畢業(yè)設(shè)計---- 15kva逆變電源設(shè)計

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計說明書</b></p><p>　　題 目： 15kVA逆變電源設(shè)計 </p><p>　　專業(yè)班級： 電氣工程0683班 </p><p>　　學(xué)生姓名： &

2、lt;/p><p>　　完成日期： 2010年6月 </p><p>　　指導(dǎo)教師： 講師 </p><p>　　評閱教師： </p><p><b>　　20

3、10年 6 月</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書</p><p>　　題目： 15kVA逆變電源設(shè)計 </p><p>　　姓名 學(xué)院 應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 專業(yè)_電氣工程及其自動化 班級 0683班 學(xué)號 12

4、 </p><p><b>　　基本任務(wù)及要求：</b></p><p>　　主要設(shè)計內(nèi)容如下： </p><p>　　1、理解逆變電源的工作原理，確定系統(tǒng)主電路 ：

5、 </p><p>　　包括主電路結(jié)構(gòu)的選擇，逆變功率器件的選擇 ，參數(shù)計算 </p><p>　　2、確定系統(tǒng)驅(qū)動電路 </p><p>　　3、設(shè)計系統(tǒng)的控制電路（包括保護(hù)電路、觸發(fā)電路等）

6、 </p><p>　　4、提交畢業(yè)設(shè)計論文和圖紙 </p><p>　　參數(shù)如下: </p><

7、;p>　　直流側(cè)輸入電壓:750V </p><p>　　輸出交流電壓:380/220V </p><p>　　輸出頻率:50Hz

8、 </p><p>　　容量:15kVA </p><p>　　進(jìn)度安排及完成時間：</p><p>　　1、第1~2周：查閱資料；寫開題報告;確定總體方

9、案。 </p><p>　　2、第3~4周：畢業(yè)實習(xí)、撰寫實習(xí)報告。 a</p><p>　　3、第5~6周：確定系統(tǒng)主電路 a</p>&l

10、t;p>　　4、第7~8周：確定系統(tǒng)驅(qū)動電路 </p><p>　　5、第9~12周：設(shè)計系統(tǒng)的控制電路 a</p><p>　　6、第13~14周:撰寫畢業(yè)設(shè)計論文。

11、 a</p><p>　　7、第15周：指導(dǎo)老師評閱、電子文檔上傳FTP。 a</p><p>　　8、第16周：畢業(yè)設(shè)計答辯。 A</p><p><b>

12、;　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　ABSTRACTII</p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 課題背景1</p><p>　　1.2 現(xiàn)代逆變技術(shù)1<

13、/p><p>　　1.3 本課題的主要內(nèi)容和意義2</p><p>　　第2章 逆變功率器件的選擇4</p><p>　　2.1 逆變器用功率開關(guān)器件介紹4</p><p>　　2.2 功率器件的選擇5</p><p>　　2.2.1 IGBT的結(jié)構(gòu)特點和工作原理5</p><p>　　

14、2.2.2 IGBT的基本特性6</p><p>　　2.2.3 IGBT的主要參數(shù)9</p><p>　　2.2.4 IGBT的擎住效應(yīng)和安全工作區(qū)10</p><p>　　2.2.5 IGBT驅(qū)動電路的基本要求11</p><p>　　2.2.6 IGBT的保護(hù)方式11</p><p>　　2.3 逆變電

15、路的選擇12</p><p>　　2.3.1 逆變電路的介紹12</p><p>　　2.3.2 單相電壓型逆變電路13</p><p>　　2.3.3 三相電壓型逆變電路15</p><p>　　2.3.4 逆變電路的選擇16</p><p>　　第3章 系統(tǒng)主電路設(shè)計18</p><

16、;p>　　3.1 系統(tǒng)的主電路設(shè)計及其工作原理18</p><p>　　3.1.1 主電路的主要設(shè)計參數(shù)18</p><p>　　3.1.2 系統(tǒng)組成18</p><p>　　3.1.3 系統(tǒng)的主電路圖19</p><p>　　3.1.4 系統(tǒng)的工作原理20</p><p>　　3.2 主電路的參數(shù)設(shè)計

17、20</p><p>　　3.2.1 斬波器的設(shè)計20</p><p>　　3.2.2 整流與逆變電路的設(shè)計21</p><p>　　第4章 控制電路設(shè)計24</p><p>　　4.1 控制電路的設(shè)計24</p><p>　　4.1.1正弦脈寬調(diào)制波（SPWM）的產(chǎn)生原理24</p>&l

18、t;p>　　4.1.2 SA8282特性特點25</p><p>　　4.1.3單片機(jī)AT89C51最小系統(tǒng)及外圍擴(kuò)展芯片29</p><p>　　4.2 驅(qū)動電路的設(shè)計30</p><p>　　4.2.1 EXB840功能介紹30</p><p>　　4.2.2 驅(qū)動電路的設(shè)計31</p><p>　

19、　第5章 保護(hù)電路設(shè)計32</p><p>　　5.1 過流保護(hù)回路設(shè)計32</p><p>　　5.1.1 產(chǎn)生原因及危害32</p><p>　　5.1.2 過流保護(hù)電路32</p><p>　　5.1.3 工作原理33</p><p>　　5.2 泵升電壓保護(hù)回路設(shè)計33</p>&l

20、t;p>　　5.3 過（欠）壓保護(hù)回路的設(shè)計33</p><p>　　5.3.1 過壓保護(hù)電路33</p><p>　　5.3.2 緩沖吸收回路設(shè)計34</p><p><b>　　結(jié)束語37</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)38</b></p><p

21、><b>　　致謝39</b></p><p>　　附錄 系統(tǒng)電氣原理圖40</p><p>　　15kVA逆變電源設(shè)計</p><p>　　摘要：本次設(shè)計的容量15kVA，頻率為50Hz的逆變電源，在分析以IGBT為主要器件的逆變器基礎(chǔ)上，給出了直流斬波電路和三相全橋逆變電路的工作原理。</p><p>　　

22、該逆變電源通過斬波電路將輸入的750V直流電壓轉(zhuǎn)換為440V直流電壓后經(jīng)過逆變電路逆變成交流電壓，最后經(jīng)過變壓器得到380/220V交流電壓。逆變器中的IGBT驅(qū)動電路由SPWM進(jìn)行控制，通過對主要的驅(qū)動電路以及控制電路的設(shè)計，使得該逆變電源得以實現(xiàn)。設(shè)計中說明了對各元件的參數(shù)計算和選擇，并且還提出了IGBT的保護(hù)電路方案。</p><p>　　關(guān)鍵詞：IGBT；逆變器；斬波電路；SPWM；短路保護(hù)</p&

23、gt;<p>　　Designing of 15kVA Inverter Power</p><p>　　ABSTRACT: This paper has designed a inverter power supply of volume 15kVA, working frequency 50HZ, based on that has analyzed the characteristic of

24、IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). It was provided the working theory of DC Chopper and bridge type invert circuit. </p><p>　　The inverter power supply first turn the 750 DC volt into 440 DC volt by B

25、uck Converter, then The inverter control can invert 440 DC volt into 380/220 AC volt. The drive circuit of IGBT in the inverter was controlled by SPWM. The design of drive circuit and control circuit can make the inverte

