逆變器是一種可以將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的電子設(shè)備。它具有可變的輸入和輸出特性。借助逆變器，汽車電池可用于為普通家用電器供電。這樣，即使沒(méi)有常規(guī)交流電源，也可以在露營(yíng)地或海灘使用任何家用電器。逆變器的一個(gè)常見(jiàn)用途是僅用汽車電池在荒無(wú)人煙的地方為電視供電。

有了逆變器，隨時(shí)隨地都可以有交流電

如果您需要為以 230 VAC(50 Hz)運(yùn)行的設(shè)備供電，但沒(méi)有提供該電壓的家用電源插座，則需要使用逆變器和直流發(fā)電機(jī)，例如 12 V 汽車電池、大型電池，甚至是合適的太陽(yáng)能電池板。事實(shí)上，在沒(méi)有交流電的地方，這些設(shè)備與光伏電池板結(jié)合使用，并且它們的使用日益增多。

根據(jù)產(chǎn)生的信號(hào)類型，逆變器有不同的型號(hào)，例如：

· 方波逆變器;

· 修正正弦波逆變器;

· 純正弦波逆變器。

這些輸出的比較和參考電壓由家用電壓制成，具有完美的正弦波形。逆變器產(chǎn)生的波形可以通過(guò)方程概括。因此，可以構(gòu)建通過(guò) DAC 電路再現(xiàn)信號(hào)的數(shù)字逆變器。由不同類型的逆變器產(chǎn)生的一些頻率為 50 Hz 的交流波形。因此，用戶應(yīng)根據(jù)要供電的負(fù)載自行檢查設(shè)備的輸出信號(hào)。可以使用優(yōu)質(zhì)的示波器進(jìn)行此類檢查，記住使用適當(dāng)?shù)姆謮浩鲗㈦妷褐抵糜跍y(cè)量?jī)x器支持的范圍內(nèi)。也可以使用優(yōu)質(zhì)的頻譜分析儀來(lái)檢查信號(hào)中的諧波。

如果要供電的負(fù)載是純電阻且經(jīng)濟(jì)價(jià)值不高，用戶可以安全地使用方波逆變器。事實(shí)上，電阻負(fù)載不需要特定的波形;重要的是其兩端有合適的功率。在某些情況下，即使是直流電壓可以使用，結(jié)果是一樣的。以鎢絲白熾燈泡為例。它們可以處理任何類型的電信號(hào)。另一方面，如果負(fù)載是電感性或電容性的，則需要盡可能接近正弦波的信號(hào)，否則它們可能會(huì)發(fā)生故障并產(chǎn)生等于電源頻率的本底噪聲。當(dāng)然，最好的發(fā)電設(shè)備是純正弦波逆變器。它適合為任何類型的負(fù)載供電，因?yàn)樵佻F(xiàn)的信號(hào)忠實(shí)地遵循正弦波的形狀。顯然，這些類型的逆變器更復(fù)雜，成本也更高。同樣，使用 50 Hz 的頻率，可以確定上圖波形背后的數(shù)學(xué)方程。

請(qǐng)注意，如果 x 為負(fù)，則 Sign(x) 函數(shù)返回 -1;如果 x 為正，則返回 +1;如果 x 為零，則返回 0。在這些波形中，顯然純波形由正弦信號(hào)表示，其中不包含任何類型的失真。

