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电压型无源逆变器的设计与仿真

一．设计要求

1）完成电压型无源逆变器的设计、仿真；

2）设计要求：

输入：DC100V；输出：AC60V，50Hz

设计合理的滤波电路，使输出负载电流接近正弦波。计算其主开关器件所承受的最

大正反向电压，器件的额定电流，并建立合适的仿真模型，对主电路进行仿真。然后根

据电压型无源逆变器的驱动控制要求，设计其控制电路，产生符合电路驱动所要求的触

发波形。

二．题目分析

无源逆变的作用：无源逆变电路主要用在变频领域。把某种固定频率的电能转变为

另一种固定频率或频率可调节的电能称为变频，这种变换通常有两种方式：一种是先把

交流电能转变成直流电能，然后再把直流电能转换成固定频率或频率可调的交流电能，

这种通过中间直流环节的变频叫间接变频，也被叫作交-直-交变频；另一种方式是不通

过中间环节而实现直接变频，叫直接变频，也被称为交-交变频。交-直-交变频中交-直

的过程就是整流的过程，而直-交的过程就是无源逆变的过程。由此可知许多变频电路就

是由整流电路和无源逆变电路构成的。无源逆变器输出的电压或电流除了频率可以调节

外，幅值也可以调整。

无源逆变的特点：从总体上讲，逆变电路的功率流向是从直流侧到交流侧，但在逆

变过程中也有从交流侧到直流侧的过程，即在逆变过程中包含了整流过程，因此设计逆

变器时必须保证它能够在4个象限工作。

电压型逆变电路的输出波形可能是电压方波，也可能是PWM波。

单向方波型电压逆变器电路的类型：输出电压为方波的逆变器叫方波型无源逆变器，

方波型逆变器有两种主要的工作方式，逆变器不调节输出电压的幅值，只调节输出电压

的频率，输出电压的幅值完全由输入端的直流电压决定。还有一种工作方式就是逆变器

在调节输出电压频率的同时还要调节输出电压的幅值。

电压型无源逆变器有半桥逆变电路，也有全桥逆变电路，我们选用的是全桥逆变电

路。电压型全桥逆变电路的原理图如下。

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它共有四个桥臂，可以看成由两个半桥电路组合而成。把桥臂1和4作为一对，桥

臂2和3作为一对，成对的两个桥臂同时导通，两对交替各导通180度。其输出电压u

0

的波形和半桥电路的波形u形状相同，也是矩形波，但其幅值高出一倍。在直流电压和

0

负载都相同的情况下，其输出电流i也和半桥的i相同，仅幅值增加一倍。

00形状

在阻感负载时，还可以采用移相的方式来调节逆变电路的输出电压，这种方式

称为移相调压。移相调压实际上就是调节输出电压脉冲的宽度。在单相桥式逆

变电路中，个IGBT的栅极信号仍为180度正偏，180度反偏，并且V和V的栅

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极信号互补，V和V的栅极信号互补，但V的基极信号不是比V落后180度，

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而是只落后θ（0θ180).也就是说，V、V的栅极信号不是分别和V、V的栅

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极信号同相位，而是前移了180-θ。这样，输出电压u就不再是正负各180度