逆變器，也叫逆變設備或DC/AC變換器，英文inverter，是一種電源轉換裝置，可以將直流電源轉換為定頻定壓或調頻調壓交流電源（一般為220V,50Hz正弦波）。它由逆變橋、控制邏輯和濾波電路組成，其主要作用是將電能從電池等直流電源中轉換為交流電能，以供應各種需要交流電能的電器設備。
逆變器的原理最早在1931年的文獻中就曾提到過，逆變器電路通常由直流輸入端、逆變變壓器、輸出濾波電路、控制電路等組成。其中，逆變器是實現DC-AC轉換的核心器件，而輸出濾波電路則用于去除輸出交流波形中的雜波和噪聲，獲得更為穩定的交流電壓輸出。逆變電源電路通常采用MOSFET、IGBT等功率開關器件，配合逆變器、濾波電路和控制電路等模塊，實現對輸出波形的調節并保證輸出電壓和電流的穩定。
逆變器的控制電路能夠根據需求進行開關頻率和占空比的自適應調整，以達到輸出電壓和電流的快速響應和調節，是光伏、風力發電不可缺少的組成部分，小型獨立控制的逆變器也廣泛應用于偏遠山區，車載、移動設備、發電機組、太陽能發電、風力發電等領域。通過點煙器輸出的車載逆變器可以是20W、40W、80W、120W直到150W功率規格的。再大一些功率逆變電源要通過連接線接到電瓶上。把家用電器連接到電源轉換器的輸出端就能在汽車內使用各種電器，如手機、筆記本電腦、數碼攝像機、照相機等。
歷史發展
在1931年的文獻中就曾提到過逆變器技術，而逆變器的原理早在20世紀60年代就已被發現。
1948年，美國西屋電氣公司(WestingHouse)介紹用汞(汞)弧整流器得到3000Hz感應加熱的變頻方法。一直到1957年以前，逆變器都是用汞弧整流器或閘流管制成，不僅體積大，而且可靠性也差，因此沒有得到普遍應用。
1957年可控硅問世，1958年將200V、50A的可控硅用于工業，逆變器才開始有所進展。隨著可控硅產量和質量的提高，到1960年以后逆變器的應用開始得到普遍推廣。
1981-2000年間，逆變器為高頻化新技術階段，這個階段的特點是以開關器件以高速器件為主，逆變器的開關頻率較高，波形改善以PWM為主，體積重量小，逆變效率高，正弦波逆變技術的發展日趨完善。
2000年至今為高效低污染階段，這個階段的特點是以逆變器的綜合性能為主，低速與高速開關器件并用，多重疊加法與PWM法并用，不再單純追求高速開關器件應用與高開關頻率，著重于高效環保的逆變技術。
基本結構
逆變器一般由DCDC升壓電路、DC/AC逆變電路、邏輯控制、濾波電路等組成。主要包括輸入接口、輸出接口、電壓啟動回路、PWM控制器、MOS開關管、直流變換回路、反饋回路、LC振蕩及輸出回路、過流過壓保護電路、溫度保護電路等。其中，PWM控制器包含以下功能模塊：內部參考電壓、誤差放大器、振蕩器、PWM發生器、過壓保護、欠壓保護、短路保護及輸出晶體管。
原理
DC/DC升壓電路
由于高頻變壓器的功率與體積成正比關系，為減小變壓器的體積，采用多個變壓器共同升壓的方式，把大功率均勻地分配到每個變壓器上。如采用4個相同變壓器初級線圈等效并聯、次級電感線圈串聯的方式組成升壓電路，理論上每組變壓器承載的功率為250W，負責輸出90V的高頻脈沖電壓。推挽電路中由于變壓器的存在，會出現偏磁現象。設計時要保證電路中的開關器件有充足的電流裕量，防止電路中電流突然變大燒壞器件。下圖所示為設計的DC/DC升壓電路結構，電路中主要包含功率開關器件、高頻變壓器、整流二極管等元器件。推挽電路先將輸入的低壓直流電逆變升壓成高壓交流電，然后通過整流橋和濾波后得到360V的高壓直流電。
