第5章逆变电路
主要内容：换流方式,电压型逆变电路，电流型逆变电路，多重逆变电路和多电平逆变电路。
重点:换流方式,电压型逆变电路。
难点：电压型逆变电路,电流型逆变电路。
基本要求：掌握换流方式,掌握电压型逆变电路，理解电流型逆变电路，了解多重逆变电路和多电平逆变电路。
逆变概念：
逆变——直流电变成交流电,与整流相对应。
本章无源逆变逆变电路的应用:
蓄电池、干电池、太阳能电池等直流电源向交流负载供电时，需要逆变电路。交流电机调速用变频器、不间断电源、感应加热电源等电力电子装置的核心部分都是逆变电路。
本章仅讲述逆变电路基本内容，第6章ＰＷM控制技术和第8章组合变流电路中，有关逆变电路的内容会进一步展开
1换流方式
（1)逆变电路的基本工作原理
单相桥式逆变电路为例：
S1~S4是桥式电路的4个臂,由电力电子器件及辅助电路组成。S１、S4闭合，S２、S3断开时，负载电压u o为正S1;S1、S4断开，Ｓ2、S３闭合时，u o为负，把直流电变成了交流电。改变两组开关切换频率，可改变输出交流电频率。
图5-1 逆变电路及其波形举例
电阻负载时,负载电流i o和u o的波形相同,相位也相同。阻感负载时,ｉo滞后于ｕo,波形也不同(图5-1ｂ)。
t1前:S1、S4通,u o和ｉｏ均为正。
ｔ1时刻断开S1、S４，合上S２、S３，u o变负,但i o不能立刻反向。
i o从电源负极流出,经S2、负载和S3流回正极，负载电感能量向电源反馈，i o逐渐减小,t ２
时刻降为零,之后i o才反向并增大
(2)换流方式分类
换流——电流从一个支路向另一个支路转移的过程,也称换相。
开通:适当的门极驱动信号就可使其开通。
关断:全控型器件可通过门极关断。
半控型器件晶闸管，必须利用外部条件才能关断,一般在晶闸管电流过零后施加一定时间反压，才能关断。
研究换流方式主要是研究如何使器件关断。
本章换流及换流方式问题最为全面集中，因此在本章讲述
1、器件换流
利用全控型器件的自关断能力进行换流（Dｅvice Commuｔaｔiｏｎ)。
2、电网换流
由电网提供换流电压称为电网换流(Line Commutaｔioｎ）。可控整流电路、交流调压电路和采用相控方式的交交变频电路，不需器件具有门极可关断能力,也不需要为换流附加元件。
3、负载换流
由负载提供换流电压称为负载换流（Load Comｍutatioｎ)。负载电流相位超前于负载电压的场合,都可实现负载换流。负载为电容性负载时，负载为同步电动机时,可实现负载换流。
图５-2负载换流电路及其工作波形
基本的负载换流逆变电路:
采用晶闸管，负载：电阻电感串联后再和电容并联，工作在接近并联谐振状态而略呈
容性。电容为改善负载功率因数使其略呈容性而接入，直流侧串入大电感L
ｄ，i
ｄ
基本没有
脉动。
工作过程:
4个臂的切换仅使电流路径改变，负载电流基本呈矩形波。负载工作在对基波电流接近并联谐振的状态，对基波阻抗很大，对谐波阻抗很小,ｕo波形接近正弦。
t1前:VT１、VT4通,VＴ２、VT3断,u o、iｏ均为正,ＶT2、ＶT3电压即为ｕo
t1时:触发VT2、ＶＴ3使其开通，uｏ加到VT4、VT1上使其承受反压而关断,电流从VT1、VT4换到VT3、VＴ2。
t1必须在uｏ过零前并留有足够裕量,才能使换流顺利完成。
4、强迫换流
