电压型逆变电路课程设计

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1、1主电路设计逆变电路的作用是将直流电压转换成梯形脉冲波，经低通滤波器滤波后，从而使负载上得到的实际电压为正弦波。1.1主电路图图1三相电压型桥式逆变电路1.1主电路原理分析图1是采用IGBT作为开光器件的电压型三相桥式逆变电路，可以看成由三个半桥逆变电路组成。图1的直流侧通常只有一个电容就可以了，但为了分析方便，画作串联的两个电容器并标出假象中点N′。和单相半桥、全桥逆变电路相同，三相电压型桥式逆变电路的基本工作方式也是180°导电方式，即每个桥臂的导电角度为180°，同一相（即同一半桥）上下两个臂交替导电，各相开始导电的角

2、度依次相差120°。这样，在任一瞬间，将有三个桥臂同时导通。可能是上面一个臂下面两个臂，也可能是上面两个臂下面一个臂同时导通。因为每次换流都是在同一相上下两个桥臂之间进行，因此也被称为纵向换流121.2工作波形分析和绘制对于U相输出来说，当桥臂1导通时，，当桥臂4导通时，。因此，的波形是幅值为的矩形波。V、W两相的情况和U相相似，、的波形形状和相同，只是相位依次相差120°。、、的波形如图2a、b、c所示。图2三相电压型桥式逆变电路的工作波形负载线电压、、可由下式求出12图2d是依照上式画出的波形。设负载中点N与直流电源假象

3、点N′之间的电压为，则负载各相的相电压分别为把上式各式相加并整理可求得设负载为三相对称负载，则有，于是所以也是矩形波，如图2e所示，其频率为的3倍，幅值为其，即。图2f给出了利用式（2）和式（4）绘出的的波形，、的波形形状和相同，仅相位依次相差120°。三相逆变输出的电压与电流分析类似，负载参数已知，以U相为例，负载的阻抗角不一样，的波形形状和相位都有所不同，图2g给出的事阻感负载下时的波形。桥臂1中的从通态转换到断态时，因负载电感中电流不能突变，小桥4中的先导通续流，待负载电流降为零，桥臂4中电流反相时，才开始导通。负载阻

4、抗角越大，导通时间越长。在时，时为导通，时为导通；在时，时导通，时为导通。、的波形与形状相同，相位一次相差。将三个桥臂电流相加可得到直流侧电流。把桥臂1、3、5的电流加起来，就可得到直流侧电流的波形，如图2h所示。可以看出，每隔60°脉动一次，而直流侧电压是基本无脉动的，因此逆变器从交流侧向直流侧传送的功率是脉动的，且脉动的情况和12脉动情况大体相同。这也是电压型逆变电路的一个特点。1.2参数计算下面对三相桥式逆变电路的输出电压进行定量分析。把输出线电压展开成傅里叶级数得：式中，，为自然数。输出线电压有效值为基波幅值和基波有

5、效值分别为；接下来，我们再对负载相电压进行分析。把展开成傅里叶级数得式中，，k为自然数。负载相电压有效值为基波幅值和基波有效值分别为12；在上述导电方式逆变器中，我们采用“先断后通”的方法来防止同一相上下两桥臂的开关器件同时导通而引起直流侧电压短路，使得在通断信号之间留有一个短暂的死区时间。死区时间的长短要视器件的开关速度而定，器件的开关速度越快，所留的死区时间就越短。1.2元件清单绝缘栅双极晶体管（IGBT）本质上是一个场效应晶体管，只是在漏极和漏区之间多了一个P型层。根据国际电工委员会的文件建议，其各部分名称基本沿用场效

6、应晶体管的相应命名。IGBT的结构剖面图如图3所示。它在结构上类似于MOSFET，其不同点在于IGBT是在N沟道功率MOSFET的N+基板（漏极）上增加了一个P+基板（IGBT的集电极），形成PN结j1，并由此引出漏极、栅极和源极则完全与MOSFET相似。12图3IGBT结构剖面图由图可以看出，IGBT相当于一个由MOSFET驱动的厚基区GTR，其简化等效电路如图3所示。图中Rdr是厚基区GTR的扩展电阻。IGBT是以GTR为主导件、MOSFET为驱动件的复合结构。IGBT的特性和参数特点可以总结为：1）IGBT开关速度高，

7、开关损耗小；2）在相同电压和电流定额的情况下，IGBT的安全工作区比GTR大，而且具有耐脉冲电流冲击的能力；3）IGBT的通态压降比VDMOSFET低，特别是在电流较大的区域；4)与电力MOSFET和GTR相比，IGBT的耐压和通流能力还可以进一步提高，同时可以保持开关频率高。2PWM控制电路设计12PWM控制技术实际上就是斩波控制技术，就是对脉冲宽度进行调制的技术，即是通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效获得所需要的波形(如正弦波、频率和幅值)。PWM控制技术涉及调制法和控制法两方面内容：就调制法而言，有单脉冲调制和多脉

8、冲调制；有同步调制、异步调制和分段同步调制；还有单极性调制和双极性调制三大类。而就控制法而言，则有等脉宽PWM法、正弦波PWM法、磁链跟踪PWM法和电流跟踪PWM法四大类。它在逆变电路中的应用最为广泛，对逆变电路的影响也最为深刻。现在大量应用的逆变电路，几乎都是PWM型逆变电路。所以在设计