就需要通过逆变电路将直流电转换为交流电。逆变过程还往往应用在变频电路中，变频就是将固定频率的交流电变成另一种固定或可变频率的交流电。变频的方法通常有两种，一种是将交流整流成直流，再将直流逆变成负载所需要的交流（交―直―交）；另一种是直接将交流变换成负载所需要的交流（交―交）。前一种直流变交流的过程就应用了逆变的方法。

斩波器：把固定的直流电压变成可调的直流电压。直流伺服电机的调速控制是通过改变励磁电压来实现的，因此把固定的直流电压变成可调的直流电压是直流伺服调速电路中不可缺少的组成部分。直流调压包括电位器调压和斩波器调压等办法。电位器调压法是通过调节与负载串联的电位器来改变负载压降，因此只适合小功率电器；斩波器调压的基本原理是通过晶闸管或自关断器件的控制，将直流电压断续加到负载（电机）上，利用调节通、断的时间变化来改变负载电压平均值。斩波器调压控制直流伺服电机速度的方法又称为脉宽调制（Pulse　Width　Modulation）直流调速。

交流调压器：把固定交流电压变成可调的交流电压。

周波变流器：把固定的交流电压和频率变成可调的交流电压和频率。

变流器中开关器件的开关特性决定了控制电路的功率、响应速度、频带宽度、可靠性和功率损耗等指标。由于普通晶闸管是只具备控制接通、无自关断能力的半控型器件，因此在直流回路里，如要求将它关断，需增设含电抗器和电容器或辅助晶闸管的换相回路。另外，普通晶闸管的开关频率较低，故对于开关频率要求较高的无源逆变器和斩波器，就无法胜任，必须使用开关频率较高的全控型的自关断器件。例如将电力晶体管替代普通晶闸管用在变频装置的逆变器中，其体积可减少2/3，而开关频率可提高6倍，还相应地降低了换相损耗，提高了效率。近年来，不间断电源和交流变频调速装置广泛采用电力电子自关断器件。

可以说，以全控型的开关器件来取代线路复杂、体积庞大、功能指标较低的普通晶闸管和换相电路，这是变流技术发展的规律。由于全控型器件开关频率的提高，变流器可采用脉宽调制（PWM）型的控制，既可降低谐波和转矩脉动，又提高了快速性，还改善了功率因数。目前国外的中小容量和较大容量的变频装置已大部分采用了由自关断器件构成的PWM控制电路，大功率的电动机传动以及电力机车用PWM逆变器的功率达兆瓦级，开关频率为1～20kHz。

在斩波器的直流――直流变换中，采用PWM技术亦有多年历史，其开关频率为20kHz～1MHz。应用场效应晶体管及谐振原理，采用软开关技术以构成直流――直流变流器，其开关损耗及电磁干扰均可显著减少，可使小功率变流器的开关频率达几兆赫，这时滤波用的电感和电容的体积显著减小，充分显示其优越性。