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如何理解逆變?

2015-06-26數位

題主問的是電力電子方面最基本的知識。今天我們用視訊和動圖,將「兩相橋式整流電路」和「PWM控制」,這兩個 逆變 最基本的原理,簡單闡述一下。

我們都知道,新能源車能夠跑起來是因為電機帶動了車輪。電機的電來自於動力電池,而動力電池提供的是 直流電 ,電機使用的是 交流電 ,怎麽辦?

請看視訊。

最簡單直觀的逆變器與PWM解析 https://www.zhihu.com/video/1135584162634489856


心疼流量的同學可以看下面圖文解析:

首先,我們要知道,什麽是直流電/交流電?

直流電DC: 大小和方向都不變的電流,稱為直流電,簡稱DC。

交流電AC: 大小和方向隨時間周期性變化的電流,被稱為交流電,簡稱AC。一個迴圈內,交流電電壓的平均值為0。

方形交流電是怎麽產生的?

我們先來看一個神奇的電路。它有四個開關,一個電源和一個輸出點,是最簡單的逆變電路。

開關S1、S4閉合,電路接通,用電器的電流方向向右。

人為控制反轉開關,S1、S4開啟,S2、S3閉合。透過用電器的電流也發生反轉,方向變成向左。如果不斷的開啟和閉合兩個開關,最簡單的 方形交流電就產生了

家用交流電的頻率是50Hz,意味著每秒鐘需要開啟和關閉電路100次,而新能源汽車上,驅動電機需要的開關頻率更是遠高於此。

那麽第二個問題來了。如此高頻的操作,怎麽實作呢?

這就需要功率半導體元器件的參與,例如IGBT和MOSFET。這些每秒可以開關數千、甚至幾萬次。再透過控制訊號,就可以很容易地控制電路變化。如果對這方面感興趣,可以點選下面這篇文章進一步了解。

第三個問題來了,正弦交流電是怎麽產生的?

將開關按照 固定頻率 開啟和閉合,產生了方形交流波。透過頻繁的開關,我們可以實作如下圖這樣有規律的方波交流電。

如果將開關按照 變化的頻率 開啟和閉合,在想要更大輸出的地方,產生更大的脈沖(開啟開關的時間更長,關閉開關的時間更短),脈沖波則會變成這樣。

接著我們對單位時間的脈沖波求平均值,神奇de事情發生了。

開啟開關的時長占比不同,導致平均電壓產生了差異。

如果我們人為控制這樣的開關頻率,你會驚奇的發現,形成的平均電壓,非常接近一條正弦曲線。而且脈沖越精確,切換頻率越高,曲線越光滑。是不是很神奇?

以上就是逆變器,直流變交流最最基本的工作原理。

關於車載控制器使用的三相橋式整流電路、整流與濾波的方式、SVPWM向量控制等內容,後續我們會提供更多類似視訊與動圖,提供更多深入淺出的電動車原理解析。歡迎關註。