26、r power supply working, There are introductions of design and chosen about every component, also shot circuit protection of IGBT was advanced.</p><p>　　Keywords: IGBT; Inverter Power; Buck Converter; SPWM; S

27、hort Protection</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p><b>　　1.1 課題背景</b></p><p>　　電源設(shè)備廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究、經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國防設(shè)施及人民生活等各個方面，是電子設(shè)備和機(jī)電設(shè)備的基礎(chǔ)，她與國民經(jīng)濟(jì)各個部門相關(guān)，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用得最為廣泛?？梢哉f，凡是涉

28、及電子和電工技術(shù)的一切領(lǐng)域都要用到電源設(shè)備，她不僅提供優(yōu)質(zhì)電能，還對科學(xué)技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生巨大的影響，例如由于超小型、高效率的高頻開關(guān)電源的出現(xiàn)，促進(jìn)了航空航天和艦船技術(shù)的發(fā)展;不間斷電源(UPS)的研制成功大大提高了計算機(jī)、通信、導(dǎo)航、醫(yī)療等設(shè)備的可靠性;脈沖電源廣泛應(yīng)用于電焊、電鍍等行業(yè)，節(jié)省了大量的電能和原材料。從而可以看出電源技術(shù)的研究對國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重大意義。電源分為三大類：</p><p>　　1）把

29、其他能量轉(zhuǎn)換成電能，例如水力、火力、風(fēng)力及核能發(fā)電等，一般稱這種電源為一次電源(即供電電源，俗稱電網(wǎng)或市電)。</p><p>　　2）在電能傳輸過程中，在供電電源和負(fù)載之間對電能進(jìn)行變換或穩(wěn)定處理，一般稱這種電源為二次電源(即對已有的電源進(jìn)行控制)。</p><p>　　3）平時把能量以某種形式儲存起來，使用時再變成電能供給負(fù)載，典型的器件就是人們常見的各種蓄電池，一般稱此為化學(xué)電源。&

30、lt;/p><p>　　其中，二次電源起著很重要的作用。二次電源，就是把輸入電源(由電網(wǎng)、蓄電池或燃油發(fā)電機(jī)供電等)變換成在電壓、電流、頻率、波形及在穩(wěn)定性、可靠性(含電磁兼容、絕緣散熱、不間斷供電、智能藍(lán)控)等方面符合要求的電能供給負(fù)載，這是目前應(yīng)用最廣泛的電源技術(shù)領(lǐng)域，主要研究如何利用電子技術(shù)對電功率進(jìn)行變換及控制，它廣泛運用電磁技術(shù)、電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和材料技術(shù)等學(xué)科理論，具有較強的綜合性。本課題所做的電源即

31、屬于此類。</p><p>　　1.2 現(xiàn)代逆變技術(shù)</p><p>　　逆變技術(shù)，逆變技術(shù)就是電力電子技術(shù)上的使直流變成交流(DC/AC)的一門技術(shù)， 是電力電子學(xué)四種變換技術(shù)中最主要的一種。它的基本功能是是使交流電能(AC)與直流電能(DC)進(jìn)行相互變換.它是電力電子技術(shù)領(lǐng)域中最為活躍的部分.逆變器就是通過半導(dǎo)體功率開關(guān)器件(SCR、GTO、GTR、IGBT和功率MOSFET模塊等)開

32、通和關(guān)斷作用,實現(xiàn)逆變的電能轉(zhuǎn)換裝置。</p><p>　　現(xiàn)代逆變技術(shù)主要包括半導(dǎo)體功率集成器件的應(yīng)用、功率變換電路和逆變控制技術(shù)三部分內(nèi)容。</p><p>　　逆變技術(shù)的分類方式很多，主要分類方式敘述如下。</p><p>　　1）按逆變器輸出交流的頻率分為：工頻（50—60Hz）、中頻（400H—幾十kHz）逆變和高頻（幾十kHz—幾MHz）逆變；</

33、p><p>　　2）按逆變器輸出交流能量的去向分為：無源逆變和有源逆變；</p><p>　　3）按逆變器功率的流動方向分為：單向逆變和雙向逆變；</p><p>　　4）按逆變器輸出電壓的波形分為：正弦波逆變和非正弦波逆變；</p><p>　　5）按逆變器輸出電壓的電平分為：二電平逆變和多電平逆變；</p><p>　

34、　6）按逆變器輸出的交流的相數(shù)分為：單相逆變、三相逆變和多相逆變；</p><p>　　7）按逆變器輸入與輸出的電氣隔離分為：非隔離型逆變、低頻鏈逆變和高頻鏈逆變；</p><p>　　8）按逆變器輸入直流電源的性質(zhì)分為：電壓源逆變和電流源逆變；</p><p>　　9）按逆變器的電路結(jié)構(gòu)分為：單端式逆變、推挽式逆變和全橋式逆變；</p><p&

35、gt;　　10）按逆變器的功率開關(guān)管分為：大功率晶體管（GTR）逆變；晶閘管（SCR）逆變、可關(guān)斷晶閘管（GTO）逆變、功率場效應(yīng)管（MOSFET）逆變和絕緣柵雙極晶體管（IGBT）逆變；</p><p>　　11）按逆變器的功率開關(guān)管工作方式分為：硬開關(guān)逆變、諧振式逆變和軟開關(guān)逆變；</p><p>　　12）按逆變器的控制方式分為：脈寬調(diào)制（PWM）逆變、脈頻調(diào)制（PFM）逆變和數(shù)字逆

36、變。</p><p>　　1.3 本課題的主要內(nèi)容和意義</p><p>　　理解逆變電源的工作原理,確定系統(tǒng)主電路,確定系統(tǒng)驅(qū)動電路,設(shè)計系統(tǒng)的控制電路,要求設(shè)計出輸出電壓為三相380/220V，輸出頻率50Hz，容量15kVA，并設(shè)計出完善的保護(hù)功能裝置。本課題的目的就是研制多功能、智能化、高性能逆變電源，要求該逆變電源具有各種保護(hù)和運行控制功能，具有完善的運行參數(shù)顯示和實時監(jiān)控，具有

37、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通訊能力，具體如下：</p><p>　　1）通用性：不僅可以作為獨立電源使用，還可以實現(xiàn)與電網(wǎng)電壓的相位同頻，實現(xiàn)與電網(wǎng)電壓的相互切換，作為后備式正弦波UPS使用，可以廣泛應(yīng)用于電力、郵電鐵路等領(lǐng)域。</p><p>　　2）智能化：系統(tǒng)有實時的監(jiān)控系統(tǒng)，可以隨時對對象進(jìn)行監(jiān)控，對工作參數(shù)進(jìn)行修改調(diào)節(jié)。</p><p>　　3）高性能：立足于產(chǎn)品化設(shè)計，采

38、用先進(jìn)合理的控制策略，實現(xiàn)逆變電源的高效率、高可靠性、高品質(zhì)。</p><p>　　第2章 逆變功率器件的選擇</p><p>　　2.1 逆變器用功率開關(guān)器件介紹</p><p>　　下面介紹當(dāng)前主要功率開關(guān)器件的特性及其應(yīng)用情況。</p><p>　　1）晶閘管：這是最早應(yīng)用的一種功率開關(guān)器件，其特點是功率最大，應(yīng)用最廣。普通型SCR的

