可控矽逆變器

將直流電源變換成固定頻率或頻率可調的交流電源的可控矽裝置，稱為可控矽逆變器。

與電晶體逆變器不同，可控矽逆變器需要單獨的控制電路。因為要使可控矽導通需要採用觸發電路，同時，要使可控矽關斷還需要採用一定形式的換向電路。

只用兩隻可控矽元件，就可製成功率為一百瓦到幾千瓦的大功率逆變器。根據選用的可控矽型號，逆變器直流電源電壓額定值可達24V～800V。如果逆變器工作頻取不太高，可控矽的關斷時間與半個周期相差不多時，可以獲得較高的效率。

基本介紹

• 中文名：可控矽逆變器
• 外文名：silicon controlled reversible changer
• 簡稱：SCR inverter
• 簡述：將電源變成可調交流的可控矽裝置
• 分類：單相和三相逆變器
• 套用：電工電路

簡介

可控矽逆變器（SCR inverter）

將直流電源變換成固定頻率或頻率可調的交流電源的可控矽裝置，稱為可控矽逆變器。逆變器種類很多，按不同分法有：有源或無源逆變器，串聯或並聯逆變器，以及單相或三相逆變器等。它可作為電子設備的電源或應急電源等。

可控矽逆變器電路

現以單相串聯逆變器來說明其工作過程：當可控矽SCR₁被觸發導通時，電流經L₁，C、R迴路流通， 由於L₁C振盪，在負載月上得電流的正半周，同時給電容C充電（左正右負），若在充電電流下降為零時（此時u_c =E），觸發SCR₂，則電容C沿L₂、SCR₂迴路放電，又形成一次振盪，負載月上得到電流的負半周。在C放電的同時，在電感L₂上產生感應電勢（上正下負），此電勢給SCR₁施加反壓，使其關斷。當負半周電流降到零時再觸發SCR₁，同時將SCR₂關斷，如此循環下去，SCR₁、SCR₂輪流導電，負載上就可得到交流電。交流電的頻率由觸發信號頻率決定。

電路

電晶體變換器，是利用電晶體作為開關元件將直流電流轉換為交流電流的裝置。雖然電晶體具有開關速度快的優點， 但是要得到擊穿電壓又高、同時最大集電極電流又大的電晶體是比較困難的。因此，電晶體變換器一般多用在功率不超過200～300 W的電源中。

可控矽逆變器，是利用可控矽作為開關元件將直流電流轉換為交流電流的裝置。由於可控矽的阻斷電壓一般可以達到幾百伏甚至幾千伏，而正向電流又可以達到幾十安培甚至幾百安培。所以利用可控矽逆變器可以製作功率為幾百瓦至幾千瓦的大功率變換器。

可控矽逆變器和電晶體變換器不同。可控矽自己不能實現工作狀態的轉換。它由截止狀態轉變成導通狀態時，必須要有單獨的觸發電路觸發，而要使可控矽由導通狀態轉變為截止狀態時，也需要有專門的換向元件使可控矽上的電壓反向。這就是可控矽逆變器和電晶體變換器之間的一個重要區別。

在可控矽逆變器中，一般採用換向電容關斷可控矽。根據換向電容與負載的接法不同，可控矽逆變器可分為並聯逆變器和串聯逆變器兩種。其基本電路形式如圖所示。

可控矽逆變器的基本電路

在圖中（a），換向電容C與輸出變壓器B_y及負載R_L並聯，故稱並聯逆變器；在圖中（b），換向電容C₁和C₂與輸出變壓器B_y及負載R_L串聯，故稱串聯逆變器。

下面將分別介紹這兩種逆變器的工作原理和設計方法。

分類

逆變器的種類很多。按換向方式可分為他勵（有源）逆變器和自勵逆變器。按換向電容器與負載的連線情況， 自勵逆變器可分為並聯式和串聯式兩種，串聯逆變器是換向電容器與負載串聯的自勛逆變器；並聯逆變器是換向電容器與負載並聯的自勵逆變器。並聯逆變器，因為可控矽元件的開關損耗人，故在高頻使用時不利，但它要求的換向電戚和換向電容較小，因此低頻時用並聯逆變器是很好的。而串聯逆變器則適合高頻工作。

