可控硅逆变器

将直流电源变换成固定频率或频率可调的交流电源的可控硅装置，称为可控硅逆变器，与晶体管逆变器不同，可控硅逆变器需要单独的控制电路。因为要使可控硅导通需要采用触发电路，同时，要使可控硅关断还需要采用一定形式的换向电路，只用两只可控硅元件，就可制成功率为一百瓦到几千瓦的大功率逆变器。根据选用的可控硅型号，逆变器直流电源电压额定值可达24V～800V。如果逆变器工作频取不太高，可控硅的关断时间与半个周期相差不多时，可以获得较高的效率。

简介

可控硅逆变器（SCR inverter）

可控硅逆变器电路

将直流电源变换成固定频率或频率可调的交流电源的可控硅装置，称为可控硅逆变器。逆变器种类很多，按不同分法有：有源或无源逆变器，串联或并联逆变器，以及单相或三相逆变器等。它可作为电子设备的电源或应急电源等。

现以单相串联逆变器来说明其工作过程：当可控硅SCR被触发导通时，电流经L，C、R回路流通，由于LC振荡，在负载月上得电流的正半周，同时给电容C充电（左正右负），若在充电电流下降为零时（此时u=E），触发SCR，则电容C沿L、SCR回路放电，又形成一次振荡，负载月上得到电流的负半周。在C放电的同时，在电感L上产生感应电势（上正下负），此电势给SCR施加反压，使其关断。当负半周电流降到零时再触发SCR，同时将SCR关断，如此循环下去，SCR、SCR轮流导电，负载上就可得到交流电。交流电的频率由触发信号频率决定。

电路

晶体管变换器，是利用晶体管作为开关元件将直流电流转换为交流电流的装置。虽然晶体管具有开关速度快的优点，但是要得到击穿电压又高、同时最大集电极电流又大的晶体管是比较困难的。因此，晶体管变换器一般多用在功率不超过200～300W的电源中。

可控硅逆变器，是利用可控硅作为开关元件将直流电流转换为交流电流的装置。由于可控硅的阻断电压一般可以达到几百伏甚至几千伏，而正向电流又可以达到几十安培甚至几百安培。所以利用可控硅逆变器可以制作功率为几百瓦至几千瓦的大功率变换器。

可控硅逆变器和晶体管变换器不同。可控硅自己不能实现工作状态的转换。它由截止状态转变成导通状态时，必须要有单独的触发电路触发，而要使可控硅由导通状态转变为截止状态时，也需要有专门的换向元件使可控硅上的电压反向。这就是可控硅逆变器和晶体管变换器之间的一个重要区别。

在可控硅逆变器中，一般采用换向电容关断可控硅。根据换向电容与负载的接法不同，可控硅逆变器可分为并联逆变器和串联逆变器两种。其基本电路形式如图所示。

可控硅逆变器的基本电路

在图中（a），换向电容C与输出变压器B及负载R并联，故称并联逆变器；在图中（b），换向电容C和C与输出变压器B及负载R串联，故称串联逆变器。

下面将分别介绍这两种逆变器的工作原理和设计方法。

分类

逆变器的种类很多。按换向方式可分为他励（有源）逆变器和自励逆变器。按换向电容器与负载的连接情况，自励逆变器可分为并联式和串联式两种，串联逆变器是换向电容器与负载串联的自勋逆变器；并联逆变器是换向电容器与负载并联的自励逆变器。并联逆变器，因为可控硅元件的开关损耗人，故在高频使用时不利，但它要求的换向电戚和换向电容较小，因此低频时用并联逆变器是很好的。而串联逆变器则适合高频工作。