设置附加的换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反向电压或反向电流的换流方式称为强迫换流(Foｒｃed Ｃommｕtａｔioｎ)。通常利用附加电容上储存的能量来实现，也称为电容换流。
直接耦合式强迫换流——由换流电路内电容提供换流电压。VT通态时，先给电容C充电。合上S就可使晶闸管被施加反压而关断。
图5-3 直接耦合式强迫换流原理图
电感耦合式强迫换流——通过换流电路内电容和电感耦合提供换流电压或换流电流。
两种电感耦合式强迫换流：
图5-4a中晶闸管在LC振荡第一个半周期内关断。
图5-4b中晶闸管在LC振荡第二个半周期内关断。
图５-4电感耦合式强迫换流原理图
给晶闸管加上反向电压而使其关断的换流也叫电压换流（图５－3)。先使晶闸管电流减为零，然后通过反并联二极管使其加反压的换流叫电流换流（图5-4)。
器件换流——适用于全控型器件。
其余三种方式——针对晶闸管。
器件换流和强迫换流——属于自换流。
电网换流和负载换流——属于外部换流。
当电流不是从一个支路向另一个支路转移,而是在支路内部终止流通而变为零，则称为熄灭。
2电压型逆变电路
逆变电路按其直流电源性质不同分为两种:电压型逆变电路或电压源型逆变电路，
电流型逆变电路或电流源型逆变电路。
图5-1电路的具体实现。
图5－5 电压型逆变电路举例(全桥逆变电路）
电压型逆变电路的特点
(１) 直流侧为电压源或并联大电容，直流侧电压基本无脉动
(2) 输出电压为矩形波，输出电流因负载阻抗不同而不同
(3) 阻感负载时需提供无功。为了给交流侧向直流侧反馈的无功提供通道,逆变桥各臂并联反馈二极管
（1）单相电压型逆变电路
1、半桥逆变电路
电路结构:见图5-6。
工作原理:
Ｖ1和V2栅极信号各半周正偏、半周反偏,互补。u o为矩形波，幅值为Um=Ｕd/2,i o波形随负载而异,感性负载时，图5－６ｂ,V1或V２通时,ｉo和u o同方向，直流侧向负载提供能
量，VD1或ＶD2通时,i o和uｏ反向,电感中贮能向直流侧反馈,VＤ1、VD2称为反馈二极管,还使i o连续,又称续流二极管。
图５-６单相半桥电压型逆变电路及其工作波形
优点：简单,使用器件少
缺点:交流电压幅值U d/2，直流侧需两电容器串联,要控制两者电压均衡，用于几k W以下的小功率逆变电源。
单相全桥、三相桥式都可看成若干个半桥逆变电路的组合。
2、全桥逆变电路
电路结构及工作情况:
图5－５，两个半桥电路的组合。１和4一对，2和3另一对,成对桥臂同时导通,交替各导通1８0°。ｕo波形同图5-6b。半桥电路的ｕo，幅值高出一倍Ｕｍ=U d。i o波形和图5－6ｂ中的i o相同，幅值增加一倍,单相逆变电路中应用最多的。
输出电压定量分析
u o成傅里叶级数
(５-1）
基波幅值
(5－2)
基波有效值
(５-3)
u o为正负各１80o时,要改变输出电压有效值只能改变U d来实现。
移相调压方式（图５-7）。
可采用移相方式调节逆变电路的输出电压,称为移相调压。各栅极信号为１８0o正
偏,180o反偏,且Ｖ
１和Ｖ
２
互补，V3和V4互补关系不变。Ｖ3的基极信号只比V1落后q（０
＜q ＜18０o）,V
３
、V4的栅极信号分别比Ｖ2、V1的前移180o－q，u o成为正负各为q 的脉冲,改变q 即可调节输出电压有效值。
图5－7 单相全桥逆变电路的移相调压方式
３、带中心抽头变压器的逆变电路
交替驱动两个IGBT,经变压器耦合给负载加上矩形波交流电压。两个二极管的作用也是
