[科普中国]-正弦波逆变器

正弦波逆变器是把直流电能(动力电池、蓄电池)转变成交流电(一般为220V，50Hz正弦波)的电力电子装置。逆变器与ACDC转化器是相反的过程。由于通常用ACDC转化器或电源适配器将220V交流电整流变成直流电来使用，而逆变器的作用与此相反，因此而得名。1

正弦波逆变器广泛运用于各类：微机系统、通信系统、家用、航空、应急、通讯、工业设备、卫星通信设备、军用车载、医疗救护车、警车、船舶、太阳能及风能发电领域等需要应急后备电源的场所，可构成EPS应急电源系统。2

用途正弦波逆变器是将直流电转化为交流电的电能变换装置，它是通过功率半导体器件按照特定规律的导通与关断来完成逆变任务的。现代逆变技术是研究逆变电路理论和应用及设计方法的一门科学,它建立在工业电子技术、半导体器件技术、现代控制技术、现代电力电子技术、脉宽调制技术、半导体变流技术和磁性材料等科学基础上的一门实用技术，因此正弦波逆变器的应用贯穿于社会和生活的多个领域。3

基本结构正弦波逆变器是将直流电转换成交流电的变换装置，它是通过控制半导体功率开关器件(如SCR， GTO， GTR， IGBT和功率MOSFET等)的导通和关断，把直流电能转化为交流电能。控制功率开关管导通和关断的电路就是逆变器的控制电路，控制电路输出一定的电压脉冲，使功率变换电路中的功率开关管按照一定规律导通和关断，这时功率主电路的输出为特定的谐波组合，最后通过滤波电路得到我们需要的电压波形。正弦波逆变器系统的基本结构如右图所示。3

输入电路逆变器的输入通常是直流电(有时是市电经过整流滤波得到的直流电)，这些直流电包括直流电网、蓄电池、光伏电池以及其他方式得到的直流电。通常这些电能不能直接作为逆变器输入侧电压，而是通过一定的滤波电路和EMC电路之后才作为逆变器输入的。3

逆变主电路逆变器主电路是由功率开关器件组成的功率变换电路，主电路的结构形式分很多种，不同的输入输出条件下主电路形式也不相同，每种功率变换电路都有它的优缺点，在实际设计中应考虑最合适的电路拓扑作为主电路结构。3

控制电路控制电路按照逆变器输出的要求通过一定的控制技术产生一组或者多组脉冲电压，通过驱动电路作用于功率开关管，使功率开关管按照指定的次序导通或者关断，最终在主电路输出端得到所需的电压波形。控制电路的作用对于逆变系统至关重要，控制电路的性能直接决定了逆变器输出电压波形的质量。3

输出电路输出电路一般包括输出滤波电路和EMC电路，如果输出为直流电时还应在后面加入整流电路。对于隔离输出的逆变器，输出电路前级还有隔离变压器。根据输出是否需要稳压电路分为开环和闭环控制，开环系统输出量只由控制电路决定，而闭环系统中输出量还受反馈回路影响，使输出更加稳定。3

辅助电源控制电路与输入输出电路的某些部分或芯片有特定的输入电压要求，辅助电源就是为电路中特定的电压需求设定的。通常情况下辅助电源由一个或者几个DC-DC变换器构成，对于交流输入的场合，辅助电源由整流后的电压与DC-DC变换器组合完成。3

保护电路保护电路通常包括输入过压、欠压保护，输出过压、欠压保护，过载保护，过流和短路保护。对于在特定场合工作的逆变器还有其他保护，如在温度很低或者很高的场合需要有温度保护，在某些气压变化的情况下还要有气压保护，在潮湿的环境中要有湿度保护等。3

分类逆变器有许多种分类方法。按输出波弦性质，主要分为三类：正弦波逆变器、方波逆变器和梯形波逆变器。正弦波逆变器输出的是正弦波交流电，方波逆变器输出的则是质量较差的方波交流电。4

逆变器通常分为电压输入型和电流输入型。与直流斩波器不同的是，其调制脉冲的宽度和正弦波相关，因此输出的电流或电压接近正弦波。由于需要大量的电感元件来模拟电流源，所以电流供给式逆变器很少用于电动汽车驱动。电压输入型逆变器电路结构简单且能进行双向能量转换，所以电动汽车上几乎都采用用这种逆变器。典型三相全桥电压输入型逆变器如右图所示。4

注意事项电源选择必须由蓄电池或者汽车点烟器提供电源。根据产品的不同可选择12V、24V、48V。UPS电源（Uninterrupted Power Supply不间断电源）是为重要负载提供不受电网干扰、稳压、稳频的电力供应的电源设备，在市电掉电后，UPS可给负载继续提供一段时间供电，保证负载正常运转使用，此系列UPS采用带输出隔离变压器的高频双变换结构和先进的全数字控制技术，输出稳定、洁净、不间断具备完备的网络管理功能，一般UPS电源有1000w-20000w规格。4

