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电⼒电⼦课程设计_IGBT单相电压型全桥⽆源逆变电路（阻感负载）

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，和整流电路相⽐较，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使⽤。

2⼯作原理概论

2.1IGBT的简述

绝缘栅双极晶体管（Insulated-gateBipolarTransistor）,英⽂简写为IGBT。它是⼀种典型的全控器件。它综合了GTR和MOSFET的优点，因⽽具有良好的特性。现已成为中、⼤功率

电⼒电⼦设备的主导器件。IGBT是三端器件，具有栅极G、集电极C和发射极E。它可以看成是⼀个晶体管的基极通过电阻和MOSFET相连接所构成的⼀种器件。其等效电路和电⽓

符号如下：

图2-1IGBT等效电路和电⽓图形符号

它的开通和关断是由栅极和发射极间的电压所决定的。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。当⼭脊和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。

2.2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，并且和负载阻抗⾓⽆关。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。

2.3IGBT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）来设计,如图2-2的单相桥式电压型⽆源逆变电路，此课程设计为阻感负载，故应将RLC负载中电容的值设为零。此电路由两对桥臂组成，V1和V4和

V2和V3两对桥臂各导通180度。再加上采⽤了移相调压法，所以VT3的基极信号落后于VT1的90度，VT4的基极信号落后于VT2的90度。

V1和V

2

栅极信号各半周正偏、半周反偏，互补。u

o

为矩形波，幅值为Um=Ud/2，

io波形随负载⽽异，感性负载时，图2-3-b，V

1

或V

2

通时，i

o

和u

o

同⽅向，直流侧

向负载提供能量，VD

1或VD

2

通时，i

o

和u

o

反向，电感中贮能向直流侧反馈，VD

1

、

VD

2称为反馈⼆极管，还使i

o

连续，⼜称续流⼆极管。

在阻感负载时，还可以采⽤移相的⽅式来调节逆变电路的输出电压，这种⽅式

称为移相调压。移相调压实际上就是调节输出电压脉冲的宽度。在单相桥式逆变电路中，个IGBT的栅极信号仍为180度正偏，180度反偏，并且V1和V2的栅极信号互补，V3和V4的

栅极信号互补，但V3的基极信号不是⽐V1落后180度，⽽是只落后θ（0θ180).也就是说，V3、V4的栅极信号不是分别和V2、V1的栅极信号同相位，⽽是前移了180-θ。这样，输

出电压u0就不再是正负各180度的脉冲，⽽是正负各为θ的脉冲，由于输⼊为DC100V，输出幅值也是100V，θ=90°，则输出电压有效值为50V。各IGBT的栅极信号uG1～uG4及输

出电压u0、输出电流i0的波形如下图所⽰。

图2-3θ如图所⽰

3系统总体⽅案

3.1.确定各器件