提供无功能量的反馈通道,U
ｄ
和负载相同，变压器匝比为1:1：１时,u o和iｏ波形及幅值与全桥逆变电路完全相同。
图5－８带中心抽头变压器的逆变电路
与全桥电路的比较,比全桥电路少用一半开关器件,器件承受的电压为2Ｕ
ｄ
，比全桥电路高一倍。必须有一个变压器。
（2）三相电压型逆变电路
三个单相逆变电路可组合成一个三相逆变电路。应用最广的是三相桥式逆变电路
可看成由三个半桥逆变电路组成。
1８0°导电方式:
每桥臂导电1８0o,同一相上下两臂交替导电,各相开始导电的角度差12０o，任一瞬间有三个桥臂同时导通，每次换流都是在同一相上下两臂之间进行,也称为纵向换流。
图５-9 三相电压型桥式逆变电路
波形分析：
图5-10 电压型三相桥式逆变电路的工作波形
=U d/2,4通,u UN′＝-U d/2。
负载各相到电源中点N′的电压:Ｕ相，1通,u
ＵＮ′
负载线电压
(5-4）
负载相电压
(5－5)
负载中点和电源中点间电压
????（５-６)
负载三相对称时有u ＵN +u ＶN ＋u WN ＝０,于是
（5-7）
利用式（5-5）和（５-7)可绘出u ＵN 、u VN 、u WN 波形。负载已知时,可由u UN 波形求出i
Ｕ
波形,一相上下两桥臂间的换流过程和半桥电路相似,桥臂１、３、５的电流相加可得直流
侧电流i d 的波形,i d 每60°脉动一次,直流电压基本无脉动,因此逆变器从直流侧向交流侧传送的功率是脉动的，电压型逆变电路的一个特点。
定量分析： ａ、输出线电压 ｕUV 展开成傅里叶级数
(5-8）
式中,
,k 为自然数
输出线电压有效值
（5-９)
基波幅值
(５－１0）
基波有效值 (5-11)
b 、负载相电压
u ＵN 展开成傅里叶级数得：
（5-１2)
式中，
,k 为自然数
负载相电压有效值(５
－13)
基波幅值
（５-１4)
基波有效值
(5-15）防止同一相上下两桥臂开关器件直通,采取“先断后通”的方法。
３电流型逆变电路
直流电源为电流源的逆变电路——电流型逆变电路。一般在直流侧串联大电感,电流脉动很小，可近似看成直流电流源。
实例之一:图5-1１电流型三相桥式逆变电路。交流侧电容用于吸收换流时负载电感中存贮的能量。
图5-１1电流型三相桥式逆变电路
电流型逆变电路主要特点：
（1) 直流侧串大电感，相当于电流源。
(２) 交流输出电流为矩形波,输出电压波形和相位因负载不同而不同。
（3) 直流侧电感起缓冲无功能量的作用,不必给开关器件反并联二极管。
电流型逆变电路中，采用半控型器件的电路仍应用较多。换流方式有负载换流、强迫换流。
（1)单相电流型逆变电路
图5-12 单相桥式电流型(并联谐振式）逆变电路
4桥臂,每桥臂晶闸管各串一个电抗器ＬＴ限制晶闸管开通时的di/dt。1、4和2、3以100０~2５00Hｚ的中频轮流导通,可得到中频交流电。采用负载换相方式，要求负载电流超前于电压。
负载一般是电磁感应线圈，加热线圈内的钢料,RＬ串联为其等效电路。因功率因数很低，故并联Ｃ。C和L、R构成并联谐振电路，故此电路称为并联谐振式逆变电路。
输出电流波形接近矩形波，含基波和各奇次谐波，且谐波幅值远小于基波。因基波频率接近负载电路谐振频率，故负载对基波呈高阻抗,对谐波呈低阻抗,谐波在负载上产生的压降很小,因此负载电压波形接近正弦波。
工作波形分析：
一周期内，两个稳定导通阶段和两个换流阶段。
