电力电子课程设计----IGBT单相电压型全桥无源逆变电路

1、 1 1 引言引言 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。 2 2 工作原理概论工作原理概论 2.2. 1 IGBT1 IGBT 的简述的简述 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

2、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 1 IGBT 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。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。 当山脊与发射极间施加反向电压或不加信号时，MOSFET 内的沟道消失

3、，晶体管的积极 电流被切断，使得 IGBT 关断。 2.2 2.2 电压型逆变电路的特点及主要类型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

4、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 IGBT2.3 IGBT 单相电压型全桥无源逆变电路原理分析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 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，此课程设计为电阻负载，故应将 RLC 负载中电感、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