39、電壓高達(dá)6000V，電流達(dá)數(shù)千安培，自身正向壓降約為1.5V，開通僅需要在控制級上加一個小觸發(fā)脈沖即可，但關(guān)斷時必須用電感、電容和輔助開關(guān)器件組成的強迫換向電路。其工作頻率不大于400Hz。由于其工作頻率低，關(guān)斷電路復(fù)雜，效率低，功耗大，因此在PWM調(diào)制中產(chǎn)生的正弦波不夠完善，并且噪聲大。目前，逆變器中已經(jīng)基本不再用SCR作為功率開關(guān)器件，SCR主要用做UPS的靜態(tài)開關(guān)。</p><p>　　2）功率場效應(yīng)管（M

40、OSFET）：功率MOSFET是一種全控型三端開關(guān)器件。其特點是開關(guān)速度快，安全工作區(qū)寬，熱穩(wěn)定性好，線性控制能力強，采用電壓控制，易于實現(xiàn)數(shù)控，因此常常作為開關(guān)器件實現(xiàn)電量的逆轉(zhuǎn)換。MOSFET的缺點是輸入阻抗高，抗靜電干擾能力差，承載能力和工作電壓比較低，多用于電壓為500V以下的低功率高頻開關(guān)逆變器。由于受功率的限制，因此它只適用于小功率逆變器。</p><p>　　3）BJT（功率GTR）晶體管：BJT直

41、到1985年實現(xiàn)達(dá)林頓模塊后才達(dá)到300A、1000V和增益100的水平。大功率晶體管開關(guān)時間為1.5us，自身電壓降為1.5V。若采用多重達(dá)林頓晶體管提高增益，則開關(guān)時間增長，自身電壓降會增大。由于其開通狀態(tài)必須飽和，因此電流增益很低，往往要求驅(qū)動電路輸出很大的電流，使功率消耗增大，在20世紀(jì)80年代中期，它曾用于中小功率逆變器中，現(xiàn)在已經(jīng)基本不使用了。</p><p>　　4）絕緣柵雙極晶體管（IGBT）：I

42、GBT是一種新發(fā)展起來的復(fù)合型功率開關(guān)器件，它既有單極型電壓驅(qū)動的MOSFET的優(yōu)點，又結(jié)合了雙極型開關(guān)器件BJT耐高壓，電流大的優(yōu)點。其開關(guān)速度顯然比功率MOSFET低，但遠(yuǎn)高于BJT，又因為它是電壓控制器件，故控制電路簡單、穩(wěn)定性好。IGBT的最高電壓為1200V，最大電流為1000A，工作頻率高達(dá)1000kHz。它具有電壓控制和開關(guān)時間（約為300ns）極短的優(yōu)點。其正向壓降約為3V。</p><p>　　

43、在現(xiàn)代的UPS中IGBT普遍被用作逆變器或整流器開關(guān)器件。它是全控型開關(guān)器件，通過數(shù)控技術(shù)控制IGBT的通斷，能有效地將輸入電壓與輸入電流保持同步，使功率因數(shù)等于1，從而減小了UPS整流器對市電電源的干擾。</p><p>　　2.2 功率器件的選擇</p><p>　　通過對各種功率器件的分析，對于本次15kVA逆變電源設(shè)計將選用IGBT場效應(yīng)晶體管作為逆變器用功率開關(guān)器件。下面就對絕緣

44、柵雙極晶體管（IGBT）做詳細(xì)的介紹。</p><p>　　絕緣柵雙極性晶體管 (Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)是功率MOSFET和雙極型功率晶體管組合在一起的復(fù)合功率器件。它既具有MOSFET管的通/斷速度快、輸入阻抗高、驅(qū)動功率小、熱穩(wěn)定性好和驅(qū)動電路簡單等優(yōu)點，又具有大功率雙極晶體管的容量大和阻斷電壓高的優(yōu)點。從IGBT問世以來得到了廣泛的應(yīng)用，發(fā)展很快。特別

45、是在開關(guān)和逆變電路中，它是被廣泛應(yīng)用的、理想的開關(guān)器件。</p><p>　　2.2.1 IGBT的結(jié)構(gòu)特點和工作原理</p><p>　　IGBT的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、等效電路和電氣符號如圖2-1所示。圖2-1（a）為IGBT的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，與MOSFET比較，IGBT是在MOSFET的漏極下又增加了一個注入?yún)^(qū)，因而形成了一個大面積的PN結(jié)（）。這樣使得IGBT導(dǎo)通時由注入?yún)^(qū)向N基區(qū)發(fā)射少子，從而對漂

46、移區(qū)電導(dǎo)率進(jìn)行調(diào)制，使得IGBT具有很強的流通能力。IGBT的等效電</p><p>　　圖2-1 IGBT的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、等效電路和電氣符號</p><p>　　路如圖2-1（b）所示。它是由MOSFET和雙極型功率晶體管組成的達(dá)林頓結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于一個由MOSFET驅(qū)動的厚基區(qū)PNP晶體管。因此IGBT的驅(qū)動原理與電力MOSFET基本相同，它是一種場控器件，其開通和關(guān)斷是由柵極和發(fā)射極間的電

47、壓uGE決定的，當(dāng)uGE為正且大于開啟電壓UGE(th)時，MOSFET內(nèi)形成溝道，并為晶體管提供基極電流進(jìn)而使IGBT導(dǎo)通。由于電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，使得調(diào)制電阻減小，這樣高耐壓的IGBT也具有很小的通態(tài)壓降。當(dāng)柵極與發(fā)射極間施加反向電壓或不加信號時，MOSFET內(nèi)的溝道消失，晶體管的基極電流被切斷，使得IGBT關(guān)斷。IGBT的電氣符號如圖2-1（c）所示。</p><p>　　IGBT具有正反向阻斷電壓高、通態(tài)電壓大

48、及通過電壓來控制其導(dǎo)通或關(guān)斷等特點。同時，由于采用MOS柵，其控制電路的功耗小，導(dǎo)通和關(guān)斷時的靜態(tài)功耗也很小，只是在狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程中存在一定的動態(tài)損耗。這種動態(tài)損耗也可以通過軟開關(guān)即使使其達(dá)到最小。由于IGBT具有這些特點，才使其被廣泛地作為功率開關(guān)期間用于開關(guān)和逆變電路中。</p><p>　　2.2.2 IGBT的基本特性</p><p>　　IGBT的基本特性分為靜態(tài)特性、動態(tài)特性和高

49、溫特性三個部分。</p><p>　　2.2.2.1 靜態(tài)特性</p><p>　　IGBT的靜態(tài)特性主要包括輸出（伏-安）特性、轉(zhuǎn)移特性和靜態(tài)開關(guān)特性。</p><p>　　1）輸出（伏-安）特性</p><p>　　IGBT的輸出（伏-安）特性曲線如圖2-2所示。它是表示以柵極-發(fā)射極間電壓為變量的集電極電流和集電極-發(fā)射極間電壓的關(guān)系曲

