單相全橋逆變電路

單相全橋逆變電路也稱“H 橋”電路，其電路拓樸結(jié)構(gòu)如圖1所示，由兩個(gè)半橋

圖1單相全橋電路拓樸結(jié)構(gòu)

電路組成，以1800 方波為例說明單相全橋電路的工作原理，功率開關(guān)元件Q1 與Q4 互補(bǔ)，Q2 與Q3 互補(bǔ)，當(dāng)Q1 與Q3 同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，負(fù)載電壓U0= +Ud；當(dāng)Q2 與Q4 同時(shí)悼通時(shí)，負(fù)載兩端U0= -Ud，Q1 Q3 和Q2 Q4 輪流導(dǎo)通，負(fù)載兩端就得到交流電能。

圖2全橋輸出電壓、電流波形

假設(shè)負(fù)載具有一定電感，即負(fù)載電流落后與電壓? 角度，在Q1Q3 功率管柵極加上驅(qū)動信號時(shí)，由于電流的帶后，此時(shí)D1 D3 仍處于導(dǎo)通續(xù)流階段，當(dāng)經(jīng)過y 電角度時(shí)，電流過零，電源向負(fù)載輸送有功功率，同樣當(dāng)Q2 Q4 加上柵極驅(qū)動信號時(shí)D2D4 仍處于續(xù)流狀態(tài)，此時(shí)能量從負(fù)載饋送回直流側(cè)，再經(jīng)過y 電角度后，Q2 Q4 才真正流過電流。單相全橋電路上述工作狀況下Q1Q3 和Q2Q4 分別工作半個(gè)周期，其輸出電壓波形為180 度的方波，事實(shí)上這種控制方式并不實(shí)用，因?yàn)樵趯?shí)際的逆變電源中輸出電壓是需要可以控制和調(diào)節(jié)的，下面介紹輸出電壓的調(diào)節(jié)方法——移相調(diào)壓法和脈寬調(diào)壓法。

1 移相調(diào)壓法

圖3 移相控制原理

假設(shè)負(fù)載功率因數(shù)在（0~ 1）之間，且電流滯后于電壓某一角度，則移相電路可分為6 個(gè)不同的工作時(shí)間段：

第一時(shí)段：有功輸出模式，輸出電壓電流均為正——Q1 Q3 導(dǎo)通

第二時(shí)段：續(xù)流模式，電壓為零但電流為正——Q1 Q2 導(dǎo)通

第三時(shí)段：回饋模式，電壓為負(fù)但電流為正——D2D4 導(dǎo)通

第四時(shí)段：有功輸出模式，電壓為負(fù)電流為負(fù)——Q2 Q4 導(dǎo)通

第五時(shí)段：續(xù)流模式，電壓為零但電流為負(fù)——Q4 D3 導(dǎo)通

第六時(shí)段：回饋模式，電壓為正但電流為負(fù)——D1D3 導(dǎo)通

采用移相控制方式調(diào)節(jié)輸出電壓只需調(diào)節(jié)相移角y 即可，由于四個(gè)功率開關(guān)元件和四個(gè)續(xù)流二極管輪流對稱工作，因此每個(gè)器件所承受的應(yīng)力對稱相等，對延長器件壽命

有利。

2 脈寬調(diào)節(jié)法

脈寬調(diào)節(jié)的控制波形如圖4 所示，用一個(gè)幅值為Ur 的直流參考電平與幅值為Uc

單相方波逆變器的輸出波形分析 推挽式、半橋式、全橋式逆變器輸出的方波或矩形波，如圖5 所示。

圖5 矩形波形

a）脈寬為1800 b)脈寬為（1800 -y） 圖5 所示方波的傅里葉級數(shù)展開式為

式中i U ——推挽式方波逆變器一次測單個(gè)繞組上的電壓；1 N ——推挽式方波逆變器一次測兩個(gè)相同的繞組匝數(shù)；2 N ——推挽式方波逆變器二次測繞組匝數(shù) 方波中含有幅值為4Ui N2 I（N1π）的基波分量外，還含有較大的低次諧波（3，5，7，9次）分量。該方波輸出電壓的有效值為

該矩形波同樣只含有各奇次諧波，并且基波及諧波的幅值隨脈寬變化，當(dāng)脈寬等于1200時(shí)，3 次及3 倍數(shù)次諧波等于零。由圖2-9b 可知，脈寬θ與調(diào)制度m 有關(guān)，即θ=mπ （2-6）；式中θ ——脈寬；m——調(diào)制度

輸出電壓的有效值為

由式（2-4）、（2-5）、（2-6）可知，n 次諧波的含量U2n /（Ui N2 /N1）、總的諧波畸變度THD 與調(diào)制度m 的關(guān)系，如圖6 所示。矩形波的THD 隨脈寬變化，即使脈寬為1200時(shí)，THD 仍有30%。

圖6 矩形波的n 次諧波含量、總諧波畸變度與調(diào)制度的關(guān)系