我們都知道，變頻器和逆變器在我們現實生活中應用非常廣泛，但你知道他們的工作原理嗎？
一、基礎概念
AC：Alternating Current，交流電DC：Direct Current，直流電逆變器：是把直流電能（如：電池、蓄電瓶）轉變成交流電（如：220V,50Hz正弦波），頻率也可調節。轉換關係：『直->交』。變頻器：將輸入的交流電轉換為所需頻率的交流電輸出。轉換關係：『交->直->交』 或 『交->交』。
一般『交->直->交』比較常見，先將交流電轉換為直流，再將直流轉為交流，也就是“整流 逆變”。『交->直』的原理相信大家都知道，但『直->交』估計很多人都不清楚，下麵主要圍繞『直->交』來講述，也就是逆變器相關原理。
二、什麽是交流電？
交流電是指電流方向隨時間作周期性變化的電流，在一個周期內的運行平均值為零。

 

提示：通常交流電（AC）波形為正弦曲線（如：家用220V交流電），交流電可以有效傳輸電力。但實際上還有應用其他的波形，例如三角形波、正方形波。
三、正方形波A.C產生原理
在講述正弦波生成之前，讓我們看看方波A.C是如何產生的。實際上，舊式逆變器就是用於產生簡單的方波作為其輸出。

 

正方形波A.C輸出方法：

如下如，一個輸入電源，通過控製4個MOS管的開關，就可以改變在A,B兩點電流的方向，該電路也稱為全橋逆變器。

 

1.正向電流接通S1和S4，斷開S2和S3，此時，通過AB點的電流為正向，如下圖：

 

2.反向電流與上麵反之，斷開S1和S4，接通S2和S3，此時，通過AB點的電流為反向，如下圖：

 

四、脈衝寬度調製 - 純正弦波產生
上麵介紹了正方形波的產生原理，接下來講述正弦波的產生。

正方形波 -> 正弦波的過程，我們稱之為脈衝寬度調製。
脈衝寬度調製的邏輯很簡單，以不同寬度的脈衝形式產生直流（DC）電壓。在需要更高振幅的區域，它會產生更大寬度的脈衝，如下圖所示：

 

提高精度
如果你在很短的時間間隔內平均這些脈衝會發生什麽？您會驚訝地發現平均脈衝的形狀看起來非常類似於正弦曲線。使用的脈衝越精細，正弦曲線的形狀就越好，如下圖：

 

五、如何製作脈衝以及如何做出平均值
上麵章節講述了實現產生正弦波的方法和原理，現在的問題是如何製作這些脈衝，我們以什麽方式對它們進行平均？
在實際的逆變器中，是通過兩個比較器實現的。比較器將正弦波與三角波進行比較。一個比較器使用正常的正弦波，另一個比較器使用反相正弦波。第一個比較器控製S1和S2開關，第二個比較器控製S3和S4，如下圖：

 

S1和S2確定A點的電壓，另外兩個開關確定B點的電壓。

 

你可以看到比較器輸出的一個(ge) 分支配有邏輯非門。這將確保當S1為(wei) ON時，S2將為(wei) OFF，反之亦然。

這也意味著，我們(men) 永遠不能同時打開S1和S2（不會(hui) 短路）。

PWM的開關(guan) 邏輯很簡單，當正弦波值大於(yu) 三角波時，比較器產(chan) 生信號1，否則產(chan) 生信號0。

六、比較器輸出

1.切換邏輯

Vsine > Vtrian

Vsine < Vtrian

現在根據該邏輯觀察第一比較器的電壓變化，MOS管上的控製信號為1，顯示了在A點產生的電壓脈衝。

 

應用相同的開關邏輯並觀察在B點產生的電壓，由於我們在A點和B點之間測量輸出電壓，因此淨電壓將是A和B之間的差值。

 

三角波越精細，脈衝序列就越精確：

 

七、濾波，平均

為(wei) 了使其是真正的正弦波，還需要使用電感和電容等儲(chu) 能元件來平滑電壓電流，它們(men) 被稱為(wei) 無源濾波器。

電感器用於(yu) 平滑電流，電容器用於(yu) 平滑電壓。總而言之，通過逆變橋，良好的PWM技術和無源濾波器，你就可以產(chan) 生滿足要求的正弦波電壓了。

 

八、拓展：多級逆變器上麵我們講述的逆變器隻有兩級電壓，如果我們再引入一個電壓等級怎麽辦？

 

如上圖，使用電壓等級，就可以更好地逼近正弦波，並可以減少瞬時誤差。這種多級逆變器技術用於風力渦輪機和電動汽車等高精度應用。文章相關內容，匯總在這個視頻中：

文章就寫(xie) 到這裏，希望本文對大家有所幫助。（文章素材來源learnengineering。）