50、線。</p><p>　　圖2-2 IGBT的輸出（伏-安）特性曲線 </p><p>　　IBGT的輸出伏-安特性曲線分為四個區(qū)域：</p><p>　?。?）I區(qū)為截止區(qū)。在此區(qū)域內(nèi)，由于很小，隨著的增加很小，且變化不大。此時，基本上是C、E間的漏電流。</p><p>　?。?）II區(qū)為線性放大區(qū)。在此區(qū)域內(nèi)，隨著的增加，當(dāng)≥（IGB

51、T的開啟電壓）時，開始增加，并且隨著的變化呈線性關(guān)系：</p><p>　　式中，為IGBT的跨導(dǎo)。</p><p>　　當(dāng)IGBT用于逆變電路的開關(guān)狀態(tài)時，要求盡快越過這個區(qū)域，以便減小通態(tài)損耗。因此，這個參數(shù)在實際應(yīng)用中顯得不是很重要了。</p><p>　　（3）III區(qū)為飽和區(qū)。在此區(qū)域內(nèi)，當(dāng)為某一定值時，隨著的增加，基本不變，達(dá)到飽和。達(dá)到飽和后的集電極-

52、發(fā)射極電壓成為IGBT飽和電壓，記為。一般情況下=2—4V。</p><p>　?。?）IV區(qū)為擊穿區(qū)。當(dāng)為某個確定值時，增加并達(dá)到后，會突然增大，發(fā)生過電壓擊穿。此時的稱為IGBT的擊穿電壓。IGBT絕對不能用在此區(qū)域內(nèi)。</p><p><b>　　2）轉(zhuǎn)移特性</b></p><p>　　IGBT的轉(zhuǎn)移特性曲線如圖2-3所示。它表示在不變

53、的情況下，與的關(guān)系曲線。在很小時，=。隨著的增加，在=且繼續(xù)增加時，呈線性增加而進(jìn)入放大區(qū)。我們把從截止區(qū)轉(zhuǎn)移到線性放大區(qū)的轉(zhuǎn)移點稱為的柵極開啟電壓。一般情況下，=3—5V。</p><p>　　圖2-3 IGBT的轉(zhuǎn)移特性曲線</p><p><b>　　3)靜態(tài)開關(guān)特性</b></p><p>　　IGBT的靜態(tài)開關(guān)特性曲線如圖2-4所示

54、。IGBT的靜態(tài)開關(guān)特性實際上時表示IGBT瞬間從導(dǎo)通（關(guān)斷）狀態(tài)轉(zhuǎn)換成關(guān)斷（導(dǎo)通）的情況，即瞬間越過線性放大區(qū)的特性曲線。</p><p>　　圖2-4 IGBT的靜態(tài)開關(guān)特性曲線</p><p>　　2.2.2.2 動態(tài)特性</p><p>　　前面講述的靜態(tài)特性，只表明了IGBT從一個穩(wěn)態(tài)變換到另一個穩(wěn)態(tài)的特性，從而沒有涉及狀態(tài)變換的過程。IGBT狀態(tài)變換過

55、程的特性為其動態(tài)特性。</p><p>　　IGBT的動態(tài)特性與其負(fù)載有關(guān)。因為IGBT用于逆變電路時的負(fù)載多半時感性負(fù)載。IGBT的負(fù)載為感性時的動態(tài)特性曲線如圖2-5所示。</p><p><b>　　1）導(dǎo)通特性</b></p><p>　　一般情況下，IGBT的柵極加有一個負(fù)偏壓以保證IGBT可靠地處于關(guān)斷狀態(tài)。當(dāng)柵極電壓由這個負(fù)偏壓開

56、始往正方向變化時，由于柵極電容有個充電過程，在經(jīng)過一段時間后，達(dá)到柵極開啟電壓，IGBT的集電極電流才有漏電流開始增加。這段時間稱為導(dǎo)通延遲時間。再經(jīng)過一段時間后，達(dá)到=(為流經(jīng)感性負(fù)載的電流)。稱為電流上升時間。此時，開始下降，在時間內(nèi)下降到飽和電壓。稱為電壓下降時間。</p><p>　　IGBT的導(dǎo)通時間為、、之和，即</p><p><b>　　=++</b>

57、</p><p><b>　　2)關(guān)斷特性</b></p><p>　　在IGBT處于導(dǎo)通狀態(tài)時，柵極電容上充有正電壓，當(dāng)向負(fù)方向變化時，由于柵極電容有個放電過程，在經(jīng)過一段時間后，減小到柵極開啟電壓，集電極電流開始下降。這段時間稱為存儲時間。過后開始從=下降，由于感性負(fù)載的的作用，在上升過程中會產(chǎn)生電壓過沖，這段時間稱為電壓上升時間。在過后，繼續(xù)下降，最后達(dá)到，這段

58、時間稱為電流下降時間。</p><p>　　IGBT的關(guān)斷時間為、、之和，即</p><p><b>　　=++</b></p><p>　　第二代IGBT的導(dǎo)通時間=0.3~0.8，關(guān)斷時間=0.6~1.5；第三代IGBT的和則更小。</p><p>　　圖2-5 IGBT的負(fù)載為感性時的動態(tài)特性曲線</p&g

59、t;<p>　　2.2.2.3 高溫特性</p><p>　　IGBT具有優(yōu)良的高溫通態(tài)特性，在環(huán)境溫度（散熱片溫度）達(dá)到200左右時，仍能正常工作。特別值得一提的是，隨著溫度的增高，IGBT的正向壓降反而略有下降，并且還可以在某個特定的通態(tài)電流下，隨著溫度的變化，其通態(tài)正向壓降保持基本不變。當(dāng)通態(tài)電流高于此值時，隨著溫度的增高，其正向壓降略有增加。但實際應(yīng)用中，還是應(yīng)該注意器件的散熱問題，以避免器

60、件工作在高溫環(huán)境中。</p><p>　　2.2.3 IGBT的主要參數(shù)</p><p>　　IGBT的主要參數(shù)包括：</p><p>　　擊穿電壓、通態(tài)壓降和關(guān)斷時間toff。</p><p>　　最大集射極間電壓UCES 這是由器件內(nèi)部的PNP晶體管所能承受的擊穿電壓所確定的。</p><p>　　最大集電極電流

61、 包括額定直流電流IC和1ms脈寬最大電流ICP。</p><p>　　最大集電極功耗PCM 在正常工作溫度下允許的最大耗散功率。</p><p>　　IGBT的特性和參數(shù)特點可以總結(jié)如下：</p><p>　　IGBT開關(guān)速度高，開關(guān)損耗小。有關(guān)資料表明，在電壓1KV以上時，IGBT的開關(guān)損耗只有GTR的1/10，與電力MOSFET相當(dāng)。</p>

62、<p>　　在相同電壓和電流額定的情況下，IGBT的安全工作區(qū)比GTR大，而且具有耐脈沖電流沖擊的能力。</p><p>　　IGBT的通態(tài)壓降比VDMOSFET低，特別是在電流較大的區(qū)域。</p><p>　　IGBT的輸入阻抗高，起輸入特性與電力MOSFET類似。</p><p>　　與電力MOSFET和GTR相比，IGBT的耐壓和通流能力還可以進(jìn)一