为了减少可控硅元件的开关损耗，提高逆变器效率，扑使逆变器工作可靠，应选用导通时间和断开时间尽可能小的可控硅元件。

按输出交流电压的相数不同，又可分为单相逆变器和三相逆变器两种。

单相逆变器

单相并联逆变器

如下图，若在可控硅整流器SCR，SCR的控制极上，交替地输入触发脉冲，假定SCR处于导通状态，而SCR处于关断状态，则电流从端子P经电感L、变压器的左边OA、整流器Z、可控硅SCR流过，在变压器的另一边OB，感应出等于电源电压E的电压。于是电容C两端便充以2E的电压，极性如图所示。同时SCR也承受了2E的正向电压。接着把触发脉冲加在SCR的控制极上，则SCR立即导通，F点与0点同电位。即在原先导通的SCR的阳极与阴极之间，施加2E的负电压，SCR被迫关闭。电容器C经SCR、电源、L、变压器的左边OA、Z回路放电，到此换向结束。电源经变压器的右边OB部分，同时使电容器C反方向充至2E电压，准备下一次换向。但必须使得SCR承受反向电压的时间比SCR管子本身固有的关闭时间长。

由电源来的电流这样交巷的流经变压器的一次侧的左右两边。则在二次侧感应出交流电压来。

电抗器是用来限制换向期间的冲击电流的。工值不宜过大，因为负载急剧变动时，在电感五上的感应电压也加到处于关闭状态的可控硅阳极上，若此电压超过可控硅的正向转折电压，则可控硅就被导通，使逆变器工作不良，换向电感和电容可按下式选择

C=It/0.425E（法）

L=Et/0.425EI（亨）

式中E——直流电源电压（伏）；

t——可控硅整流器之断开时间（秒）；

I——换向时负载电流最大值（安）。

二极管Z和Z的作用是使储存在换向电容C上的电荷，不能通过负载而放电。这样换向的电容就可用得小一些。

三相逆变器

三相逆变器原理示意图

三相逆变器的任务就是把直流如何变成三相交流电。下图（a）中直流电源E接上三组开关1、2、3、4、5、6时的工作情况。每一个开关S的导电时间是120°的电角度。在每一瞬时，奇数组的开关有一个导电，偶数组的开关也有一个导电。但是不能在两组的同一相开关导电，否则就使电源E短路了。为了便于讨论，我们在电源的中点O和负载的中点Oˊ之间连上一根导线，用虚线表示，这中线和三相电网中的零线一样是没电流通过，因此这根导线在实际上是不加的，故用虚线表示，主要是为了说明两点是同电位的。

现在我们把开关1S～6S的工作情况，象万能转换开关一样画出来，如图（b）所示，其中有斜线的表示接通，空白的表示断开，因此按图（b）所示的工作状态，可以看出AO、BO、CO各相的相电压。

当ωt<60°时，从图（b）看出是1S和4S闭合。则此时电流从电源E出发经1S→A→O→B→4S回到电源。这里1S导通，对么相负载来说，电流是由A到O，其电压为+E对B相负载来说，电流是由O到B，其电压方向恰好与A相相反，其值为-E。这时C相的5S、6S均不工作，C相上没有电流流通，故C相电压为0。根据同样道理可以求出其它时刻的相电压，如图（c）所示。从这里看出开关奇数组1S～5S工作时，其相电压为正值，当偶数组2S～6S工作时，相电压为负值。

应用

逆变器恰与整流器相反，它是能把直流电变成任意频率的交流电的一种装置。由于可控硅具有关断时间短及整流压降小、体积小等特点，因此，逆变器在可控硅的应用领域中占有很大的比重。通常它们是由交流电源，经整流后供给逆变器，（也可以是直接由蓄电池供给）。也还有一种是交流不经整流而直接变频的。

可控硅元件电导通和全断开时，内部能量损耗很小，可控硅元件的导通时间和断开时间很短，使元件工作状态转换时的能量损耗也很小，因此，可控硅逆变器的效率是很高的。另外可控硅逆变器是静止装置，因而可靠性高，维护少，噪声小。装置的体积和重量也此电动一发电机组的逆变装置小很多。与晶体管式逆变器相此，可控硅逆变器可以做得很大功率。鉴于可控硅逆变器的上述优点，它的应用已日益广泛。