逆變器的運(yùn)行

逆變器是一種將能量從一種形式轉(zhuǎn)換為另一種形式的設(shè)備，它在輸出端將輸入端的直流電轉(zhuǎn)換為交流電。該設(shè)備使用變壓器，該變壓器從另一個(gè)線圈產(chǎn)生的可變磁場(chǎng)產(chǎn)生感應(yīng)交流電。如果交流電流過(guò)線圈，它會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)。如果電流方向改變，磁場(chǎng)的極性也會(huì)改變。變壓器的次級(jí)線圈可以產(chǎn)生與初級(jí)線圈不同的電壓，從而改變這些電感器的特性。如果將適當(dāng)?shù)碾娏﹄娮与娐放c變壓器匹配，使電流連續(xù)快速地改變方向(50 Hz 或 60 Hz)，則可以制作一個(gè)簡(jiǎn)單的逆變器來(lái)產(chǎn)生方波。輸出信號(hào)的頻率取決于初級(jí)線圈上的電流流動(dòng)方式。為了使電流能夠快速改變方向，必須使用適當(dāng)?shù)陌雽?dǎo)體電子開關(guān)，例如晶體管、IGBT 或較新的 MOSFET。

方波逆變器

這是一種產(chǎn)生方波交流信號(hào)的設(shè)備，如前所述，因此大多數(shù) 230 VAC 負(fù)載不會(huì)接受這種波形。使用這種逆變器，可以為老式白熾燈泡、小電阻加熱器或幾瓦的錫烙鐵供電。出于這個(gè)原因，它并沒(méi)有得到廣泛使用，但它的實(shí)現(xiàn)對(duì)于理解這種能量轉(zhuǎn)換的工作原理很有用。由于電抗反饋現(xiàn)象，它可以升溫相當(dāng)多。其性能相當(dāng)?shù)停a(chǎn)生的諧波失真高達(dá)42%。該電路使用非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器來(lái)驅(qū)動(dòng)變壓器的初級(jí)線圈。典型的振蕩頻率約為50Hz，改變它需要改變電容器C1和C2以及電阻器R1和R2的值。從圖中的頻譜圖可以看出，輸出信號(hào)含有豐富的諧波，并且無(wú)法供給電容和電感負(fù)載，只能供給電阻負(fù)載。逆變器的功率由兩個(gè)晶體管和變壓器決定。

其操作非常簡(jiǎn)單：當(dāng)?shù)谝粋€(gè)晶體管閉合時(shí)間等于 T/2 時(shí)，負(fù)載兩端的瞬時(shí)電壓為 V/2。另一方面，當(dāng)?shù)诙€(gè)晶體管閉合時(shí)間等于 T/2 時(shí)，負(fù)載兩端的瞬時(shí)電壓為 -V/2。設(shè)計(jì)人員必須確保兩個(gè)晶體管不會(huì)同時(shí)閉合。如果負(fù)載是電感性的，電流就不能立即遵循與電壓相同的波形，因此可以立即理解，這種類型的逆變器應(yīng)該僅用于電阻性負(fù)載，而不能用于電感性或電容性負(fù)載。

其他類型逆變器

為了在初級(jí)線圈的輸入端產(chǎn)生正弦波，必須使用適當(dāng)?shù)恼袷幤鳌ｏ@然，它提供的電流非常低，不足以直接驅(qū)動(dòng)初級(jí)線圈。因此，必須放大電流，以便它能夠驅(qū)動(dòng)變壓器的初級(jí)線圈。使用后一個(gè)組件，可以以犧牲電流為代價(jià)來(lái)增加電壓，反之亦然，但功率(伏特 x 安培)保持不變。通常，復(fù)雜波的生成是由微控制器通過(guò) PWM 技術(shù)完成的。根據(jù)設(shè)備的分辨率，可以生成具有不同位數(shù)的正弦波，這種可能性極大地改變了逆變器的最終價(jià)格。

當(dāng)分辨率大于或等于 6 位時(shí)，正弦信號(hào)開始變得可以接受。在更高的分辨率下，結(jié)果非常專業(yè)，并且接近理想值，但硬件和軟件的復(fù)雜性以及相關(guān)成本也同樣增加。當(dāng) PWM 分辨率大于 8 位時(shí)，人眼無(wú)法察覺(jué)近似各種樣本的“階躍效應(yīng)”。完全可以相信，通過(guò)增加 PWM 的工作分辨率，生成的信號(hào)的失真率會(huì)成比例降低，并且高次諧波會(huì)少得多。