電壓型逆變電路課程設(shè)計

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1、1主電路設(shè)計逆變電路的作用是將直流電壓轉(zhuǎn)換成梯形脈沖波，經(jīng)低通濾波器濾波后，從而使負載上得到的實際電壓為正弦波。1.1主電路圖圖1三相電壓型橋式逆變電路1.1主電路原理分析圖1是采用IGBT作為開光器件的電壓型三相橋式逆變電路，可以看成由三個半橋逆變電路組成。圖1的直流側(cè)通常只有一個電容就可以了，但為了分析方便，畫作串聯(lián)的兩個電容器并標出假象中點N′。和單相半橋、全橋逆變電路相同，三相電壓型橋式逆變電路的基本工作方式也是180°導(dǎo)電方式，即每個橋臂的導(dǎo)電角度為180°，同一相（即同一半橋）上下兩個臂交替導(dǎo)電，各相開始導(dǎo)電的角度依次相差120°。這樣，在任一瞬

2、間，將有三個橋臂同時導(dǎo)通?？赡苁巧厦嬉粋€臂下面兩個臂，也可能是上面兩個臂下面一個臂同時導(dǎo)通。因為每次換流都是在同一相上下兩個橋臂之間進行，因此也被稱為縱向換流121.2工作波形分析和繪制對于U相輸出來說，當橋臂1導(dǎo)通時，，當橋臂4導(dǎo)通時，。因此，的波形是幅值為的矩形波。V、W兩相的情況和U相相似，、的波形形狀和相同，只是相位依次相差120°。、、的波形如圖2a、b、c所示。圖2三相電壓型橋式逆變電路的工作波形負載線電壓、、可由下式求出12圖2d是依照上式畫出的波形。設(shè)負載中點N與直流電源假象點N′之間的電壓為，則負載各相的相電壓分別為把上式各式相加并整理可求

3、得設(shè)負載為三相對稱負載，則有，于是所以也是矩形波，如圖2e所示，其頻率為的3倍，幅值為其，即。圖2f給出了利用式（2）和式（4）繪出的的波形，、的波形形狀和相同，僅相位依次相差120°。三相逆變輸出的電壓與電流分析類似，負載參數(shù)已知，以U相為例，負載的阻抗角不一樣，的波形形狀和相位都有所不同，圖2g給出的事阻感負載下時的波形。橋臂1中的從通態(tài)轉(zhuǎn)換到斷態(tài)時，因負載電感中電流不能突變，小橋4中的先導(dǎo)通續(xù)流，待負載電流降為零，橋臂4中電流反相時，才開始導(dǎo)通。負載阻抗角越大，導(dǎo)通時間越長。在時，時為導(dǎo)通，時為導(dǎo)通；在時，時導(dǎo)通，時為導(dǎo)通。、的波形與形狀相同，相位一次

4、相差。將三個橋臂電流相加可得到直流側(cè)電流。把橋臂1、3、5的電流加起來，就可得到直流側(cè)電流的波形，如圖2h所示。可以看出，每隔60°脈動一次，而直流側(cè)電壓是基本無脈動的，因此逆變器從交流側(cè)向直流側(cè)傳送的功率是脈動的，且脈動的情況和12脈動情況大體相同。這也是電壓型逆變電路的一個特點。1.2參數(shù)計算下面對三相橋式逆變電路的輸出電壓進行定量分析。把輸出線電壓展開成傅里葉級數(shù)得：式中，，為自然數(shù)。輸出線電壓有效值為基波幅值和基波有效值分別為；接下來，我們再對負載相電壓進行分析。把展開成傅里葉級數(shù)得式中，，k為自然數(shù)。負載相電壓有效值為基波幅值和基波有效值分別為12

5、；在上述導(dǎo)電方式逆變器中，我們采用“先斷后通”的方法來防止同一相上下兩橋臂的開關(guān)器件同時導(dǎo)通而引起直流側(cè)電壓短路，使得在通斷信號之間留有一個短暫的死區(qū)時間。死區(qū)時間的長短要視器件的開關(guān)速度而定，器件的開關(guān)速度越快，所留的死區(qū)時間就越短。1.2元件清單絕緣柵雙極晶體管（IGBT）本質(zhì)上是一個場效應(yīng)晶體管，只是在漏極和漏區(qū)之間多了一個P型層。根據(jù)國際電工委員會的文件建議，其各部分名稱基本沿用場效應(yīng)晶體管的相應(yīng)命名。IGBT的結(jié)構(gòu)剖面圖如圖3所示。它在結(jié)構(gòu)上類似于MOSFET，其不同點在于IGBT是在N溝道功率MOSFET的N+基板（漏極）上增加了一個P+基板（I

6、GBT的集電極），形成PN結(jié)j1，并由此引出漏極、柵極和源極則完全與MOSFET相似。12圖3IGBT結(jié)構(gòu)剖面圖由圖可以看出，IGBT相當于一個由MOSFET驅(qū)動的厚基區(qū)GTR，其簡化等效電路如圖3所示。圖中Rdr是厚基區(qū)GTR的擴展電阻。IGBT是以GTR為主導(dǎo)件、MOSFET為驅(qū)動件的復(fù)合結(jié)構(gòu)。IGBT的特性和參數(shù)特點可以總結(jié)為：1）IGBT開關(guān)速度高，開關(guān)損耗?。?）在相同電壓和電流定額的情況下，IGBT的安全工作區(qū)比GTR大，而且具有耐脈沖電流沖擊的能力；3）IGBT的通態(tài)壓降比VDMOSFET低，特別是在電流較大的區(qū)域；4)與電力MOSFET和GT

7、R相比，IGBT的耐壓和通流能力還可以進一步提高，同時可以保持開關(guān)頻率高。2PWM控制電路設(shè)計12PWM控制技術(shù)實際上就是斬波控制技術(shù)，就是對脈沖寬度進行調(diào)制的技術(shù)，即是通過對一系列脈沖的寬度進行調(diào)制，來等效獲得所需要的波形(如正弦波、頻率和幅值)。PWM控制技術(shù)涉及調(diào)制法和控制法兩方面內(nèi)容：就調(diào)制法而言，有單脈沖調(diào)制和多脈沖調(diào)制；有同步調(diào)制、異步調(diào)制和分段同步調(diào)制；還有單極性調(diào)制和雙極性調(diào)制三大類。而就控制法而言，則有等脈寬PWM法、正弦波PWM法、磁鏈跟蹤PWM法和電流跟蹤PWM法四大類。它在逆變電路中的應(yīng)用最為廣泛，對逆變電路的影響也最為深刻。現(xiàn)在大量

8、應(yīng)用的逆變電路，幾乎都是PWM型逆變電路。所以在設(shè)計