逆变变流器的误区
鄙人自小尊敬师长，敬畏科学，对教科书都奉为圭臬，凡是读不懂的，都将其作为需要死死记忆的定律处理。在学习逆变技术时对教科书也是深信不疑的。直到有一天突发奇想，反正手头元件都有，就搭一个实验电路，实际地认识斩波逆变技术。然而，不管我如何努力也不能够在实验电路中测量出教科书规定的电流波形。因为，本人并不是专业学习电学相关专业的，只怪自己专业素养不够，能力差，只有努力，争取做出正确的波形。
说一下实验电路方案，IGBT—FGA25N120，4只全桥{MOSFET，K1358，4只—全桥；IRFP150，4只—全桥}，驱动模块SG3525，驱动变压器磁芯EI-28，试验供电电源24V蓄电池，电感磁芯-C型非晶合金CACC-20，线圈30匝，电感380微亨，隔直流电容110uF，电路图是网上到处可见的IGBT单管逆变焊机图如下：
测试器件：互感器，以下相同。
逆变电流曲线：横轴—时间，每格10us；竖轴—电流，每格0.5A。
不管如何换元件，始终做不出教科书的波形。从上图看不见回馈电源的能量，只有换向脉冲和在应该出现回馈电流的位置的振荡波形。于是只好从基础做起。下图是美国人COLONEL WM.T.McLyman 著《变压器与电感器设计手册》（第三版）的内容。
根据上图组搭“单端正激变换器”，进行测试，结果如下5图。
1，线圈电流：10mV 20us*1 1030871#
横轴—时间，每格10us；竖轴—电流，每格0.5A。
只有IGBT导通时的电流，IGBT关断时仍然和全桥换向时一样，只有换向脉冲和振荡波形。
2，回馈线圈电流：5mV 20us*1 1030872#
横轴—时间，每格10us；竖轴—电流，每格0.5A。
回馈线圈回馈的电流和上图线圈导通电流相比极小。
3，回馈线圈电流：5mV 20us*1 1030873#
横轴—时间，每格10us；竖轴—电流，每格0.5A。
回馈换向电流脉冲极大。
4，电源供电电流：5mV 20us*1 1030875#
横轴—时间，每格10us；竖轴—电流，每格0.5A。
5，电源供电电流：10mV 20us*1 1030876#
横轴—时间，每格10us；竖轴—电流，每格0.5A。
和1图相比，供电电源送出的电流比线圈导通电流要小。
也组搭了“双端正激变换器”，测量结果也找不到回馈能量的影子，同样的是供电电源送出的电流小于线圈导通时的电流。这使我想起在林忠岳主编的高等院校教材《现代电力电子应用技术》〉p339中，在论述UPS时说“由于MUI3000采用PFC，输入功率因数高于0.98，因此出现输入电流小于输出电流的事实。”结合本人实际测量的结果，似乎是“能量未必是守恒的”，只不过没有明说罢了。
然而在同一页上又说“MUI3000 UPS，-------输出功率因数0.67，------，输入功率因数0.98”。可见总的输出仍是小于输入的。
面对实际测量的结果，实在无能做出正确的结果。真是无能啊！！！
路走不通，很难受，经常会对着图、书发呆。虽然不至于像王阳明先生格竹子，格到死去活来，却也几日不知肉味。直到有一天，偶然坐到磨上竟然想转了，原来我没有错，而是书错了。现在将我的心得写出来和大家分享。
在单端正激变换器中，在开关元件关断时，线圈感应电压换向，回馈线圈电压一般是电源电压的两倍，因此回馈线圈通过回馈二极管和电源内阻构成回路，线圈通过该回路放电（续流），当线圈电压低于电源电压加上二极管的正向电压时，二极管关断，剩余的电磁能就只能储存在磁场里了。因为如果电源是蓄电池则其内阻是很小的，故当线圈电压大于电源电压加二极管正向电压时，放电很快，脉冲幅值很高。而当二极管关断后，电流就在线圈内部振荡——这就是实测波形图中的振荡部分。
在单端正激变换器中，由于剩余电磁能放不出去，而在下一个工作周期开关元件导通时，电感元件的磁芯继续朝同一个方向磁化，在电路上的表现就是：电源供电电流小，而线圈电流大。（相当于一个容器里一次装满水，并不将他放完又再一次加满水，则第二次加的水必然比装在容器里的水要少。）这也就是前面所说的似乎是能量不守恒。
也有人会问电源上还并联着一个电容器呢，是有一个电容器，这就有可能通过电容器放电啊。如果忽略电源，回馈线圈通过二极管以及电容器会构成LRC串联自由振荡。若电容值小，振荡周期小，但电容电压会很高，这就不能忽略电源，因为电源对电容电压的钳位，电容电压上不去，能量自然也转化不了。若电容值大振荡周期长，放电时间长，电就放不出去。