推挽電路
前級電路的輸入電壓為24V，變換后輸出功率為1000W，開關器件的工作頻率為25kHz。推挽電路中，當變壓器上端的2個MOSFET打開時，下端的2個MOSFET關斷，由于變壓器激勵作用，此時下端的2個MOSFET的柵-漏極電壓為輸入電壓的2倍，下端導通時則相反。
高頻變壓器是升壓電路中重要的器件，在電路中不僅負責能量傳遞，同時也起到隔離的作用。高頻變壓器設計時主要考慮磁芯材料、磁芯型號、初/次級線圈匝數以及線圈線徑等方面。
DC/AC逆變電路
后級DC/AC逆變電路結構如下圖所示，開關器件的通斷由DSP輸出信號控制。全橋逆變電路中，為了保護元器件，不允許同一橋臂的開關在同一時刻導通。通過2對開關器件交替導通的方式轉換直流電壓并輸出逆變電壓，逆變電壓經過LC濾波器輸出交流電。
控制器
系統采用開關電源控制器對升壓電路的輸出電壓進行調節，升壓電路的控制等效框圖如下圖所示。將輸出電壓uo與參考電壓x比較，獲得誤差信號r并輸入控制器，由控制器調節PWM驅動信號的占空比，完成整流輸出電壓的閉環控制。
主要分類
按照應用
普通型逆變器
直流12V或24V輸入，交流22V、50Hz輸出，功率為75~5000W，有些型號具有交-直流轉換(UPS)功能。
逆變-充電一體逆變器
此類逆變器可以使用各種形式的電源為交流負載供電。例如，當有交流電時，通過逆變器采用交流電為負載供電，或為蓄電池充電;當無交流電時，將蓄電池的電能逆變為交流電為交流負載供電。它可與各種電源結合使用，如蓄電池、發電機、太陽能電池板和風力發電機等。
通信專用逆變器
為通信提供高品質的48V電源，其產品需要性能好、可靠性高，采用模塊式(模塊為1kw)結構，并具有保護功能、可擴充(功率為2~20kW)等。
航空、軍隊專用逆變器
此類逆變器為直流28V輸入，可提供的交流輸出電壓有26V、115V、230V，其輸出頻率可為50Hz或60~400Hz，輸出功率為30~3500VA不等。
光伏發電逆變器
按光伏發電方式可分為：獨立光伏發電系統逆變器和并網光伏發電系統逆變器。
按照輸出波形
方波逆變器
方波逆變器輸出的交流電壓波形為方波，此類逆變器可通過不同的逆變拓撲實現，但其共同的特點是電路比較簡單，使用的功率開關管數量少。它的設計功率一般在百瓦至千瓦之間。方波逆變器的優點是:電路簡單、價格便宜、維修方便；缺點是：由于輸出的方波電壓中含有大量高次諧波，在帶有鐵心電感或變壓器的負載用電器中將產生附加損耗，對音頻和某些通信設備有干擾。此外，這類逆變器還有調壓范圍不夠寬，保護功能不夠完善，噪聲比較大，且不能帶感性負載和容性負載，能夠帶動空調、冰箱，也難以為高質量的音響電視提供電源。如所帶的負載過大，方波電流中包含的三次諧波成分將使流入負載中的容性電流增大，嚴重時會損壞負載的電源濾波電容。針對上述缺點，出現了準正弦波（或稱改良正弦波、修正正弦波、模擬正弦波等等）逆變器，其輸出波形從正向最大值到負向最大值之間有一個時間間隔，使用效果有所改善，但準正弦波的波形仍然是由折線組成，屬于方波范疇，連續性不好。
階梯波逆變器
此類逆變器輸出的交流電壓波形為階梯波，由于階梯波逆變器有多種不同的電路結構，因此輸出波形的階梯數目差別很大。階梯波逆變器的優點是：輸出波形比方波有明顯改善，高次諧波含量減少，當階梯達到17個以上時輸出波形可實現準正弦波，當采用無變壓器輸出時，整機效率很高。缺點是：階梯波疊加線路使用的功率開關管數目較多，其中有些電路形式還要求有多組DC電源輸入，這對太陽能電池方陣的分組與接線和蓄電池的均衡充電不利。此外，階梯波電壓對音頻和某些通信設備仍有一些高頻干擾。