连接逆变器到电源关掉逆变器和所有装置的开关于“OFF”状态。4

电池供电：把电池的负极连接到逆变器的黑色接端子（-），电池的正极连接到逆变器的红色接线端子（+）。4

汽车点烟器供电：点烟器的专用连线按照红线对逆变器红端子，黑线对逆变器黑端子连接好后，把点烟器的插头插到汽车点烟器即可。4

连接逆变器到用电器确保负载电源是逆变器的标称电源，并且启动电流不能超过逆变器的峰值容量。连接完逆变器和用电电器后， 打开逆变器和用电器。4

发展历程正弦波逆变器技术的发展始终与功率器件及其控制技术的发展紧密结合，从开始发展至今共经历了五个阶段。5

第一阶段：20世纪50年代到60年代，晶闸管(SCR)的诞生为正弦波逆变器的发展创造了条件；5

第二阶段：20世纪70年代，可关断晶闸管(GTO)及双极型晶体管的出现使逆变器技术得到了发展和应用；5

第三阶段：20世纪80年代，功率场效应管、绝缘栅型场效应管和MOS控制晶间管的问世为逆变器的大功率发展方向奠定了基础；5

第四阶段：20世纪90年代，微电子技术的发展使新的控制技术如矢量控制技术、多电平控制技术、模糊控制技术和重复控制等技术在逆变领域得到了较好的应用，极大的促进了逆变器技术的发展；5

第五阶段：21世纪初，随着电力电子技术、现代控制理论和微电子技术的不断进步和改进，逆变器技术朝着高效率、高频化、高可靠性、高功率密度和智能化的方向发展。5

发展趋势随着电力电子技术的高速发展和各行业对逆变器控制性能要求的提高，正弦波逆变器也得到了快速发展，目前逆变器的发展方向主要为：6

高频化高频化指的是提高功率开关器件的工作频率，这样不但可以减小整个系统的体积，而且对音频噪声有很好的抑制作用，同时提高了逆变器输出电压的动态响应能力。高频工作的功率开关器件对应于高频隔离变压器，高频隔离变压器的应用对整个系统的体积又有了进一步的减小。6

高性能化有效值是逆变器输出电压的主要参数，高性能的逆变器输出电压有效值稳定，同时有很高的波形质量，适应非线性负载的能力强。由于很多时候逆变器所带的负载会突变，高性能逆变器要求输出电压有较高瞬态响应性能。对于交流输出电压的另一个重要参数是频率，好的逆变器不但要求输出电压有效值稳定，而且要求频率也稳定。具有上述特点的逆变器才能称得上是高性能逆变器。6

并联技术目前的逆变器技术可以制作出大功率产品，但是在大功率应用场合一旦这个逆变器系统出现故障，将会导致系统瘫痪。而在由小功率逆变器通过并联技术组成的系统中，每个单元的正常工作与否都不影响其它单元的工作，这样对于整个系统的可靠性就有了极大的提升。6

小型化小型化是对应于高频化的结果，因为使逆变器小型化主要方法就是提高开关管工作频率，使用高频变压器。另一种方法是改进控制法，优化SPWM波的频谱从而减小滤波器体积。6

高输入功率因数化很多逆变系统使用一定的拓扑电路把直流电转换成高频交流脉冲，再进行整流得到所需的直流电压。输出电流出现的尖峰会降低输入功率因数，提高输入侧功率因数可以有效解决逆变器对电网产生谐波污染。6

智能化与数字化逆变器的数字化不是简单在逆变器中应用数字器件，如FPGA和单片机，而是整个系统依靠数字器件的计算能力和离散控制法完成。随着硬件的发展，处理器速度越来越高，促使逆变器向着智能化与数字化的方向发展。6

正弦波逆变器的优点纯正弦波输出，适用于电视机、电冰箱、电磁炉、电风扇。4

微波炉、空调等家用设备使用# 微电脑（CPU）控制技术，性能优越。3

超宽输入电压范围、高精度输出、全自动稳压。5

内置过载、短路、过压、欠压、过温等保护功能，可靠性高。3

简洁明了的 LED显示，可升级到全面的数字化 LCD 显示，方便观察机器状态。3

供电时间可根据不同要求任意配置。5

采用阀控式免维护铅酸电池，智能型电池管理，过充，过放电保护，延长电池使用寿命。5

安装方法打开包装箱，检查附件是否齐备（一条交流输入线和一本说明书）；4

选择通风、清洁的安装环境；6

确认直流电源输出电压和（或）蓄电池的电压与逆变器要求的直流输入电压相符合；6

确认电源的正负极性，高电位为正，低电位为负；6

将正极接到逆变器的正极接线柱上（标有“+”），负极接到负极接线柱上（标有 “-”）。确保连接可靠；5

从附件袋中取出交输入线，将其中的一端插入机箱上标有“AC IN”的插座中，将另一端插入市电插座中；2

将负载输入线连接在逆变器的输出插座（标有“AC OUT”）上。6

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本词条内容贡献者为:

李宗秀 - 副教授 - 黑龙江财经学院