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)

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1、电子技术课程设计说明书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2.1IGBT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

2、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与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导通第14页共14页电子技术课程设计说明书。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

3、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

4、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

5、成由两个半桥电路组合而成。其基本电路连接图如下所：第14页共14页电子技术课程设计说明书图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与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

6、异，感性负载时，图2-3-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。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（0<θ<180).

7、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。第14页共14页电子技术课程设计说明书图2-3θ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=100V2.输出功率：300W3.输出电压波行1KHz方波，脉宽θ

8、=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=0st2=0.001/2=0.0005s，t4=0.00075s100*θ/180°=100V*90