电力电子IGBT单相电压型全桥无源逆变电路(阻感负载).docVIP

1 引言 本次课程设计的题目是IGBT单相电压型全桥无源逆变电路设计（阻感负载），根据电力电子技术的相关知识，单相桥式逆变电路是一种常见的逆变电路，与整流电路相比较，把直流电变成交流电的电路成为逆变电路。当交流侧接在电网上，称为有源逆变；当交流侧直接和负载相接时，称为无源逆变，逆变电路在现实生活中有很广泛的应用。 2 工作原理概论 2. 1 IGBT的简述 绝缘栅双极晶体管（Insulated-gate Bipolar Transistor）所决定的。当UGE为正且大于开启电压UGE时，MOSFET内形成沟道，并为晶体管提供基极电流进而是IGBT导通。由于前面提到的电导调制效应，使得电阻减小，这样高耐压的IGBT也具有很小的通态压降。当山脊与发射极间施加反向电压或不加信号时，MOSFET内的沟道消失，晶体管的积极电流被切断，使得IGBT关断。 电压型逆变电路的特点及主要类型 根据直流侧电源性质的不同可分为两种：直流侧是电压源的称为电压型逆变电路；直流侧是电流源的则称为电流型逆变电路。电压型逆变电路有以下特点： 直流侧为电压源，或并联有大电容，相当于电压源。直流侧电压基本无脉动，直流回路呈现低阻抗。 由于直流电压源的钳位作用，交流侧输出电压波形为矩形波，并且与负载阻抗角无关。而交流侧输出电流波形和相位因为负载阻抗的情况不同而不同。 当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量的作用。为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂都并联了反馈二极管。又称为续流二极管。 逆变电路分为三相和单相两大类。其中，单相逆变电路主要采用桥式接法。主要有：单相半桥和单相全桥逆变电路。而三相电压型逆变电路则是由三个单相逆变电路组成。 2.3 IGBT单相电压型全桥无源逆变电路原理分析 单相逆变电路主要采用桥式接法。它的电路结构主要由四个桥臂组成，其中每个桥臂都有一个全控器件IGBT和一个反向并接的续流二极管，在直流侧并联有大电容而负载接在桥臂之间。其中桥臂1,4为一对，桥臂2，3为一对。可以看成由两个半桥电路组合而成。其基本电路连接图如下所： 图2-2 电压型全桥无源逆变电路的电路图 由于采用绝缘栅晶体管（IGBT）V1和V2栅极信号各半周正偏、半周反偏，互补。uo为矩形波，幅值为Um=Ud/2，io波形随负载而异，感性负载时，图b，V1或V2通时，io和uo同方向，直流侧向负载提供能量，VD1或VD2通时，io和uo反向，电感中贮能向直流侧反馈，VD1、VD2称为反馈二极管，还使io连续，又称续流二极管。 图2-3 θ如图所示 3 系统总体方案 3.1.确定各器件参数，设计电路原理图 设计条件： 1.电源电压：直流Ud=100V 2.输出功率：300W 3.输出电压波行1KHz方波，脉宽θ=90° 4.阻感负载 计算内容： T=1/f=1/1000=0.001s 由于V3的基波信号比V1落后了90°（即1/4个周期）。则有： t3=0.001/4=0.00025s，t1=0s t2=0.001/2=0.0005s，t4=0.00075s 100*θ/180°=100V*90°/180°=50V（输出电压） 100V*X/0.001s=50V 得：X=0.0005s 设在t1=0.0005s时刻前V1和V4导通，输出电压u0为Ud=100V,t1时刻V3和V4栅极信号反向，V4截止，而因负载电感中的电流i0不能突变，V3不能立刻导通，VD3导通续流。因为V1和VD3同时导通，所以输出电压为零。到t2时候V1和V2栅极信号反向，V1截止，而V2不能立刻导通，VD2导通续流，和VD3构成电流通道，输出电压为-Ud。到负载电流过零并开始反向时，VD2和VD3截止，V2和V3开始导通，u0仍为-Ud。t3时刻V3和V4栅极信号再次反向，V3截止，而V4不能立刻导通，VD4导通续流，u0再次为零。以后的过程和前面类似。这样，输出电压u0的正负脉冲宽度就各为θ=90°。改变θ，就可以调节输出电压。 有效电压：U。=U/2=100/2=50V R=Ud2/P = 25/3=8.33Ω 输出电流有效值： Io=P/Uo=6A 则可得电流幅值为： Imax=12A，Imin=-12A 电压幅值为： Umax=100V,Umin=-100V 晶闸管额定值计算，电流有效值： Ivt=Imax/4=3A。 额定电流In额定值： In=（1.5-2）*3=（4.5-6）A。 最大反向电压： Uvt=100V 则额定电压: Un=（2—3）*100V=（200-300）u