IGBT单相电压型全桥无源逆变电路设计要点文档格式.docx
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信息与通讯工程学院
电气工程及其自动化业：
专
1005044245
号胡定章学生姓名：
：
学
IGBT单相电压型全桥无源逆变电路设计课程设计题目
4日日~01月12日起迄期:
月24
课程设计地点:
电气工程系软件实验室
指导教师:
石喜玲
王忠庆系主任
下达任务书日期:
2012年12月24日
课程设计任务书
1．设计目的：
1.加深理解《电力电子技术》课程的基本理论
2.掌握电力电子电路的一般设计方法，具备初步的独立设计能力
3.学习MATLAB仿真软件及各模块参数的确定
2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：
设计条件：
1.电源电压：
直流U=100Vd2.输出功率：
300W
?
1KHz方波，脉宽3.输出电压波行90?
4.阻感负载
根据课程设计题目和设计条件，说明主电路的工作原理、计算选择元器件参数。
设计内容包括：
1.IGBT电流、电压额定参数选择
2.IGBT控制电路的设计
3．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书（论文）、图纸、实物样品等〕：
1.根据设计题目要求的指标，通过查阅有关资料分析其工作原理，确定各器件参数，设计电路原理图；
2.利用MATLAB仿真软件绘制主电路结构模型图，设置相应的参数。
用示波器模块观察和记录电源电压、控制信号、负载电压的波形图。
3.
4．主要参考文献：
[1].王兆安.电力电子技术.机械工业出版社.2009
[2].李传琦.电力电子技术计算机仿真实验.电子工业出版社.2005
[3].洪乃刚.电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真.机械工业出版社.2006
[4].钟炎平.电力电子电路设计.华中科技大学出版社.2010
5．设计成果形式及要求：
1.电路原理图及各器件参数计算
2.MATLAB仿真
3.编写课程设计报告。
6．工作计划及进度：
2012年12月24日~12月25日设计电路，计算参数
12月26日~12月31日对设计的电路进行MATLAB仿真
2013年01月01日~01月04日编写课程设计说明书，答辩或成绩考核
系主任审查意见：
签字：
年月日
录目
1引言………………………………………………………………………………1
1工作原理概论……………………………………………………………………2
1的简述……………………………………………………………………2.1IGBT2电压型逆变电路的特点及主要类型…………………………………………2.2
2单相电压型全桥无源逆变电路原理分析………………………………2.3IGBT3主电路设计及参数选择…………………………………………………………3
3主电路仿真图…………………………………………………………………3.1
33.2参数设置及计算…………………………………………………………………33.2.1参数设置………………………………………………………………………33.2.2计算……………………………………………………………………………43.2.3设置主电路……………………………………………………………………54仿真电路结果的分析……………………………………………………………54.1仿真电路图………………………………………………………………………5
4.1.1
触发电平与负载输出波的波形图…………………………………1.1.1
6IGBT电流电压波形图………………………………………………………4.1.2
64.2仿真波形分析……………………………………………………………………5总结…………………………………………………………………………………7
参考文献………………………………………………………………………………7
2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，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。
3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：
等效电路和电气图形符号图1IGBT它的开通和关断是由栅极和发射极间的电压错误！
未找到引用源。
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，使得电阻错误！
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1
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，直流侧电容起缓冲无功能量的作用。
为了给交流侧想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示：
图2电压型全桥无源逆变电路的电路图
2
由于采用绝缘栅晶体管（IGBT）来设计,如图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。
因为是电阻负载，故晶体管均没有续流作用。
输出电压和电流的波形相同，均为90度正值、90度零、90度负值、90度零……这样一直循环下去。
4主电路设计及参数选择
4.1主电路仿真图
在本次设计中，主要采用单相全桥式无源逆变电路（电阻负载）作为设计的主电路。
由于软件上的电源等器件都是理想器件，故可将直流侧并联的大电容直接去掉。
由以上工作原理概论的分析可得其主电路仿真图如下所示：
图3单相电压型全桥无源逆变电路（阻感负载）的主电路
3.2参数设计及计算
3.2.1参数设置
电阻负载，直流侧输入电压错误！
=100V,脉宽为θ=90°
的方波，输出功率为300W，电容设置为理想零状态。
频率为1000Hz。
3.2.2计算
由频率为1000Hz即可得出周期为T=0.001s，由于V3的基波信号比V1的落后
3
了90度（即相当1/4个周期）。
通过换算得：
t3=0.001/4=0.00025s，而t1=0s。
同理得：
t2=0.001/2=0.0005S,而t4=0.00075S。
由理论情况有效值：
Uo=Ud/2=50V。
又因为P=300W所以有电阻：
R=Uo*Uo/P=8.333Ω
电感：
1.414Ud=Ldi/dt+IdR，
得L=0.0002H
则输出电流有效值：
Io=Uo/R=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）V
3.2.3设置主电路
VT2的触发电平参数设置：
幅值：
5V，周期：
0.001s，占空比50%，延迟0；
0.001s，占空比50%，延迟0.0005；
VT3的触发电平参数设置：
0.001s，占空比50%，延迟0.00025；
VT4的触发电平参数设置：
0.001s，占空比50%，延迟0.00075。
4
5仿真电路结果的分析5.1仿真电路图的波形图触发电平与负载输出波5.1.1
5V。
的触发电压，1到4栏）依次为VT1,VT2,VT3,VT4幅值为如下图从上到下（，输出电压波形（最大值12A）从上到下（5到6栏）依次为输出电流（最大值为）。
为100V5
触发电平与负载输出的波形图电流电压波形图4.1.2IGBT输出电），VT1,VT2,VT3,VT4输出电流（最大值为12A如下图从上到下依次为）。
压波形（最大值为100V
IGBT输出波形图4.2仿真波形分析在接电阻负载时，采用移相的方式来调节逆变电路的输出电压。
移相调压实
际上就是调节输出电压脉冲的宽
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