單相逆變電源【文獻(xiàn)綜述】

1、<p><b>　　畢業(yè)論文文獻(xiàn)綜述</b></p><p><b>　　電氣工程及自動化</b></p><p><b>　　單相逆變電源</b></p><p>　　摘要：電源是各種電子設(shè)備的核心部分，有如人體的心臟，是所有電類設(shè)備的動力。通過對逆變器的研究，單相SPWM逆變電路的建模，

2、SPWM的諧波分析，單相逆變主電路的了解，功率器件IGBT的掌握，MATLAB的仿真模擬，逐步實現(xiàn)單相逆變電源的設(shè)計與制作，滿足有一個直流輸入到交流輸出的過程。</p><p>　　關(guān)鍵詞：逆變器；IGBT；SPWM控制</p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　逆變電源技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，低壓小功率的逆變電源已經(jīng)被廣泛應(yīng)

3、用于工業(yè)和民用場合中。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和對電氣設(shè)備在性能上的要求，以及不同應(yīng)用領(lǐng)域?qū)﹄娫吹募夹g(shù)需要，各行各業(yè)對電源的要求也在不斷提高。本文就如何設(shè)計單相逆變電源，由一個直流輸入輸出為交流的電源做一個簡單的介紹。</p><p><b>　　2 逆變器</b></p><p>　　變頻器或逆變器是一種將直流電源轉(zhuǎn)換為交流電源的裝置。逆變器從小型開關(guān)電源到應(yīng)用計算機(jī)

4、提供作用于大型電廠的運(yùn)輸大電力的電源都得以廣泛的應(yīng)用。這使得它們非常適合當(dāng)你需要使用交流電源的工具或設(shè)備時使用[1]。</p><p>　　2.1 逆變技術(shù)的概述</p><p>　　DC-AC 逆變器是將直流電能變換成交流電能的裝置。逆變技術(shù)的種類繁多，大致可按照交流輸出能量的去向、功率流動的方向、功率變換的多少、輸出與輸入的電氣隔、功率拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、組成功率電路的器件、占空比的控制方式、控

5、制技術(shù)等分類。</p><p>　　現(xiàn)代逆變技術(shù)是建立在工業(yè)電子技術(shù)、半導(dǎo)體器件技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)、現(xiàn)代電力電子技術(shù)、半導(dǎo)體交流技術(shù)、脈寬調(diào)制技術(shù)（PWM）、磁性材料等學(xué)科基礎(chǔ)之上的一門實用性技術(shù)。</p><p><b>　　3 SPWM的簡介</b></p><p>　　3.1 單相SPWM逆變電路的建模</p><p&

6、gt;　　在此所需的研究對象是工作在單極性SPWM模式下的單相全橋逆變電路，如圖3-1。與半橋逆變電路相比，全橋逆變電路的主要特點有：(1)既可以工作于單極性SPWM方式，又可以工作于雙極性SPWM方式，而半橋電路只能工作于雙極性SPWM方式；(2)當(dāng)兩者輸入直流電壓相同時，全橋逆變電路輸出電壓基波最大時其有效值為0．7Ud，半橋逆變電路輸出電壓基波最大時其有效值為為0 354Ud(3)全橋逆變電路的開關(guān)管比半橋多一倍，損耗也大[2]。

7、</p><p>　　圖3-1 橋式變換器主電路圖</p><p>　　3.2 SPWM的諧波分析</p><p>　　SPWM逆變電路可以使輸出電壓、電流接近正弦波，但由于使用載波對正弦信號波調(diào)制，也產(chǎn)生了和載波有關(guān)的諧波分量。這些諧波分量的頻率和幅值是衡量SPWM逆變電路性能的重要指標(biāo)之一，因此對SPWM波形的諧波分析有著重要的意義。特定消諧技術(shù)，波形重構(gòu)技術(shù)，

