IGBT单相电压型全桥无源逆变电路设计要点文档格式.docx

1、 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

2、：直流U=100V d 2.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

3、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

4、引言1 1 工作原理概论2 1 的简述2.1 IGBT 2 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2.3 IGBT 3 主电路设计及参数选择3 3 主电路仿真图3.1 3 3.2参数设置及计算 3 3.2.1参数设置 3 3.2.2计算 4 3.2.3设置主电路 5 4 仿真电路结果的分析5 4.1 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 6 IGBT电流电压波形图4.1.2 6 4.2 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

5、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. 1 IGBT的简述 绝缘栅双极晶体管（Insulated-gate Bipolar Transistor）,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

6、效电路和电气符号如下： 等效电路和电气图形符号图1 IGBT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

7、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。2.3 IGBT单相电压型全桥无源逆变电路原理分析 单

8、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

9、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=90的方波，输出功率为300W，电容设置为理想零状态。频率为1000

10、Hz。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=8.333 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=

11、-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=（23）*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100V 5 触发电平与负载输出的波形图 电流电压波形图4.1.2 IGBT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