正弦波逆變器
正弦波逆變器輸出的是同我們日常使用的電網一樣甚至更好的正弦波交流電，其輸出的交流電壓波形為正弦波。正弦波逆變器的優點是：輸出波形好，失真度很低，不存在電網中的電磁污染，對音頻及通信設備干擾小，噪聲低。此外，保護功能齊全，能夠帶動任何種類的負載，對電感性和電容性負載適應性強，整機效率高。缺點是:電路相對復雜，對維修技術要求高，價格較高。
按逆變器主開關管的類型
按逆變器主開關管的類型可分為:晶管逆變器、晶體管逆變器場效應逆變器、絕緣柵雙極晶體管(IGBT)逆變器。又可將其歸納為半控型逆變器和全控制逆變器兩大類。半控型逆變器不具備自關斷能力，元器件在導通后即失去控制作用，故稱為半控型，普通晶閘管即屬于這一類；全控制逆變器則具有自關斷能力，即元器件的導通和關斷均可由控制極加以控制，故稱為全控型，電力場效應晶體管和絕緣柵雙極晶體管(IGBT)等均屬于這一類。
按逆變器輸出交流電能分
按逆變器輸出交流電能的頻率可分為:工頻逆變器(工頻逆變器的頻率為50~60Hz的逆變器);中頻逆變器(中頻逆變器的頻率一般為400Hz到十幾千赫茲);高頻逆變器(高頻逆變器的頻率一般為十幾千赫茲到兆赫茲級)
按逆變器直流電源分
按逆變器直流電源可分為:電壓源型逆變器(VSI)、電流源型逆變器(CSI)。由于VSI直流電壓近似于恒定，所以輸出電壓為交變方波，而CS直流電流也近似于恒定，因此輸出電流也為交變方波。
主要技術指標
額定輸出電壓
在規定的直流輸入電壓允許波動的范圍內，輸出額定電流時，逆變器應輸出的額定電壓值。逆變器的輸出電壓穩定度表征逆變器輸出電壓的穩壓能力，多數逆變器產品給出的是在輸入直流電壓允許波動范圍內，該逆變器輸出電壓的偏差百分數，通常稱為電壓調整率。
額定輸出頻率
在規定的條件下逆變器輸出交流電壓的頻率應是一個相對穩定的值，通常為工頻50Hz。正常工作條件下其偏差應在1%以內。我國的交流負載是在50Hz的頻率下進行工作的。而高質量的設備需要精確的頻率，因為頻率偏差會導致用電設備的性能下降。
負載功率因數
負載功率因數表征逆變器帶感性負載或容性負載的能力，在正弦波條件下，負載功率因數為0.7~0.9(滯后)，額定值為0.9。逆變器產生的電流與電壓間的相位差的金弦值即為功率因數，對于電阻型負載功率因數為1，但對電感型負載(戶用系統中常用負載)功率因數會下降，有時可能低于0.5。功率因數由負載確定而不是由逆變器確定。在負載功率一定的情況下，:如果逆變器的功率因數較低，則所需逆變器的容量就要增大，一方面，造成成本增加，另一方面，光伏發電系統交流回路的視在功率增大，會導致回路電流增大，損耗必然增加，系統效率也會隨之降低。
額定輸出電流(或額定輸出容量)
額定輸出電流是指在規定的輸出頻率和負載功率因數下，逆變器應輸出的額定電流值。有些逆變器產品給出的是額定輸出容量，其單位以VA或kVA表示。逆變器的額定容量是當輸出功率因數為1(即純阻性負載)時，額定輸出電壓與額定輸出電流的乘積。
逆變器的效率