為了減少可控矽元件的開關損耗，提高逆變器效率，撲使逆變器工作可靠，應選用導通時間和斷開時間儘可能小的可控矽元件。

按輸出交流電壓的相數不同，又可分為單相逆變器和三相逆變器兩種。

單相逆變器

如下圖，若在可控矽整流器SCR₁，SCR₂的控制極上，交替地輸入觸發脈衝，假定SCR₁處於導通狀態，而SCR₂處於關斷狀態，則電流從端子P經電感L、變壓器的左邊OA、整流器Z₁、可控矽SCR₁流過，在變壓器的另一邊OB，感應出等於電源電壓E的電壓。於是電容C兩端便充以2E的電壓，極性如圖所示。同時SCR₂也承受了2E的正向電壓。接著把觸發脈衝加在SCR₂的控制極上，則SCR₂立即導通，F點與0點同電位。即在原先導通的SCR₁的陽極與陰極之間，施加2E的負電壓，SCR₁被迫關閉。電容器C經SCR₂、電源、L、變壓器的左邊OA、Z₁迴路放電，到此換向結束。電源經變壓器的右邊OB部分，同時使電容器C反方向充至2E電壓，準備下一次換向。但必須使得SCR₁承受反向電壓的時間比SCR₁管子本身固有的關閉時間長。

單相併聯逆變器

由電源來的電流這樣交巷的流經變壓器的一次側的左右兩邊。則在二次側感應出交流電壓來。

電抗器是用來限制換向期間的衝擊電流的。工值不宜過大，因為負載急劇變動時，在電感五上的感應電壓也加到處於關閉狀態的可控矽陽極上，若此電壓超過可控矽的正向轉折電壓，則可控矽就被導通，使逆變器工作不良，換向電感和電容可按下式選擇

C =I_Zdt₀/0.425E （法）

L =Et₀/0.425EI_Zd （亨）

式中 E ——直流電源電壓（伏）；
t₀ ——可控矽整流器之斷開時間（秒）；
I_Zd——換向時負載電流最大值（安）。

二極體Z₁和Z₂的作用是使儲存在換向電容C上的電荷，不能通過負載而放電。這樣換向的電容就可用得小一些。

三相逆變器

三相逆變器的任務就是把直流如何變成三相交流電。下圖（a）中直流電源E接上三組開關1、2、3、4、5、6時的工作情況。每一個開關S的導電時間是120°的電角度。在每一瞬時，奇數組的開關有一個導電，偶數組的開關也有一個導電。但是不能在兩組的同一相開關導電，否則就使電源E短路了。為了便於討論，我們在電源的中點O和負載的中點Oˊ之間連上一根導線，用虛線表示，這中線和三相電網中的零線一樣是沒電流通過，因此這根導線在實際上是不加的，故用虛線表示，主要是為了說明兩點是同電位的。

三相逆變器原理示意圖

現在我們把開關1S～6S的工作情況，象萬能轉換開關一樣畫出來，如圖（b）所示，其中有斜線的表示接通，空白的表示斷開，因此按圖（b）所示的工作狀態，可以看出AO、BO、CO各相的相電壓。

當ωt<60°時，從圖（b）看出是1S和4S閉合。則此時電流從電源E出發經1S→A→O→B→4S回到電源。這裡1S導通，對么相負載來說，電流是由A到O，其電壓為+E對B相負載來說， 電流是由O到B，其電壓方向恰好與A相相反，其值為-E。這時C相的5S、6S均不工作，C相上沒有電流流通，故C相電壓為0。根據同樣道理可以求出其它時刻的相電壓， 如圖（c）所示。從這裡看出開關奇數組1S～5S工作時，其相電壓為正值，當偶數組2S～6S工作時，相電壓為負值。

套用

逆變器恰與整流器相反，它是能把直流電變成任意頻率的交流電的一種裝置。由於可控矽具有關斷時間短及整流壓降小、體積小等特點，因此，逆變器在可控矽的套用領域中占有很大的比重。通常它們是由交流電源，經整流後供給逆變器，（也可以是直接由蓄電池供給）。也還有一種是交流不經整流而直接變頻的。

可控矽元件電導通和全斷開時，內部能量損耗很小，可控矽元件的導通時間和斷開時間很短，使元件工作狀態轉換時的能量損耗也很小，因此，可控矽逆變器的效率是很高的。另外可控矽逆變器是靜止裝置，因而可靠性高，維護少，噪聲小。裝置的體積和重量也此電動一發電機組的逆變裝置小很多。與電晶體式逆變器相此，可控矽逆變器可以做得很大功率。鑒於可控矽逆變器的上述優點，它的套用已日益廣泛。