交流（AC）电源几乎用于所有住宅，商业和工业需求。但是AC的最大问题是无法将其存储以备将来使用。因此，交流电转换为直流电，然后将直流电存储在电池和超级电容器中。现在，无论何时需要交流电，直流电都会再次转换为交流电，以运行基于交流电的设备。因此，将DC转换为AC的设备称为Inverter。逆变器用于将直流电转换为可变交流电。这种变化可以是电压的大小，相数，频率或相位差。
变频器分类
可以根据输出，电源，负载类型等将逆变器分为多种类型。下面是逆变器电路的完整分类：
（一）根据输出特性
- 方波逆变器
- 正弦波逆变器
- 改进的正弦波逆变器
（二）根据变频器来源
- 电流源逆变器
- 电压源逆变器
（三）根据负荷类型
- 单相逆变器
- 半桥逆变器
- 全桥逆变器
- 三相逆变器
- 180度模式
- 120度模式
（四）根据不同的PWM技术
- 简单脉冲宽度调制（SPWM）
- 多脉冲宽度调制（MPWM）
- 正弦脉冲宽度调制（SPWM）
- 修正的正弦脉宽调制（MSPWM）
（V）根据输出等级数
- 常规两电平逆变器
- 多电平逆变器
现在，我们将逐一讨论所有这些内容。您可以在此处检查12v DC至220v AC逆变器电路设计的示例。
（一）根据输出特性
根据逆变器的输出特性，可以有三种不同类型的逆变器。
- 方波逆变器
- 正弦波逆变器
- 改进的正弦波逆变器
1）方波逆变器
该逆变器的电压输出波形为方波。在所有其他类型的逆变器中，这种类型的逆变器最少使用，因为所有设备均设计用于正弦波供电。如果我们向基于正弦波的设备提供方波，则可能会损坏或损耗非常高。该逆变器的成本非常低，但应用很少。它可以在带有通用电动机的简单工具中使用。
2）正弦波
电压的输出波形是正弦波，它给我们提供了与市电非常相似的输出。这是该逆变器的主要优势，因为我们使用的所有设备都是针对正弦波设计的。因此，这是理想的输出，可保证设备正常运行。这种类型的逆变器价格昂贵，但广泛用于住宅和商业应用。
3）修正正弦波
这种类型的逆变器的结构比简单的方波逆变器复杂，但比纯正弦波逆变器容易。该逆变器的输出既不是纯正弦波也不是方波。这种逆变器的输出是两个方波中的一些。输出波形不是正弦波，而是正弦波的形状。
（二）根据变频器来源
- 电压源逆变器
- 电流源逆变器
1）电流源逆变器
在CSI中，输入是电流源。这种类型的逆变器用于强制要求高质量电流波形的中压工业应用。但是CSI并不流行。
2）电压源逆变器
在VSI中，输入是电压源。这种类型的逆变器可用于所有应用，因为它效率更高，具有更高的可靠性和更快的动态响应。VSI能够在不降额的情况下运行电动机。
（三）根据负荷类型
- 单相逆变器
- 三相逆变器
1）单相逆变器
通常，住宅和商业负载使用单相电源。单相逆变器用于此类应用。单相逆变器又分为两部分：
- 单相半桥逆变器
- 单相全桥逆变器
A）单相半桥逆变器
这种类型的逆变器由两个晶闸管和两个二极管组成，其连接如下图所示。
在这种情况下，总的直流电压为Vs，分为两个相等的部分Vs / 2。一个周期的时间为T秒。
半周期为0
对于T / 2的后半周期
Vo = Vs / 2
通过该操作，我们可以得到具有1 / T Hz频率和Vs / 2峰值幅度的交流电压波形。输出波形为方波。它会通过滤波器，并去除不想要的谐波，从而产生纯正弦波形。波形的频率可以通过晶闸管的导通时间（Ton）和截止时间（Toff）来控制。
输出电压的大小为电源电压的一半，电源使用周期为50％。这是半桥逆变器的一个缺点，解决方案是全桥逆变器。
B）单相全桥逆变器
在这种类型的逆变器中，使用了四个晶闸管和四个二极管。单相全桥电路图如下图所示。
一次，两个晶闸管T1和T2导通，前半个周期0 <t <T / 2。在此期间，负载电压为Vs，类似于直流电源电压。
对于后半个周期T / 2 <t <T，两个晶闸管T3和T4导通。在此期间的负载电压为-Vs。
在这里，我们可以得到与直流电源相同的交流输出电压，电源利用率为100％。输出电压波形为方波，滤波器用于将其转换为正弦波。
如果所有晶闸管同时或成对（T1和T3）或（T2和T4）导通，则源极将短路。二极管在电路中作为反馈二极管连接，因为它用于将能量反馈到直流电源。
如果将全桥逆变器与半桥逆变器进行比较，则在给定的直流电源电压负载下，全桥逆变器的输出电压是输出电压的两倍，而输出功率是电源的四倍。
2）三相桥式逆变器
在工业负载的情况下，使用三相交流电源，为此，我们必须使用三相逆变器。在这种类型的逆变器中，使用了六个晶闸管和六个二极管，它们的连接如下图所示。
根据门脉冲的程度，它可以以两种模式工作。
- 180度模式
- 120度模式
A）180度模式
在这种工作模式下，晶闸管的导通时间为180度。在周期的任何时间，三个晶闸管（每个相位一个晶闸管）处于导通模式。如图所示，相电压的形状是三个阶梯波形，线电压的形状是准方波。
Vab = Va0 – Vb0 Vbc = Vb0 – Vc0 Vca = Vc0 – Va0
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A期 |
T1 |
T4 |
T1 |
T4 |
||||||||
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B期 |
T6 |
T3 |
T6 |
T3 |
T6 |
