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如何理解逆变?

2015-06-26数码

题主问的是电力电子方面最基本的知识。今天我们用视频和动图,将「两相桥式整流电路」和「PWM控制」,这两个 逆变 最基本的原理,简单阐述一下。

我们都知道,新能源车能够跑起来是因为电机带动了车轮。电机的电来自于动力电池,而动力电池提供的是 直流电 ,电机使用的是 交流电 ,怎么办?

请看视频。

最简单直观的逆变器与PWM解析 https://www.zhihu.com/video/1135584162634489856


心疼流量的同学可以看下面图文解析:

首先,我们要知道,什么是直流电/交流电?

直流电DC: 大小和方向都不变的电流,称为直流电,简称DC。

交流电AC: 大小和方向随时间周期性变化的电流,被称为交流电,简称AC。一个循环内,交流电电压的平均值为0。

方形交流电是怎么产生的?

我们先来看一个神奇的电路。它有四个开关,一个电源和一个输出点,是最简单的逆变电路。

开关S1、S4闭合,电路接通,用电器的电流方向向右。

人为控制反转开关,S1、S4打开,S2、S3闭合。通过用电器的电流也发生反转,方向变成向左。如果不断的打开和闭合两个开关,最简单的 方形交流电就产生了

家用交流电的频率是50Hz,意味着每秒钟需要打开和关闭电路100次,而新能源汽车上,驱动电机需要的开关频率更是远高于此。

那么第二个问题来了。如此高频的操作,怎么实现呢?

这就需要功率半导体元器件的参与,例如IGBT和MOSFET。这些每秒可以开关数千、甚至几万次。再通过控制信号,就可以很容易地控制电路变化。如果对这方面感兴趣,可以点击下面这篇文章进一步了解。

第三个问题来了,正弦交流电是怎么产生的?

将开关按照 固定频率 打开和闭合,产生了方形交流波。通过频繁的开关,我们可以实现如下图这样有规律的方波交流电。

如果将开关按照 变化的频率 打开和闭合,在想要更大输出的地方,产生更大的脉冲(打开开关的时间更长,关闭开关的时间更短),脉冲波则会变成这样。

接着我们对单位时间的脉冲波求平均值,神奇de事情发生了。

打开开关的时长占比不同,导致平均电压产生了差异。

如果我们人为控制这样的开关频率,你会惊奇的发现,形成的平均电压,非常接近一条正弦曲线。而且脉冲越精确,切换频率越高,曲线越光滑。是不是很神奇?

以上就是逆变器,直流变交流最最基本的工作原理。

关于车载控制器使用的三相桥式整流电路、整流与滤波的方式、SVPWM矢量控制等内容,后续我们会提供更多类似视频与动图,提供更多深入浅出的电动车原理解析。欢迎关注。