63、步提高，同時可保持開關(guān)頻率高的特點。</p><p>　　2.2.4 IGBT的擎住效應(yīng)和安全工作區(qū)</p><p>　　根據(jù)圖2-1所示的IGBT結(jié)構(gòu)可以發(fā)現(xiàn)，在IGBT內(nèi)部寄生著一個N-PN+晶體管和作為主開關(guān)器件的P+N-P晶體管組成的寄生晶閘管。其中NPN晶體管的基極與發(fā)射極之間存在體區(qū)短路電阻，P形體區(qū)的橫向空穴電流會在該電阻上產(chǎn)生壓降，相當(dāng)于對J3結(jié)施加一個正向偏壓，在額定集電

64、極電流范圍內(nèi)，這個偏壓很小，不足以使J3開通，然而一旦J3開通，柵極就會失去對集電極電流的控制作用，導(dǎo)致集電極電流增大，造成器件功耗過高而損壞。這種電流失控的現(xiàn)象，就像普通晶閘管被觸發(fā)以后，即使撤消觸發(fā)信號晶閘管仍然因進(jìn)入正反饋過程而維持導(dǎo)通的機(jī)理一樣，因此被稱為擎住效應(yīng)或者自鎖效應(yīng)。引發(fā)擎住效應(yīng)的原因，可能是集電極電流過大（靜態(tài)擎住效應(yīng)），也可能是duCE/dt過大（動態(tài)擎住效應(yīng)），溫度升高也會加重發(fā)生擎住效應(yīng)的危險。動態(tài)擎住效應(yīng)比靜

65、態(tài)擎住效應(yīng)所允許的集電極電流還要小，因此所允許的最大集電極電流實際上是根據(jù)動態(tài)擎住效應(yīng)而確定的。</p><p>　　IGBT經(jīng)常用于開關(guān)工作狀態(tài)，因此，它的安全工作區(qū)分為正向偏置安全工作區(qū)和反向偏置安全工作區(qū)。</p><p>　　正偏安全工作區(qū)FBSOA是指柵一射極間加正偏壓時的安全工作區(qū)，對應(yīng)IGBT的導(dǎo)通狀態(tài)。如圖2-3所示，除和集一射極最大允許電壓邊界外，另一邊界對應(yīng)于允許的功耗

66、。因功耗與器件的導(dǎo)通時間密切相關(guān)，從圖中可以看出，IGBT的FBSOA也隨導(dǎo)通時間增加而減小。</p><p>　　反偏安全工作區(qū)RBSOA是指柵一射極間加反偏壓時的安全工作區(qū)，對應(yīng)IGBT的關(guān)斷狀態(tài).與FBSOA相比，三條邊界中，和相同，但另一條邊界為器件關(guān)斷后集一射極間重加正向電壓的上升率。</p><p>　　擎住效應(yīng)曾是限制IGBT電流容量進(jìn)一步提高的主要因素之一，但經(jīng)過多年的努力

67、，自20世紀(jì)90年代中后期開始，這個問題已得到了極大的改善，促進(jìn)了IGBT研究和制造水平的迅速提高。</p><p>　　2.2.5 IGBT驅(qū)動電路的基本要求</p><p>　　1）加在IGBT柵極G和射極E之間，用來開通和關(guān)斷IGBT的柵極驅(qū)動電壓的正、負(fù)脈沖，應(yīng)以足夠陡的上升沿和下降沿，使IGBT開關(guān)時間短，開關(guān)損耗小。</p><p>　　2）由驅(qū)動電路提

68、供的驅(qū)動電壓和驅(qū)動電流要有足夠的幅值，使IGBT總處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)。的幅值要綜合考慮減小IGBT通態(tài)損耗和提高其短路電流耐受能力這兩方面的要求來選取。本系統(tǒng)中為+15V。</p><p>　　3）在關(guān)斷過程中，為盡快抽出IGBT內(nèi)部PNP管中的存儲電荷，應(yīng)施加負(fù)偏壓-，其值受G，E極間最大反向耐壓的限制，在本系統(tǒng)中為-5V。</p><p>　　4）IGBT內(nèi)部存在寄生晶閘管，當(dāng)集電極電流

69、IC過大或IGBT關(guān)斷過程中 太高時，都可能使寄生晶閘管誤導(dǎo)通，形成靜態(tài)和動態(tài)擎住效應(yīng)，使IGBT失控。故應(yīng)注意限制IGBT集電極電流的最大值，本系統(tǒng)柵極外加串聯(lián)電阻，以延長其關(guān)斷時間，減小的值。</p><p>　　5）由于IGBT在電力電子設(shè)備中多用于高電壓，所以驅(qū)動電路應(yīng)與控制電路在電位上嚴(yán)格隔離本系統(tǒng)中，采用了TLP521光藕進(jìn)行隔離。</p><p>　　6）IGBT的柵極驅(qū)動電

70、路應(yīng)盡量簡單實用和可靠，自身最好帶有對IGBT的保護(hù)功能，并有較強的抗干擾性。驅(qū)動電路與IGBT的連線要盡量短，并采用絞線或同軸電纜線。 本次設(shè)計采用的是富士公司的EXB系列（EXB840）直接驅(qū)動IGBT。</p><p>　　2.2.6 IGBT的保護(hù)方式</p><p>　　在電力電子電路中，除了電力電子器件參數(shù)選擇合適、驅(qū)動電路設(shè)計良好外，采用合適的過電壓保護(hù)、過電流保護(hù)、保護(hù)和保

71、護(hù)也時必要的。</p><p><b>　　1）過電壓保護(hù)</b></p><p>　　IGBT用于逆變電源時，其負(fù)載均為感性。當(dāng)IGBT處于開關(guān)過程中時，會產(chǎn)生開關(guān)浪涌電壓，幅值過大或持續(xù)時間較長的浪涌電壓會損壞IGBT。為保護(hù)IGBT，除盡量減小感性負(fù)載的漏感和分布電感外，還應(yīng)考慮采用過壓抑制電路對IGBT進(jìn)行過壓保護(hù)。</p><p>&

72、lt;b>　　2）過電流保護(hù)</b></p><p>　　IGBT耐受過電流的能力很有限。這種能力通常用在一定條件下IGBT耐受過電流而不損壞的時間來表征。所謂過流保護(hù)，就是指用一定的保護(hù)措施使過電流的持續(xù)時間小于。</p><p>　　引起IGBT短路的主要原因有四鐘情況：橋臂上一個IGBT管或二極管損壞，引起直通短路；橋臂上兩個管子都損壞引起橋臂短路；接線錯誤引起輸出

73、短路；還有接線錯誤或絕緣損壞引起負(fù)載對地短路。所有這些短路情況都應(yīng)加以保護(hù)。在相同的電源電壓和門極電壓下，耐受短路的時間以直通短路為最短，橋劈短路和輸出短路為最長，所以任何一種短路現(xiàn)象都可以按直通短路處理來設(shè)計短路保護(hù)。</p><p>　　IGBT的短路耐受能力與柵極電壓有關(guān)。越小，短路耐受能力就越強。</p><p>　　一般來說，飽和壓降2V左右的IGBT的短路耐受能力僅有幾微妙，這

