相逆變電源研究

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1、三相逆變電源研究小組成員：林燕貞丁仲侶郁舒雁指導(dǎo)老師：李強(qiáng)（自動化院）課題背景逆變器就是一種將低壓（12伏或24伏或48伏）直流電轉(zhuǎn)變?yōu)?20伏交流電的電子設(shè)備。因?yàn)槲覀兺ǔＪ菍?20伏交流電整流變成直流電來使用，而逆變器的作用與此相反，因此而得名?，F(xiàn)代逆變技術(shù)逆變技術(shù)，逆變技術(shù)就是電力電子技術(shù)上的使直流變成交流(DC/AC)的一門技術(shù)，是電力電子學(xué)四種變換技術(shù)中最主要的一種。1）按逆變器輸出交流的頻率分為：工頻、中頻、和高頻逆變；2）按交流側(cè)與電網(wǎng)相接或與負(fù)載分為：無源逆變和有源逆變；3）按逆變器輸出電

2、壓的波形分為：正弦波逆變和非正弦波逆變；4）按逆變器輸出的交流的相數(shù)分為：單相逆變、三相逆變和多相逆變；5）按逆變器輸入直流電源的性質(zhì)分為：電壓源逆變和電流源逆變；6）按逆變器的控制方式分為：脈寬調(diào)制（PWM）逆變、脈頻調(diào)制（PFM）逆變和數(shù)字逆變。逆變器用功率開關(guān)器件主要功率開關(guān)器件晶閘管電力場效應(yīng)管電力（GTR）晶體管絕緣柵雙極晶體管器件的選擇通過對各種功率器件的分析，對于本次逆變電源設(shè)計(jì)將選用IGBT場效應(yīng)晶體管作為逆變器用功率開關(guān)器件IGBT的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)IGBT的基本特性靜態(tài)特性動態(tài)特性靜態(tài)特性輸

3、出伏-安特性轉(zhuǎn)移特性輸出伏-安特性轉(zhuǎn)移特性高溫特性IGBT具有優(yōu)良的高溫通態(tài)特性，在環(huán)境溫度（散熱片溫度）達(dá)到200左右時(shí)，仍能正常工作。動態(tài)特性導(dǎo)通特性關(guān)斷特性導(dǎo)通特性一般情況下，IGBT的柵極加有一個負(fù)偏壓以保證IGBT可靠地處于關(guān)斷狀態(tài)。當(dāng)柵極電壓由這個負(fù)偏壓開始往正方向變化時(shí)，由于柵極電容有個充電過程，在經(jīng)過一段時(shí)間后，達(dá)到柵極開啟電壓，IGBT的集電極電流才有漏電流開始增加。這段時(shí)間稱為導(dǎo)通延遲時(shí)間。關(guān)斷特性在IGBT處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，柵極電容上充有正電壓，當(dāng)向負(fù)方向變化時(shí)，由于柵極電容有個放電過

4、程，在經(jīng)過一段時(shí)間后，減小到柵極開啟電壓，集電極電流開始下降。這段時(shí)間稱為存儲時(shí)間。IGBT的擎住效應(yīng)和安全工作區(qū)因?yàn)榧姌O電流過大（靜態(tài)擎住電流），可能是因?yàn)閐uce/dt過大（動態(tài)擎住效應(yīng)），溫度升高會加重發(fā)生擎主效應(yīng)的危險(xiǎn)。由于動態(tài)擎住電流比靜態(tài)擎住電流所允許的集電極電流還要小，因此器件給出的通常按動態(tài)擎住效應(yīng)來規(guī)定IGBT驅(qū)動電路的要求電壓足夠陡的上升沿和下降沿，使IGBT開關(guān)時(shí)間短，開關(guān)損耗小。由驅(qū)動電路提供的驅(qū)動電壓和驅(qū)動電流要有足夠的幅值，一般選取15V.在關(guān)斷過程中，施加一定幅值的負(fù)驅(qū)動電

5、壓（一般取-5∽-15V）有利于減小關(guān)斷時(shí)間和關(guān)斷損耗。IGBT內(nèi)部存在寄生晶閘管，當(dāng)集電極電流IC過大或IGBT關(guān)斷過程中太高時(shí)，都可能使寄生晶閘管誤導(dǎo)通，形成靜態(tài)和動態(tài)擎住效應(yīng)，使IGBT失控。故應(yīng)注意限制IGBT集電極電流的最大值。逆變電路的選擇電壓型逆變電路直流側(cè)為電壓源，或并聯(lián)有大電容，相當(dāng)于電壓源。直流側(cè)電壓基本無脈動，直流回路呈現(xiàn)低阻抗。由于支路電壓源的箝位作用，交流側(cè)輸出電壓波形位矩形波，并且與負(fù)載阻抗角無關(guān)。當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)載時(shí)需要提供無功功率，直流側(cè)電容起緩沖無功能量的作用。為了給交流

6、側(cè)向直流側(cè)反饋的無功能量提供通道，逆變橋各臂都并聯(lián)了反饋二極管。單相電壓型逆變電路半橋逆變電路全橋逆變電路半橋逆變電路優(yōu)點(diǎn)其電路中所使用的功率開關(guān)晶體管的耐壓較低，絕不會超過輸入電壓的峰值；晶體管的飽和電壓也降至最低；輸入濾波電容的耐壓也可以減小。全橋逆變電路4個橋臂。高頻變壓器T連接在它們中間。相對臂的驅(qū)動電路激勵而交替導(dǎo)通，將直流輸入電壓變換成高頻方波交流電壓。三相電壓型逆變電路本課題設(shè)計(jì)采用IGBT作為開關(guān)器件的電壓型三相橋式逆變電路基本工作方式是180度導(dǎo)電方式,即每個橋臂的導(dǎo)電度數(shù)為180度,同

7、一相上下兩個臂交替導(dǎo)電,個相導(dǎo)電的角度依次相差120度,這樣,在任一瞬間,將三個橋臂同時(shí)導(dǎo)通。逆變電路的選擇本系統(tǒng)選擇三相電壓型逆變電路作主電路采取“先斷后通”的方法。即先給應(yīng)關(guān)斷的器件關(guān)斷信號，待其關(guān)斷后留一定的時(shí)間裕量，然后再給應(yīng)導(dǎo)通的器件發(fā)出開通信號，即在兩者之間留一個短暫的死區(qū)時(shí)間主電路設(shè)計(jì)斬波器的設(shè)計(jì)整流與逆變電路斬波器的設(shè)計(jì)該電路使用一個全控型器件V，本設(shè)計(jì)采用的是IGBT。為在V關(guān)斷時(shí)給負(fù)載中的電感電流提供通道，設(shè)置了續(xù)流二極管VD。整流與逆變電路整流電路逆變電路整流電路由六個二極管組成三相

8、整流橋，將電源的三相交流電全波整流成直流電。逆變電路器件換流和強(qiáng)迫換流是由于器件本身或變流器自身的原因而實(shí)現(xiàn)換流，屬于自換流；電網(wǎng)換流和負(fù)載換流不是依靠變流器內(nèi)部的原因而實(shí)現(xiàn)換流，屬于外換流。電壓型逆變電路控制電路的設(shè)計(jì)正弦脈寬調(diào)制波（SPWM）的產(chǎn)生原理SPWM波形的產(chǎn)生方法正弦脈寬調(diào)制的調(diào)制算法正弦脈寬調(diào)制波的產(chǎn)生原理面積等效原理脈寬調(diào)制的控制方式參加調(diào)制的載波和參考信號的極性不變，稱為單極性調(diào)制;三角載波信號和正弦波信號