逆變器的效率是指在規定的工作條件下，其輸出功率與輸入功率之比，以百分數表示。逆變器在工作時其本身也要消耗一部分電力，因此，它的輸入功率要大于它的輸出功率。例如，一臺逆變器輸入了100瓦的直流電，輸出了90瓦的交流電，那么，它的效率就是90%。逆變器的效率會因負載的不同而有很大變化。逆變器的效率值表征自身功率損耗的大小，通常以百分數表示。10kW級的通用型逆變器實際效率只有70%~80%，將其用于太陽能光伏發電系統時會帶來總發電量20%~30%的電能損耗。太陽能光伏發電系統專用逆變器，在設計中應特別注意減少自身功率的損耗，提高整機的效率。這是提高太陽能光伏發電系統技術經濟指標的一項重要措施。在整機效率方面對太陽能光伏發電專用逆變器的要求是:千瓦級以下逆變器的額定負荷效率應不低于85%，低負荷效率應不低于75%;10kW級逆變器額定負荷效率應不低于90%，低負荷效率應不低于80%。容量較大的逆變器還應給出滿負荷效率值和低負荷效率值。逆變器效率的高低對太陽能光伏發電系統提高有效發電量和降低發電成本有著重要影響。
保護功能
一款性能優良的逆變器，應具備完備的保護功能或措施，以應對在實際使用過程中出現的各種異常情況，使逆變器本身及系統其他部件免受損傷。例如，太陽能光伏發電系統在正常運行過程中，就會因負載故障、人員誤操作及外男干擾等原因而引起的供電系統過流或短路。
啟動特性
啟動特性表征逆變器帶負載啟動的能力和動態工作時的性能。逆變器應保證在額定負載下可靠啟動，高性能的逆變器可做到連續多次滿負載啟動而不損壞功率器件，而小型逆變器為了自身安全，有時采用軟啟動或限流啟動。在正常工作條件下，逆變器在滿載負載和空載運行條件下，應能連續5次正常啟動。
噪聲
逆變器中的電子開關、變壓器、濾波電感、電磁開關及風扇等部件均會產生噪聲。在逆變器正常運行時，其噪聲應不超過65dB。不經常操作、監視和維護的逆變器，應不大于95dB;經常操作、監視和維護的逆變器，應不大于80dB。
使用環境條件
逆變器正常使用條件為海拔高度不超過1000m，空氣溫度0~+40°C。
應用領域
發電
以風電為代表的清潔可再生能源發電系統大多采用三相并網逆變器作為接口電路來實現能量轉換與并網發電，其功能類似于傳統水力、火力發電機組中的旋轉式同步發電機。
航海應急
在船舶的安全保障中，包含柴油機為源動力的應急發電機組和靜止逆變電源，是在船舶行業中是必配的應急設備之一。船舶應急電源是在正常供電電源中斷時，可以向重要負載進行短時供電的獨立應急電源裝置，逆變電源是一種采用電力電子技術進行電能變換的裝置，它從交流或直流輸入獲得穩壓恒頻的交流輸出，為交流電器供電，正處于發展時期。
綠色建筑
隨著國家大力推進節能減排戰略，綠色建筑的概念日益被人們接受，在綠色建筑評價體系中，對太陽能的利用是重要的一部分。如以上海市地區一個綠色建筑示范工業園屋頂光伏系統的設計為例，選擇并網運行模式，可利用的屋頂面積約為5000m2，采用1496塊1.6m*1m的光伏組件，最大輸出功率為250W，裝機容量374kWp。22塊組件為一串，共68串，每12串接入同一個匯流箱，不同建筑之間不宜共用匯流箱，所以項目總計使用7個匯流箱。所有直流線路接入園區的配電間的直流配電柜內，采用一個550kVA的三相逆變器，滿載MPPT電壓范圍為450-850V，最大輸入電流為1200A。
未來發展
逆變器未來會在人造衛星、導彈、核武器、潛艇上將太陽電池、燃料電池或其他化學電池的直流電能變換成交流電能，工業上會更多的應用于超聲波設備、高檔醫療設備、中頻加熱設備、交流傳動裝置或其他裝置、化學儀表電源等方面，此外還可以用于衛星地面通信站、氣象中心、數據處理中心、指揮中心、控制中心等可作為交流不停電供電系統或備用電源用于機車的牽引電源等。
參考資料 >
車用逆變電源的工作模式解析及注意.維科網.2025-05-14