正弦波逆变器的课程设计要点.docx

目 录 目 录 1 第一章 绪论 2 正余弦波逆变器的概念 2 正余弦波逆变器的发展历史 2 概述 2 正余弦波逆变器器件概述 3 第二章 正弦波逆变器中的开关器件及其基本工作原理 4 可关断晶体管（GTO） 4 电力晶体管（GTR） 5 功率场效应晶体管（Power MOSFET） 6 绝缘栅双极晶体管（IGBT） 7 小结 8 第三章 正弦波逆变器设计总体思路 9 总体框架图 9 局部电路 9 电压型逆变器 9 电流型逆变器 10 正弦脉宽调制逆变器 11 PWM 逆变电路及其工作原理 11 总控制电路 13 控制局部电路 15 第四章 SPWM 逆变器的应用 16 SPWM 逆变器的概况 16 SPWM 逆变器的应用场合 16 总结 17 参考文献 17 第一章 绪论 正弦波逆变器的概念 所谓逆变器，是指整流器的逆向变换装置。其作用是通过半导体功率开关器件（例如 GTO,GTR,功率 MOSFET 和 IGBT 等）的开通和关断作用，把直流电能换成交流电能，它是一种电能变换装置逆变器。 特别是弦波逆变器，其主要用途是用于交流传动，静止变频和 UPS 电源。逆变器的负载多半是感性负载。为了提高逆变效率，存储在负载电感中的无功能量应能反馈回电源。因此要求逆变器最好是一个功率可以双向流动的变换器，即它既可以把直流电能传输到交流负载侧，也可以把交流负载中的无功电能反馈回直流电源。 弦波逆变器的发展历史 概述 逆变器的原理早在 1931 年就在文献中提到过。1948 年，美国西屋电气公司用汞弧整流器制成了 3000HZ 的感应加热用逆变器。 1947 年，第一只晶体管诞生，固态电力电子学随之诞生。1956 年，第一只晶体管问世，这标志着电力电子学的诞生，并开始进入传统发展时代。在这个时代，逆变器继整流器之后开始发展。首先出现的是 SCR 电压型逆变器。1961 年，B.D.Bedford 提出了改进型 SCR 强迫换向逆变器，为 SCR 逆变器的发展奠定了基础。1960 年以后，人们注意到改善逆变器波形的重要性，并开始进行研究。1962 年，A.Kernick 提出了“谐波中和消除法”，即后来常用的“多重叠加法”，这标志着正弦波逆变器的诞生。1963 年，F.G.Turnbull 提出了“消除特定谐波法”，为后来的优化 PWM 法奠定了基础，以实现特定的优化目标，如谐波最小，效率最优，转矩脉动最小等。 20 世纪 70 年代后期，可关断晶闸管 GTO、电力晶体管 GTR 及其模块相继实用化。80 年代以来，电力电子技术与微电子技术相结合，产生了各种高频化的全控器件，并得到了迅速发展，如功率场效应管 Power MOSFET、绝缘门极晶体管 IGT 或 IGBT、静电感应晶体管 SIT、静电感应晶闸管 SITH、场控晶闸管 MCT，及 MOS 晶体管 MGT 等。这就是、使电力电子技术由传统发展时代进入到高频化时代。在这个时代，具有小型化和高性能特点的新逆变技术层出不穷。特别是脉宽调制波形改善技术得到了飞速的发展。 1964 年，由 A.Schonung 和 H.Stemmler 提出的、把通信系统调制技术应用到逆变技术中的正弦波脉宽调制技术（Sinusoida-PWM，简称 SPWM），由于当时开关器件的速度慢而未得到推广。直到 1975 年才由 Bristol 大学的 S.R.Bowse 等把 SPWM 技术正式应用到逆变技术中，使逆变器的性能大大提高，并得到了广泛的应用和发展，也使正弦波逆变技术达到了一个新高度。此后，各种不同的PWM 技术相继出现，例如注入三次谐波的PWM、空间相量调制（SVM）、随机 PWM、电流滞环 PWM 等，成为高速器件逆变器的主导控制方式。至此，正弦波逆变技术的发展已经基本完善。 正余弦波逆变器的器件概述 电力电子器件的发展经历了晶闸管（SCR）、可关断晶闸管（GTO）、晶体管（BJT）、绝缘栅晶体管（IGBT）等阶段。目前正向着大容量、高频率、易驱动、低损耗、模块化、复合化方向发展，与其他电力电子器件相比，IGBT 具有高可靠性、驱动简单、保护容易、不用缓冲电路和开关频率高等特点，为了达到这些高性能，采用了许多用于集成电路的工艺技术，如外延技术、离子注入、精细光刻等。 IGBT 最大的优点是无论在导通状态还是短路状态都可以承受电流冲击。它的并联不成问题，由于本身的关断延迟很短，其串联也容易。尽管IGBT 模块在大功率应用中非常广泛，但其有限的负载循环次数使其可靠性成了问题，其主要失效机理是阴极引线焊点开路和焊点较低的疲劳强度，另外,绝缘材料的缺陷也是一个问题。 随着电力电子技术的飞速发展，正弦波输出变压变频