74、樣短的時間內(nèi)，保護(hù)電路要辨別是很困難的，故不能保證保護(hù)的可靠性。</p><p>　　由圖2-2可知，降低可提高IGBT的短路耐受能力，因此可以這樣設(shè)想：檢測到短路，便降低，這樣便可延長短路時間。IGBT在短路時關(guān)斷，電流很大，如果按正常工作時的關(guān)斷速度進(jìn)行，則會因過大的回路電感電勢L疊加在上，形成幅度很高的尖脈沖，損壞主回路IGBT和其他元器件。因此必須較慢地逐漸減小直到IGBT關(guān)斷。這就是所謂的“軟關(guān)斷”。&

75、lt;/p><p>　　以上短路保護(hù)的基本思想通過EXB840的內(nèi)部集成保護(hù)電路得到了實現(xiàn)，在進(jìn)行過流檢測和硬件電路延時保護(hù)的同時，EXB840向CPU發(fā)出一過流保護(hù)信號，在本系統(tǒng)中，使用89C51的外中斷輸入引腳來檢測過流信號，當(dāng)檢測到EXB840發(fā)來的過流信號時，在外中斷程序中，及時封鎖SPWM輸出信號，并通過數(shù)碼管發(fā)出報警信息。</p><p><b>　　3）緩沖電路<

76、/b></p><p>　　緩沖電路其作用是抑制電力電子器件內(nèi)因過電壓，或者過電流和，減小器件的開關(guān)損耗。緩沖電路可分為關(guān)斷緩沖電路和開通緩沖電路。關(guān)斷緩沖電路用于吸收器件的關(guān)斷過電壓和換相過電壓，抑制，減小關(guān)斷損耗。開通緩沖電路用于抑制器件開通時的電流過沖和，減小器件的開通損耗。</p><p>　　2.3 逆變電路的選擇</p><p>　　2.3.1 逆

77、變電路的介紹</p><p>　　逆變電路根據(jù)直流側(cè)電源性質(zhì)的不同可分為兩種：直流側(cè)是電壓源的稱為電壓型逆變電路，直流側(cè)是電流源的稱為電流型逆變電路。它們也分別被稱為電壓源逆變電路（Voltage Source Type Inverter——VSTI）和電流源逆變電路（Current Source Type Inverter——CSTI）。</p><p>　　逆變器按主電路形式分類如下：

78、</p><p>　　電壓型逆變電路有以下主要特點：</p><p>　　1）直流側(cè)為電壓源，或并聯(lián)有大電容，相當(dāng)于電壓源。直流側(cè)電壓基本無脈動，直流回路呈現(xiàn)低阻抗。</p><p>　　2）由于支路電壓源的箝位作用，交流側(cè)輸出電壓波形位矩形波，并且與負(fù)載阻抗角無關(guān)。而交流側(cè)輸出電流波形和相位因負(fù)載阻抗情況的不同而不同。</p><p>　　

79、3）當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)載時需要提供無功功率，直流側(cè)電容起緩沖無功能量的作用。為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無功能量提供通道，逆變橋各臂都并聯(lián)了反饋二極管。</p><p>　　2.3.2 單相電壓型逆變電路</p><p>　　常見的單相正弦逆變電源主電路主要有半橋、全橋兩種結(jié)構(gòu),其中以全橋逆變電路應(yīng)用最為廣泛。</p><p>　　2.3.2.1 半橋逆變電路</

80、p><p>　　在高壓開關(guān)電源中，功率輸出大的一般都使用半橋式變換電路。其電路圖如圖2-6所示。它由兩只電容和兩只高壓晶體管組成。當(dāng)兩只晶體管都截止時，若兩只電容的容量相等且電路對稱，則電容中點A的電壓為輸入電壓的一半。當(dāng)導(dǎo)通時，電容將通過、變壓器初級繞組放電；同時，電容則通過輸入電源、和的原邊繞組充電。中點A的電位在充、放電過程中將指數(shù)規(guī)律下降。在導(dǎo)通結(jié)束時，A點的電位為，且兩只晶體管全都截止。兩只電容和兩只晶體管

81、的集射極間的電壓基本上相等，都接近于輸電源電壓的一半。相反，導(dǎo)通時，放電、充電，A點的電位將增至，即A點電位在開關(guān)過程中將在的電位上以的幅值進(jìn)行指數(shù)變化。由此可見，在半橋式電路中，變壓器初級線圈在整個周期中都流過電流，以磁心利用得更充分。</p><p>　　圖2-6 單相半橋電壓型逆變電路</p><p>　　半橋式變換電路的主要優(yōu)點是簡單，使用器件少，其電路中所使用的功率開關(guān)晶體管的

82、耐壓較低，絕不會超過輸入電壓的峰值；晶體管的飽和電壓也降至最低；輸入濾波電容的耐壓也可以減小。其確定是輸出交流電壓的幅值僅為輸入的一半，且直流側(cè)需要兩個電容器串聯(lián)，工作時還要控制兩個電容器電壓的平衡。因此，半橋電路常用于幾KW以下的小功率逆變電源。</p><p>　　2.3.2.2 全橋逆變電路</p><p>　　將半橋式變換電路中的兩電解電容換成另外兩只高反壓功率晶體管，并配以適當(dāng)驅(qū)

83、動電路即可組成全橋式變換電路，如圖2-7所示。、、、組成4個橋臂。高頻變壓器T連接在它們中間。相對臂的、和、由驅(qū)動電路激勵而交替導(dǎo)通，將直流輸入電壓變換成高頻方波交流電壓。其工作過程與推挽式功率轉(zhuǎn)換電路一樣。這樣，高頻變壓器工作時，其初級線圈得到的電壓即為電源電壓。它是半橋電路輸出電壓的一倍，而每個晶體管耐壓仍為電源電壓，使輸出功率增大一倍。若是電流達(dá)到半橋電路的水平，即電流增大一倍的話，則輸出功率就可以增大4倍。</p>

84、<p>　　全橋電路的主要不足是需要4組彼此絕緣的晶體管基極驅(qū)動電路,使控制驅(qū)動電路成本增大并復(fù)雜化，但選用全橋變換電路可使輸出功率大大提高,而且晶體管的損少。</p><p>　　圖2-7 單相全橋逆變電路</p><p>　　2.3.3 三相電壓型逆變電路</p><p>　　用三個單相逆變電路可以組合成一個三相逆變電路,本課題設(shè)計就采用IGBT作

85、為開關(guān)器件的電壓型三相橋式逆變電路，其基本工作方式是180°導(dǎo)電方式，即每個橋臂的導(dǎo)電度數(shù)為180°，同一相上下兩個臂交替導(dǎo)電，個相導(dǎo)電的角度依次相差120°，這樣,在任一瞬間，將三個橋臂同時導(dǎo)通?？赡苌厦嬉粋€臂下面兩個臂，也可能上面兩個臂下面一個臂導(dǎo)通。因為每次換流都是在同一上下兩個橋臂之間進(jìn)行的，因此也被稱為縱向換流。</p><p>　　圖2-8 三相電壓型逆變電路</p

