从《电力电子技术》课程中我们知道，变流器的作用是进行电能形式的变换，电力机车上采用晶闸管整流电路是把电网的交流电变换成电机可用的直流电，同样，利用晶闸管也可以把直流电变换成交流电，这种电路称之为逆变电路。电力机车的再生制动就是将制动时电机所产生的直流电能回送到交流电网中，因此再生制动的关键问题就是有源逆变问题。有源逆变电路与整流电路有许多共同之处，同一电路既可做整流电路，亦可作有源逆变电路，只是工作条件不同而已。
本节就以机车上应用的单相全控桥式整流电路为例具体分析有源逆变电路的工作原理、参数计算及逆变颠覆等问题。
一、理想逆变电路
有源逆变电路的交流侧已由电网建立起了正弦交流电，因此逆变电路只是把直流电源的能量馈送到交流电网中去。图3-13是单相全控桥式整流器电路。为了便于分析，第二章中关于理想整流电路的各种假设条件在逆变状态时仍然成立。
图3-13 单相全控桥式变流器整流-逆变原理
从第二章的分析中我们知道，若设变压器二次侧的交流电压为u2=
U2cosωt，则在晶闸管移相角为α时，整流电压平均值Udα为：
(3-14)
即全控桥整流电路的平均电压是空载整流电压和移相角α的余弦的乘积。
控制角α在0～π/2进行调节，当触发晶闸管导通时，整流输出电压平均值Udα>0，整流电流从电机正端流入，电机吸收能量，此时电机工作在电动机状态，即机车工作在牵引工况。
当α=π/2时，整流电压的波形中正负两部分面积相等，故其平均值Udα=0，这时电机即不从电网吸收能量也不向电网输出能量，这种状态为从整流状态向逆变状态过渡的中间状态。
在控制角α>π/2时触发晶闸管，从电路的工作原理、整流电压波形图和整流输出电压平均值Udα的表达式(3-14)都不难看出，整流电路将有负的电压输出，即Udα<0，极性发生了改变，从而有可能工作于有源逆变状态。桥式电路在不同控制角α下的整流电压、电流、变压器电流的波形如图3-14所示。
图3-14 单相全控桥式电路整流和逆变波形
整流电路在逆变工作状态下，若使电机电势的极性发生改变(上正下负)，且电机电势Ed略高于整流电压平均值Udα，则回路电流的方向不变，但电流是从电机电势正极端流出，电机输出能量，即电机此时工作在发电机状态;而对变压器绕组而言，当α>π/2触发晶闸管，电流流过变压器绕组的方向总是与电势实际方向相反，即变压器电势在逆变电路中起一反电势作用，故发电机通过变压器二次侧绕组向电网输送电能，电网吸收能量，实现了逆变。
由上述分析可见，整流与逆变的转换对变流器而言，只是控制角α的改变，即有负电压输出。对直流侧电源而言，电压的极性必须随着改变。而半控桥整流电路，由于任一导通的晶闸管桥臂在电源电压反向时，晶闸管截止，与负载电路串联的整流二极管桥臂自然转入续流状态 (此时负载电压为零)，不会输出负的电压，这一点从
表达式亦可明显看出。所以，单相半控桥式整流电路不可能实现有源逆变。
二、实际逆变电路
实际的逆变流电路由于变压器漏抗XC存在，使全控桥元件的换相不是瞬时完成，而是有一过程，即存在一个换相重叠角γ。因此逆变电路晶闸管触发导通的时刻至少应比交流电源电压过零时刻引前一个相角，称为逆变角β。其值为
(3-15)
式中 β--逆变角β=π-α;
γ--换向重叠角;
δ0--晶闸管恢复阻断角。
保证逆变角β有一定的值是必须的，这是为了防止短路。具体分析如下：仍以图3-13(b)为例，变压器电势b正a负时晶闸管T2T4导通，若整流元件自然换相，就必须在变压器电势过零变为a正b负之前，让T1T3导通，使T2T4可靠关断。这时β必须满足的第一个条件是β=γ，否则若β=0(或β<γ)即在变压器电势过零时触发T1T3，由于γ的存在，在此期间变压器电势进入a正b负，电势方向就与发电机电势同向，交直流侧电势相加，并通过T2T4形成交直流电势迭加短路，短路电流使T2T4中的电流增大而无法关断;这时T1T3承受反压而不能导通，这样逆变状态就遭到破坏。因此必须在变压器电势过零时刻引前β使T2T4T1 T3同时导通进行换相后，T2T4受反向电压，可靠关断。关断T1T3时道理亦是如此。
另外，我们知道晶闸管元件关断后，其内部载流子复位需要一定时间，即恢复正向阻断能力需要一定时间，该时间用角度δ0表示，称为晶闸管恢复阻断角，约为数十微秒至数百微秒，即δ0<5°，它与关断前负载电流的大小、电流下降速度、结温和再次施加正向电压的上升速度等因素有关。故逆变角β必须满足的第二个条件是β≥δ0，否则电路的换相虽然结束，但结束导电的晶闸管正向阻断能力尚未恢复时，此时若阳极出现正向电压，结束导电的晶闸管又将继续导通，也会形成交直流侧迭加短路。
图3-15 逆变角为β时的电压、电流波形
综上所述，对于实际的晶闸管逆变电路，考虑一定裕度，恢复阻断角不是δ0，而是取较大的δ值，称为裕度角。因此为了保证可靠换相，逆变角β应满足的条件为：
可参照图3-15，便于理解。一般换向重迭角γ为15°，裕度角取5°～10°，则逆变角β整定在20°～25°左右。
三、逆变颠覆
在整流电路中，如果晶闸管触发电路出现故障，使触发脉冲消失或者移相超出允许的移相范围，其后果是没有输出电压。而在逆变电路中若晶闸管触发脉冲丢失或移相角(逆变角)超出允许范围，发电机电势就与变压器电势串联迭加而造成严重的短路，这种现象称之为逆变颠覆，逆变颠覆将产生非常大的短路电流。
此外，电力机车实施再生制动时，若受电弓脱离接触网导线，交流电压消失，此时发电机电势将经变压器二次侧绕组及导通的晶闸管元件而发生失压短路。
无论是迭加短路还是失压短路，其结果都将引起逆变颠覆(再生颠覆)，短路电流将烧损电气设备，因此再生制动必须对晶闸管及其触发电路提出很高的要求。同时为防止失压短路，要求机车双弓运行。