電壓型逆變電路課程設計

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1、1主電路設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°導電方式，即每個橋臂的導電角度為180°，同一相（即同一半橋）上下兩個臂交替導電，各相開始導電的角

2、度依次相差120°。這樣，在任一瞬間，將有三個橋臂同時導通?？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導通時，，當橋臂4導通時，。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。設負載中點N與直流電源假象

3、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得設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，才開始導通。負載阻

4、抗角越大，導通時間越長。在時，時為導通，時為導通；在時，時導通，時為導通。、的波形與形狀相同，相位一次相差。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

5、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；在上述導電方式逆變器中，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

6、應晶體管的相應命名。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（IGBT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為主導件、MOSFET為驅(qū)動件的復合結(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，

7、開關(guān)損耗??；2）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GTR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

8、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用最為廣泛，對逆變電路的影響也最為深刻。現(xiàn)在大量應用的逆變電路，幾乎都是PWM型逆變電路。所以在設計