86、><p>　　通過圖示三相電壓型逆變電路來說明其最基本的工作原理。圖2-8中、、、、、是橋式電路的6個臂，它們由電力電子器件及其輔助電路組成。當(dāng)、、閉合為正，、、閉合為負(fù)。其他兩相類似。這樣，就把直流電變成了交流電，改變?nèi)M開關(guān)的切換頻率，即可改變交流電的頻率。這就是逆變的電路的最基本的工作原理。</p><p>　　2.3.4 逆變電路的選擇</p><p>　　本系

87、統(tǒng)選擇三相電壓型逆變電路作為系統(tǒng)主電路，下面是三相電壓型逆變電路的詳細(xì)介紹：</p><p>　　與整流相對應(yīng)，把直流電變成交流電稱為逆變。當(dāng)交流側(cè)接在電網(wǎng)上，即交流側(cè)接有電源時，稱為有源逆變，當(dāng)交流側(cè)直接和負(fù)載相連時，稱為無源逆變。交直交變頻電路由交直變換電路和直交變換電路兩部分組成。變流電路在工作過程中不斷發(fā)生電流從一個支路向另一個支路的轉(zhuǎn)移，這就是換流。</p><p>　　三相電壓

88、型逆變電路如圖2-8。每個橋臂的導(dǎo)電角度為同一相上下兩個臂交替導(dǎo)電，各項開始導(dǎo)電的角度依次相差。這樣，在任一瞬間，將有三個橋臂同時導(dǎo)通。因為每次換流都是在同一相上下兩個橋臂之間進(jìn)行的，因此也被稱為縱向換流。對于U相輸出來說，當(dāng)橋臂1導(dǎo)通時，，當(dāng)橋臂4導(dǎo)通時，。因此，的波形是幅值為的矩形波。V、W兩相的情況個U相類似，、的波形形狀和相同，只是相位依次相差。</p><p>　　負(fù)載線電壓可由下式求出：</p&

89、gt;<p><b>　　（2-1）</b></p><p>　　設(shè)負(fù)載中點N與支流電源假想中點之間的電壓為，則負(fù)載各相的相電壓分別為：</p><p><b>　　（2-2）</b></p><p>　　把上面各式相加并整理可求得</p><p><b>　?。?-3）&l

90、t;/b></p><p>　　負(fù)載為三相對稱則有，故可得</p><p><b>　　（2-4）</b></p><p>　　上述導(dǎo)電方式逆變器中，為了防止同一相上下兩橋臂的開關(guān)器件同時導(dǎo)通而引起直流側(cè)電源的短路，要采取“先斷后通”的方法。即先給應(yīng)關(guān)斷的器件關(guān)斷信號，待其關(guān)斷后留一定的時間裕量，然后再給應(yīng)導(dǎo)通的器件發(fā)出開通信號，即在兩者

91、之間留一個短暫的死區(qū)時間。死區(qū)時間的長短要視器件的開關(guān)速度而定，器件的開關(guān)速度越快，所留的死區(qū)時間就可以越短。</p><p>　　第3章 系統(tǒng)主電路設(shè)計</p><p>　　3.1 系統(tǒng)的主電路設(shè)計及其工作原理</p><p>　　電壓型逆變電源由主電路和控制器兩部分組成，如圖3-1所示。其中主電路采用直交（DC/AC）電源型變頻器結(jié)構(gòu)，由斬波器、逆變器和隔離變

92、壓器構(gòu)成。輸入的直流電壓通過逆變器——開關(guān)采用富士公司的40KHz兩單元IGBT模塊三組（六只）組成三相橋式電路。逆變電源的輸入、輸出之間為實現(xiàn)電氣隔離和滿足輸出電壓幅度的要求。對于本設(shè)計逆變器之后采用在輸出端接入變壓器△/Y進(jìn)行變壓。</p><p>　　3.1.1 主電路的主要設(shè)計參數(shù)</p><p>　　設(shè)計要求的參數(shù)如下：直流側(cè)輸入電壓：DC750V</p><

93、p>　　輸出交流電壓：AC380/220V</p><p><b>　　輸出頻率：50Hz</b></p><p><b>　　容量：15KVA</b></p><p>　　3.1.2 系統(tǒng)組成</p><p>　　系統(tǒng)組成如圖3-1所示：</p><p>　　圖3-1

94、 系統(tǒng)組成圖</p><p>　　3.1.3 系統(tǒng)的主電路圖</p><p>　　系統(tǒng)主電路圖如圖3-2所示：</p><p>　　圖3-2 主電路圖</p><p>　　3.1.4 系統(tǒng)的工作原理</p><p>　　如圖3-2所示主電路，本系統(tǒng)首先通過直流降壓斬波電路將輸入的750V直流電斬波為440V頻率為5

95、0Hz的直流方波信號，該信號通過由IGBT組成的三相電壓型橋式逆變電路后，將該信號逆變成為50Hz，440V的交流方波電壓。最終通過變壓器升壓為380/220V交流電壓濾波后供給負(fù)載使用。</p><p>　　3.2 主電路的參數(shù)設(shè)計</p><p>　　3.2.1 斬波器的設(shè)計</p><p>　　直流斬波電路（DC Chopper）的功能是將直流電變?yōu)榱硪还潭?/p>

96、壓或可調(diào)電壓的直流電，也稱直接直流-直流變換器（DC/DC Converter）。本設(shè)計采用該電路的目的是將輸入的750V直流電壓轉(zhuǎn)換成輸入逆變電路中可用的440V 50Hz直流電壓。</p><p>　　3.2.1.1 降壓斬波電路的原理</p><p>　　降壓斬波電路（Buck Chopper）的原理圖如圖3-3所示：</p><p>　　圖3-3 降壓斬波電

97、路的原理圖</p><p>　　該電路使用一個全控型器件V，本設(shè)計采用的是IGBT。為在V關(guān)斷時給負(fù)載中的電感電流提供通道，設(shè)置了續(xù)流二極管VD。</p><p>　　在t=0時刻驅(qū)動V導(dǎo)通，電源E向負(fù)載供電，負(fù)載電壓=E，負(fù)載電流按指數(shù)曲線上升。</p><p>　　當(dāng)t=時刻，控制V關(guān)斷，負(fù)載電流經(jīng)二極管VD續(xù)流，負(fù)載電壓近似為零，負(fù)載電流呈指數(shù)曲線下降。為了使

98、負(fù)載電流脈動小，通常串接L值較大的電感。</p><p>　　至一個周期T結(jié)束，再驅(qū)動V導(dǎo)通，重復(fù)上一周期的過程。當(dāng)電路工作于穩(wěn)態(tài)時，負(fù)載電流在一個周期的初值和終值相等。負(fù)載電壓的平均值為</p><p><b>　　(3-1)</b></p><p>　　式中，為V處于通態(tài)時間；為V處于斷態(tài)的時間；T為開關(guān)周期；為導(dǎo)通占空比。由此式可知，輸出