8、優(yōu)化特定消諧技術(shù)， 正弦波脈寬調(diào)制等可極有效地減少輸出波形的諧波含量所以被廣泛地應(yīng)用在逆變電源的各個部分進(jìn)行諧波的消除和電壓的調(diào)節(jié)[3]。</p><p><b>　　4 脈寬調(diào)制</b></p><p>　　通過脈寬調(diào)制雖然電壓總諧波失真改善不顯著，但目前的總諧波失真將大大提高，因為負(fù)載通常有一些過濾效果.如果一個低通濾波器裝有逆變器輸出電壓，以改善總諧波失真，高次

9、諧波的頻率是可取的[4]。</p><p>　　4.1脈寬調(diào)制的現(xiàn)狀</p><p>　　目前中小功率的逆變電路幾乎都采用PWM技術(shù)，PWM逆變電路也可以分為電壓型和電流型兩種。根據(jù)正弦波頻率、幅值和半周期脈沖數(shù)，準(zhǔn)確計算PWM波各脈沖寬度和間隔，據(jù)此控制逆變電路開關(guān)器件的通斷，就可得所需PWM波形，當(dāng)輸出正弦波的頻率、幅值或相位變化時，其結(jié)果都要變化。</p><p&

10、gt;　　5 單相逆變電源的主電路</p><p>　　圖3一1為橋式變換器的主電路。橋?qū)堑膬蓚€功率MOS管作為一組，每組同時接通或斷開，兩組開關(guān)輪流工作，在一個周期中的短時間內(nèi)，四個開關(guān)將處于斷開狀態(tài)。四個開關(guān)導(dǎo)通(或關(guān)斷)占空比值均相等。在給T1、T4加觸發(fā)脈沖，這兩個MOS管導(dǎo)通，電流流過T1的漏極，經(jīng)過輸出濾波電路回到T3的漏極。當(dāng)T3、T2加觸發(fā)脈沖時，此時T1、T4的觸發(fā)脈沖消失，T3和T2這兩個M

11、OS管導(dǎo)通，但不能立即導(dǎo)通，先經(jīng)過D3、D2續(xù)流，等電流下降到零時再開始導(dǎo)通。另外，這四個二極管還有限制過電壓的作用[5]。</p><p><b>　　6 IGBT的介紹</b></p><p><b>　　6.1 IGBT</b></p><p>　　IGBT，絕緣柵雙極型晶體管，是由BJT(雙極型三極管)和MOS(絕

12、緣柵型場效應(yīng)管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動式功率半導(dǎo)體器件, 兼有MOSFET的高輸入阻抗GTR的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點。GTR飽和壓降低，載流密度大，但驅(qū)動電流較大;MOSFET驅(qū)動功率很小，開關(guān)速度快，但導(dǎo)通壓降大，載流密度小。IGBT綜合了以上兩種器件的優(yōu)點，驅(qū)動功率小而飽和壓降低。非常適合應(yīng)用于直流電壓為600V及以上的變流系統(tǒng)如交流電機(jī)、變頻器、開關(guān)電源、照明電路、牽引傳動等領(lǐng)域[6]。</p><p>

13、　　IGBT和功率MOSFET同樣，雖然在門極上外加正電壓即可導(dǎo)通，但是由于通過在漏極上追加P+層，在導(dǎo)通狀態(tài)下從P+層向N基極注入空穴，從而引發(fā)傳導(dǎo)性能的轉(zhuǎn)變，因此它與功率MOSFET相比，可以得到極低的通態(tài)電阻[7]。</p><p>　　6.2 功率器件IGBT的驅(qū)動</p><p>　　IGBT的驅(qū)動條件與其特性密切相關(guān)。在設(shè)計門極驅(qū)動電路時應(yīng)特別注意開通特性，負(fù)載短路能力和誤觸發(fā)