双端正激变换器和单端正激变换器的情形是一样一样的，而推挽和全桥变换器有所不同。推挽和全桥的线圈磁化电流要换向。第一次若磁芯从正方向磁化，换向时如果磁能没有放出去，则第二次反方向通入的电流首先要消耗以使正方向的磁场归零——去磁，然后剩余的电流才能使磁芯向负方向磁化。
由此可见，双端正激变换器和单端正激变换器虽然磁场能量放不出去，但却不至于打架，只是累积在磁场里。而推挽和全桥变换器不仅磁场能量放不出来，还要在系统内部打架——无谓地消耗掉。
单端正激变流器只是电压效率较低，转换效率低下，在没有好的变流器拓扑可选的情况下，用于小功率变流器也无可厚非。这也是大多数开关电源书籍所说：仅用于设计制作几百瓦的变换器。但也有用MOSFET元件做到输出电流100A，功率应该到达4000W的逆变焊机。摘自《弧焊电源及其数字化控制》p189。
而从网络上介绍的情况看，市场上流行的IGBT单管焊机基本上是全桥结构的，所谓单管是指由4只单管IGBT，而非由4个IGBT模块组成全桥。全桥的电感储能只有一部分在开关元件换向初期释放出来，其余的能量都消耗在桥的内部了。笔者在做实验时，仅仅24V，用SG3525，经EI28的脉冲变压器驱动开关元件，感觉电流不大，而全桥发热已较大，因看不到放电曲线，就调低驱动频率——即调大驱动周期，却致使开关元器件过流烧坏。首先烧坏K1358，不明白原因，以为是元件电流能力小了，换上IRPF150模块立马烧坏，再怀疑是否承受感应电压的能力不够，又换上FGA25N120，结果仍然是坏。每个全桥都是损坏一只开关元件。笔者搞个小实验都万般艰难，真佩服那么多多的搞逆变焊机的大侠。在《现代高级开关电源实用技术》〉序言中，刘胜利说：“研制现代高频开关稳压电源是一项要求知识面广，难度很大，又有危险的复杂技术。------有人劝告太危险不能再搞，我回答：即使戴盔甲也要坚持干下去。”真不知那些搞几千伏，几千安的大型逆变站的要配备什么装备——一笑。
其实笔者悟出来的道理并非高深，那么些些专家学者不可能看不出来，以致有人认为是故意设置的技术陷阱，但是即使是大名鼎鼎的Spice软件，其仿真波形也是支持电磁储能是可以释放的，当然也有人说Spice的处理电感的能力较弱。笔者是从最基本的原理出发得出：全桥斩波逆变变流器的电磁储能不可能完全释放，而是被有破坏副作用的浪费掉了。这一结论实际上推翻了逆变技术的理论基础。这里始终只说是“电感储能的释放问题”，实际上电路里的工作元件就只有三种：电阻，电感和电容。除了电阻消耗能量，纯电感和纯电容都只储存能量而不消耗能量，而大多数工作机械都是含有电阻的电感器件，所以电感元件的储能释放就是一个有共性的问题。
异步电机如果功率因数为0.8，相角则为36.86度，意味着电机电感的储能是消耗有用功的75%，这被称之为“无功功率”，教科书上说被送回了电源，如何送回电源？电源又是如何接受的？看不懂！！！在有源逆变变流器中也明确说：逆变将直流变交流后送回电源，一样的看不懂！美国最权威的《Modern Power Electronics and AC Drives》——中文名《现代电力电子学与交流传动》，p152单相逆变器中说：“在反馈模式时，负载电流通过DD或DD 反馈回电源。”逆变技术被称之为节能技术，试问：有差不多要到一半的能量被莫名消耗掉的技术，能叫节能吗？异步电机并接电容叫无功补偿，真想不通如何补偿（笔者曾经参加过企业10千伏变电室的安装工作，大部分不安装电容补偿柜，有的虽然安装了电容补偿柜但一般不用，也不知何时会用，应该就是哄鬼的）。见过电感储能转化很好的例子，如有些步进电机和开关磁阻电机的控制电路，都是利用LRC电磁振荡实现能量转换，而且几乎可以完全转换，只不过电路非常复杂，成本高昂。面对高昂的成本，国人充分发挥了聪明才智，将逆变焊机作到了极致——旧货市场都成堆地堆着卖崭新的逆变焊机。网上竞争十万分精彩激烈，吹嘘其小巧，小孩就可以提得动。甚至打开外壳，让你将内部结构看个够，只见有一个圆环型元件，估计是变压器，再也不见其他大件，难道没有扼流电感？几百安电流的扼流圈体积不会小，找不到，那就看不懂这属于那类焊机了。如果是直流焊机，扼流圈是标配件，否则连合格的直流电源都不是，也能做焊机？看不懂啊看不懂！
有电感就有储能，如果没有电感，岂不就没有储能问题了，于是饱和电感就横空出世了。饱和电感听说过，利用磁阻饱和时为零的特性，做开关使用。但饱和变压器却也有人用，变压器基于法拉第电磁感应定律，有变化的磁场，就会产生感应电压。试问，变压器初级使磁场饱和以后，磁场强度不管如何变化，磁感应强度都不变化，此时会有电磁感应么？电磁饱和是变压器之大忌，这些人高中物理要回回炉了。例子么俯拾即是，无须枚举。