99、到負(fù)載的電壓平均值最大為E，若減小占空比，則隨之減小。</p><p>　　3.2.1.2 斬波器中電感的計算</p><p>　　在儲能電感L中流過的電流具有較大的直流分量，并疊加一交變分量。一般情況下，交變分量的平均值比支流分量小得多。直流分量在鐵芯中會產(chǎn)生較大的支流磁偏量，使鐵芯飽和，所以鐵芯必須加氣隙，由于交變磁化分量較小，一般情況下，，局部磁滯回線包圍的面積較小。鐵芯儲能最大值：

100、</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p><b>　　公式中為鐵芯體積：</b></p><p>　　由上式可見，對于一定的鐵芯材料來說，只有加大鐵芯體積來增大鐵芯儲能。降壓斬波電路中，當(dāng)IGBT導(dǎo)通時設(shè)電流線形變化，，。已知輸出電壓=440V，輸出功率=15000W，T=20ms</p>

101、;<p>　　1）最大輸出電壓U=460V</p><p><b>　　取</b></p><p><b>　　=3.62mH</b></p><p>　　2）最小輸入電壓U1=420V時，同理可求得L=0.1mH</p><p>　　3）加氣隙后的電感值：由于鐵芯材料，鐵芯加氣隙后，

102、</p><p><b>　　等效的相對磁導(dǎo)率：</b></p><p><b>　　加氣隙后的電感值：</b></p><p>　　取N=50（匝），可求得=0.859</p><p>　　3.2.2 整流與逆變電路的設(shè)計</p><p>　　3.2.2.1 整流電路<

103、;/p><p>　　整流電路是電力電子電路中出現(xiàn)最早的一種,它將交流變?yōu)橹绷麟?應(yīng)用十分廣泛。本論文設(shè)計中采用三相不可控整流電路，如圖3-4所示：該電路圖中，由六個二極管組成三相整流橋，將電源的三相交流電全波整流成直流電。</p><p>　　電源的線電壓為，則三相全波整流后平均直流電壓的大小是</p><p><b>　?。?-3）</b><

104、;/p><p>　　圖3-4 三相不可控整流電路</p><p>　　二極管不可控三相整流電路輸出的直流電含有輸入交流電6倍頻率的紋波，通過大電容將帶有紋波的電壓波形濾得比較平滑。</p><p>　　濾波電容器C其功能是：</p><p>　　1)濾平全波整流后的電壓紋波；</p><p>　　2)當(dāng)負(fù)載變化時，使直流

105、電壓保持平穩(wěn)。</p><p>　　濾波電容C起著平波和中間儲能的作用，提供電感負(fù)載的無功功率。該電容耐壓應(yīng)高于整流橋輸出電壓，電容理論上講越大越好，但越大投資越高，一般是幾千微法到幾萬微法之間，不宜少于4000，變頻器容量越大，電容C的容量也就越大。</p><p>　　3.2.2.2 逆變電路</p><p><b>　　1 換流方式</b>

106、;</p><p>　　在逆變電路的工作過程中，電流從一個支路向另一個支路的轉(zhuǎn)移稱為換流，也稱為換相。在換流過程中，有的支路要從通態(tài)轉(zhuǎn)移到斷態(tài)，有的支路要從斷態(tài)轉(zhuǎn)移到通態(tài)。從斷態(tài)轉(zhuǎn)移到通態(tài)轉(zhuǎn)移時，無論支路是全控型還是半控型電力電子器件組成，只要給門極適當(dāng)?shù)尿?qū)動信號，就可以開通。但從通態(tài)轉(zhuǎn)移到斷態(tài)時的情況就不同。全控型器件可以通過對門極的控制使其關(guān)斷，而對半控型器件的晶閘管來說，就不能通過門極的控制來使其關(guān)斷，必須

107、利用外部條件或采取其他措施才能使其關(guān)斷。要在晶閘管電流過零后再施加一定的時間的反向電壓，才能使其關(guān)斷。使器件關(guān)斷，主要是使IGBT要比其開通復(fù)雜的多，研究換流方式主要是研究如何使器件關(guān)斷。一般來說，換流方式分為以下幾種：</p><p>　　1）器件換流（Device Commutation）利用全控型器件自關(guān)斷能力進(jìn)行換流。</p><p>　　2）電網(wǎng)換流（Line Commutati

108、on）由電網(wǎng)提供換流電壓。</p><p>　　3）負(fù)載換流（Load Commutation）由負(fù)載提供換流電壓。</p><p>　　4）強迫換流（Forced Commutation）設(shè)置附加的換流電路，給欲關(guān)斷的晶閘管施加反向電壓或反向電流的換流方式。通常利用附加電容上所儲存的能量來實現(xiàn)，也稱為電容換流。</p><p><b>　　2 電壓型逆變

109、電路</b></p><p>　　電壓型逆變電路有以下主要特點：</p><p>　　1）直流側(cè)為電壓源，或并聯(lián)有大電容，相當(dāng)于電壓源。直流側(cè)電壓基本無脈動，直流回路呈現(xiàn)低阻抗。</p><p>　　2）由于支路電壓源的箝位作用，交流側(cè)輸出電壓波形位矩形波，并且與負(fù)載阻抗角無關(guān)。而交流側(cè)輸出電流波形和相位因負(fù)載阻抗情況的不同而不同。</p>

110、<p>　　3）當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)載時需要提供無功功率，直流側(cè)電容起緩沖無功能量的作用。為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無功能量提供通道，逆變橋各臂都并聯(lián)了反饋二極管。</p><p>　　如圖3-5逆變電路的工作原理：穩(wěn)定的440V直流經(jīng)全橋逆變器，逆變成440V的交流方波。當(dāng)，這一對IGBT導(dǎo)通時，440V電壓加在高頻變壓器原邊，極性上正下負(fù)；當(dāng)， 這一對IGBT導(dǎo)通時，440V反向加在高頻變壓器的原邊，

111、極性上負(fù)下正。逆變時，必須保證，導(dǎo)通時，，可靠關(guān)斷；反之亦然。因此，在兩路驅(qū)動信號之間，要有一定的死區(qū)時間，在這段時間內(nèi)，V1—V6管均關(guān)斷，以此來保證上述要求。</p><p>　　圖3-5 逆變電路圖</p><p>　　第4章 控制電路設(shè)計</p><p>　　控制電路的設(shè)計是本次設(shè)計中的重要部分，它包括了系統(tǒng)的觸發(fā)電路和保護(hù)電路。觸發(fā)控制電路中主要設(shè)計正

112、弦脈寬調(diào)制波（SPWM）的產(chǎn)生控制以及IGBT的驅(qū)動控制。</p><p>　　4.1 控制電路的設(shè)計</p><p>　　單片機(jī)AT89C51及少量的外圍擴(kuò)展接口和SA8282三相SPWM產(chǎn)生器構(gòu)成控制電路。單片機(jī)對SA8282進(jìn)行初始化和輸出脈寬控制、頻率控制，同時完成對開環(huán)、閉環(huán)控制算法的運算和數(shù)據(jù)處理。模擬信號與數(shù)字信號的以及保護(hù)功能的邏輯判斷等，由于SA8282和AT89C51共