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C阶段 |
T5 |
T2 |
T5 |
T2 |
T5 |
|||||||
|
度 |
60 |
120 |
180 |
240 |
300 |
360 |
60 |
120 |
180 |
240 |
300 |
360 |
|
晶闸管行为 |
1 5 6 |
6 1 2 |
1 2 3 |
2 3 4 |
3 4 5 |
4 5 6 |
1 5 6 |
6 1 2 |
1 2 3 |
2 3 4 |
3 4 5 |
4 5 6 |
在该操作中，输出晶闸管的换相与输入晶闸管的导通之间的时间间隔为零。因此，可以同时导通输入和输出晶闸管。这会导致电源短路。为避免此困难，使用了120度操作模式。
B）120度模式
在此操作中，一次仅两个晶闸管导通。晶闸管的相之一既不连接到正端子，也不连接到负端子。每个晶闸管的导通时间为120度。线电压的形状是三阶波形，而相电压的形状是准方波。
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A期 |
T1 |
T4 |
T1 |
T4 |
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B期 |
T6 |
T3 |
T6 |
T3 |
T6 |
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C阶段 |
T2 |
T5 |
T2 |
T5 |
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度 |
60 |
120 |
180 |
240 |
300 |
360 |
60 |
120 |
180 |
240 |
300 |
360 |
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晶闸管行为 |
1 6 |
2 1 |
3 2 |
3 4 |
4 5 |
6 5 |
1 6 |
2 1 |
3 2 |
3 4 |
4 5 |
5 6 |
晶闸管的线电压，相电压和栅极脉冲的波形如上图所示。
在任何功率电子开关中，都有两种损耗：传导损耗和开关损耗。导通损耗是指 开关中的ON状态损耗 ，开关损耗是指开关中的OFF状态损耗。通常，在大多数操作中，传导损耗大于开关损耗。
如果我们考虑将180度模式用于一种60度操作，则三个开关打开并且三个开关关闭。意味着总损耗等于传导损耗的三倍加上开关损耗的三倍。
180度的总损耗= 3（电导损耗）+ 3（开关损耗）
如果我们考虑将120度模式用于一种60度操作，则两个开关断开，而其余四个开关则闭合。表示总损耗等于电导损耗的两倍加开关损耗的四倍。
120度的总损耗= 2（电导损耗）+ 4（开关损耗）
（四）控制技术分类
- 单脉冲宽度调制（单个PWM）
- 多脉冲宽度调制（MPWM）
- 正弦脉冲宽度调制（SPWM）
- 修正正弦脉冲宽度调制（MSPWM）
逆变器的输出为方波信号，该信号不用于负载。脉冲宽度调制（PWM）技术用于控制交流输出电压。该控制是通过控制开关的接通和断开时间来获得的。在PWM技术中，使用两个信号。一个是参考信号，第二个是三角载波信号。通过比较这两个信号来生成开关的门脉冲。有不同类型的PWM技术。
1）单脉冲宽度调制（单PWM）
对于每个半周期，此控制技术中只有一个脉冲可用。参考信号是方波信号，载波信号是三角波信号。通过比较参考信号和载波信号来生成开关的栅极脉冲。输出电压的频率由参考信号的频率控制。参考信号的幅度为Ar，载波信号的幅度为Ac，则调制指数可以定义为Ar / Ac。该技术的主要缺点是谐波含量高。
2）多脉冲宽度调制（MPWM）
单脉冲宽度调制技术的缺点是通过多个PWM解决的。在此技术中，代替一个脉冲，在输出电压的每个半周期中使用几个脉冲。通过比较参考信号和载波信号来生成门。通过控制载波信号的频率来控制输出频率。调制指数用于控制输出电压。
每半个周期的脉冲数= fc /（2 * f0）
其中fc =载波信号的频率
f0 =输出信号的频率
3）正弦脉冲宽度调制（SPWM）
该控制技术广泛用于工业应用。在以上两种方法中，参考信号都是方波信号。但是在这种方法中，参考信号是正弦波信号。通过将正弦波参考信号与三角载波进行比较来生成用于开关的选通脉冲。每个脉冲的宽度随正弦波幅度的变化而变化。输出波形的频率与参考信号的频率相同。输出电压是正弦波，并且RMS电压可以通过调制指数来控制。波形如下图所示。
4）修正的正弦脉冲宽度调制（MSPWM）
由于正弦波的特性，在SPWM技术中，该波的脉冲宽度不能随调制指数的变化而改变。因此，引入了MSPWN技术。在这种技术中，在每个半周期的第一个和最后一个60度间隔内施加载波信号。这样，改善了其谐波特性。该技术的主要优点是增加了基本元件，减少了开关功率器件的数量并减少了开关损耗。波形如下图所示。
（V）根据输出的电平数
- 常规两电平逆变器
- 多电平逆变器
1）常规两电平逆变器
这些逆变器在输出端仅具有正峰值电压和负峰值电压。有时，具有零电压电平也被称为两电平逆变器。
2）多电平逆变器
这些逆变器的输出端可以具有多个电压电平。多电平逆变器分为四个部分。
-飞跨电容逆变器
-二极管钳位逆变器
-混合逆变器
-级联H型逆变器
每个逆变器都有自己的运行设计，在这里我们简要解释了这些逆变器，以获得有关它们的基本思想。