电力电子课程设计--基于IGBT的UPS设计.doc

东 北 石 油 大 学 课 程 设 计 2010年 11 月 15 日 东北石油大学课程设计任务书 课程 电力电子技术课程设计 题目 基于IGBT的UPS设计 专业 电气工程及其自动化 姓名 学号 070603140225 主要内容、基本要求、主要参考资料等 主要内容：主要介绍绝缘栅双极晶体管（IGBT）在不间断电源UPS系统中的应用情况，运用电子仿真软件MATLAB进行建模仿真，并分析IGBT 在UPS 中损坏的主要原因和实际应用中应注意的问题。 基本要求：设计系统和各环节原理清楚，电路图正确。对系统进行MATLAB建模仿真得出正确波形。 参考资料： [1] 王兆安,黄俊.电力电子技术[M].北京：机械工业出版社，2005.9. [2] 陈伯时．[M]．．．．[M]．．． 1 设计内容 1 2 方案设计 1 2.1方案介绍 1 2.2主电路设计 1 3 各主要部分工作原理 2 3.1 整流器部分 2 3.2 逆变器和充电器部分 3 3.3 蓄电池部分 5 3.4 转换开关部分 6 3.5 对方案的MATLAB仿真 7 4 IGBT常见损坏及解决对策 9 4.1 IGBT常见损坏形式 9 4.2 IGBT损坏的解决对策 9 7 结论 10 参考文献 11 2 方案设计 2.1方案介绍 在UPS 中使用的功率器件有双极型功率晶体管、功率MOSFET、可控硅和IGBT，IGBT 既有功率MOSFET 易于驱动，控制简单、开关频率高的优点，又有功率晶体管的导通电压低，通态电流大的优点、使用IGBT 成为UPS 功率设计的首选，只有对IGBT的特性充分了解和对电路进行可靠性设计，才能发挥IGBT 的优点。本文介绍UPS 中的IGBT 的应用情况和使用中的注意事项。 绝缘栅双极型晶体管（IGBT）是一种MOSFET 与双极晶体管复合的器件。它既有功率MOSFET 易于驱动，控制简单、开关频率高的优点，又有功率晶体管的导通电压低，通态电流大，损耗小的显著优点。据东芝公司资料，1200V/100A 的IGBT 的导通电阻是同一耐压规格的功率MOSFET 的1/10，而开关时间是同规格 GTR 的1/10。由于这些优点，IGBT广泛应用于不间断电源系统（UPS）的设计中。这种使用IGBT 的在线式UPS 具有效率高，抗冲击能力强、可靠性高的显著优点。 UPS 主要有后备式、在线互动式和在线式三种结构。在线式UPS 以其可靠性高，输出电压稳定，无中断时间等显著优点，广泛用于通信系统、税务、金融、证券、电力、铁路、民航、政府机关的机房中。本文以在线式为介绍对象，介绍UPS 中的IGBT 的应用。 2.2主电路设计 如图2.1 所示：当市电正常时，经滤波，分3路去控制后级电路：第1路是交流电整流变换为直流电，经充电器对蓄电池组进行浮充电；第2路是经过整流器和大电容滤波变为较为平稳的直流电，再由逆变器变换为稳压稳频的交流电，通过转换开关输送给负载；第3路是转换开关的控制，如果逆变器出现故障，在逻辑控制电路调控下，UPS转为市电直接给负载供电。 当市电出现故障(供电中断、电压过高或过低)，UPS工作程序如下：关闭充电器，停止对蓄电池充电；逆变器改为由蓄电池供电，维持负载电能的连续性。 图2.1 设计方案——在线式不间断电源主电路 3 各主要部分工作原理 3.1 整流器部分 图3.1 单桥式整流 1）部件组成：降压（升压）变压器，单相桥式全控整流电路。经过变压器的合适交流电，送入桥式全控整流电路，在桥式全控中触发电路的控制下，进行整流。输出直流电压。 2）说明：整流器是UPS的重要组成部分，它具有两个主要功能：第一，将市电交流电转换为直流电，经滤波后供给逆变器；第二，给蓄电池提供充电电压，因此可起到充电器的作用。通常，UPS中的整流器有如下几方面的要求： (1)整流器的输出电压的大小要能调节，以满足对蓄电池进行浮充电和均衡充电的要求。 (2)整流器的输出要稳定，一般稳态精度要达到1％。 (3)具有一定的过载能力。 (4)整流器的输出电压的纹波要小，一般要求在额定负载时小于额定输出电压的1％。 (5)具有过载、短路、过热、过电压、欠电压等保护和报警功能。 (6)启动要平稳，运行要稳定可靠。 3.2 逆变器和充电器部分 逆变器是UPS的核心部分，负责把整流滤波后得到的直流电或蓄电池存储的直流电转化为用户所需的稳压稳频的交流电能。对于大多数UPS来说，逆变器输出电压质量的高低，在很大程度上决定了整个U