14、等問題。對驅(qū)動電路總的要求包括以下方面：</p><p>　　1、IGBT驅(qū)動電路與IGBT的連線要盡量短；</p><p>　　2、用內(nèi)阻小的驅(qū)動源對柵極電容放電，以保證柵極控制電壓有足夠陡的前后沿，使IGBT的開關(guān)損耗盡量小</p><p>　　3、IGBT的柵極驅(qū)動電路應(yīng)盡可能簡單實用，最好自身帶有對IGBT的保護(hù)功能，并有極強(qiáng)的抗干擾能力[8]。</p

15、><p>　　6.3 功率器件IGBT的保護(hù)</p><p>　　使用集成電路時應(yīng)注意以下幾個方面：</p><p>　　1、IGBT 的柵極與射極驅(qū)動回路線一定要小于1 m；</p><p>　　2、IGBT 的柵射驅(qū)動接線應(yīng)用絞線；</p><p>　　3、在IGBT 應(yīng)用中，關(guān)鍵的技術(shù)之一是過流保護(hù)， 他不僅直接關(guān)系

16、到IGBT 器件本身的工作性能和運(yùn)行安全,，而且影響到整個系統(tǒng)的性能和安全。I GBT 應(yīng)用的失敗, 很大程度上取決于過流保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計的優(yōu)劣[9]。</p><p>　　7 MATLAB仿真模擬</p><p>　　在課題進(jìn)行到實際操作時，可以進(jìn)行MATLAB仿真模擬，MATLAB是一種數(shù)值計算型科技應(yīng)用軟件，它具有編程簡單直觀，用戶界面友善，開放性強(qiáng)等優(yōu)點，由此，在國際上很快推廣應(yīng)用，M

17、ATLAB具有強(qiáng)大的數(shù)值計算與符號計算功能，以及強(qiáng)大的數(shù)據(jù)可視化，人機(jī)智能交互能力，其發(fā)展不斷推陳出新，對控制系統(tǒng)的建模，分析和設(shè)計提供了一個完整的解決方案，主要功能是：系統(tǒng)建模、系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計、通過MATLAB的系統(tǒng)設(shè)計，分析和建模更有效的分析了計劃的可行性，為之后的工作進(jìn)展提供了有力的支持[10]。</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　

18、　隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，通過好的控制方法，電力電子器件性能的提升和軟件仿真模擬的日趨完善，相信，單相逆變電源的發(fā)展能更好的滿足各行各業(yè)對于高性能電源的要求。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] AZUAN BIN ALIAS.MODELING AND SIMULATION OF SINGLE PHASE INVERTER W

19、ITH PWM USING MATLAB/SIMULINK[D]. University Malaysia Pahang ,2007-11.</p><p>　　[2] 陸冬良.基于重復(fù)控制的單極性SPWM逆變電源研究[D].四川大學(xué)，2006-4-1.</p><p>　　[3] 王樹文，紀(jì)延超，馬文川.中國電機(jī)工程學(xué)報[J].2006 -9 (17):62～66.</p>

20、<p>　　[4] Zainal Salam.SPWM.[EB/OL],2010-11-20.</p><p>　　http://encon.fke.utm.my/notes/SPWM.pdf</p><p>　　[5] 朱代祥.單相正弦脈寬調(diào)制逆變電源的設(shè)計[D].四川大學(xué)，2004-3-25.</p><p>　　[6] 科達(dá)股份連續(xù)四漲停 IGBT

21、概念暴漲分析[EB/OL]，2010-11-21.</p><p>　　http://www.360doc.com/content/10/1126/10/1919343_72532220.shtml#</p><p>　　[7] IGBT的介紹與應(yīng)用[EB/OL],2010-11-23. http://www.sz-sunny.com/DYNEX/DataSheet/SUNNY-IGBT-

22、TOTAL.pdf</p><p>　　[8] 沖式變壓變頻電鍍電源的設(shè)計，2010-11-27.</p><p>　　http://wenku.baidu.com/view/801ab90102020740be1e9b3c.html</p><p>　　[9] 譚貴，廉士良.應(yīng)用SA8381 實現(xiàn)的單相SPWM全數(shù)字控制逆變電源[J]《現(xiàn)代電子技術(shù)》2005 年（