t1-t2：ＶT1和VT4稳定导通阶段，iｏ＝Iｄ,t2时刻前在C上建立了左正右负的电压。
t2－t４：t2时触发VＴ2和VT３开通,进入换流阶段。LＴ使ＶT1、ＶT4不能立刻关断,电流有一个减小过程。VT2、VＴ３电流有一个增大过程。4个晶闸管全部导通，负载电压经两个并联的放电回路同时放电。t2时刻后,LT1、VT1、VＴ3、LＴ3到C;另一个经LT2、ＶＴ2、VT4、LT4到C。ｔ=t4时，VT1、VＴ４电流减至零而关断，换流阶段结束。t4－t2= t g 称为换流时间。ｉo在ｔ３时刻,即i VT1＝i VT2时刻过零，ｔ3时刻大体位于t2和t4的中点。
保证晶闸管的可靠关断（图５-１3):
晶闸管需一段时间才能恢复正向阻断能力,换流结束后还要使VT1、VT4承受一段反压时间tβ,ｔβ= ｔ5－t4应大于晶闸管的关断时间t q。为保证可靠换流应在ｕo过零前td= t5- ｔ
时刻触发VＴ2、VＴ3。
２
t d为触发引前时间
(5-１6）
超前于u o的时间为
ｉ
ｏ
(5-17)
表示为电角度
(5-18) ω为电路工作角频率;γ、β分别是tγ、ｔβ对应的电角度）
图５-１３并联谐振式逆变电路工作波形
数量分析:
忽略换流过程，ｉo可近似成矩形波,展开成傅里叶级数
（5
－1９)
基波电流有效值
(5-２0)
负载电压有效值U
ｏ和直流电压U
ｄ
的关系（忽略L d的损耗,忽略晶闸管压降）
（5-21) 实际工作过程中,感应线圈参数随时间变化，必须使工作频率适应负载的变化而自动调整，这种控制方式称为自励方式。固定工作频率的控制方式称为他励方式。
自励方式存在起动问题,解决方法：
一是先用他励方式，系统开始工作后再转入自励方式。另一种方法是附加预充电起动电路。
(2) 三相电流型逆变电路
电流型三相桥式逆变电路（图５-11,采用全控型器件）。
基本工作方式是12０°导电方式——每个臂一周期内导电12０°。每时刻上下桥臂组各有一个臂导通，横向换流。
波形分析：
输出电流波形和负载性质无关,正负脉冲各120°的矩形波。输出电流和三相桥整流带大电感负载时的交流电流波形相同，谐波分析表达式也相同。输出线电压波形和负载性质有关，大体为正弦波。
输出交流电流的基波有效值
（5-２2）
串联二极管式晶闸管逆变电路如图5－15所示。这种电路因各桥臂的晶闸管和二极管串联使用而得名,主要用于中大功率交流电动机调速系统。
电流型三相桥式逆变电路:电路仍为前述的120°导电工作方式，输出波形和图5-14的波形大体相同。各桥臂的晶闸管和二极管串联使用，各桥臂之间换流采用强迫换流方式,连接于各臂之间的电容C1～Ｃ６即为换流电容。
换流过程分析(图５-16）
电容器充电规律：
图5-１４电流型三相桥式逆变电路的输出波形
图5-15串联二极管式晶闸管逆变电路
对共阳极晶闸管，与导通晶闸管相连一端极性为正，另一端为负。不与导通晶闸管相连的电容器电压为零。共阴极晶闸管与共阳极晶闸管情况类似，只是电容器电压极性相反。
等效换流电容：例如分析从VT1向VT3换流时，C13就是C3与C５串联后再与C1并联的等效电容。设C l~C6的电容量均为C,则C l3=3Ｃ／2。
从VT
向ＶT3换流的过程：
１
换流前VT1和VＴ2通，C1３电压U C0左正右负。换流过程可分为恒流放电和二极管换流两个阶段。
图5－１６换流过程各阶段的电流路径
ａ、恒流放电阶段
ｔ
１
时刻触发VT3导通，VT1被施以反压而关断。I d从VＴ1换到VT３，C1３通过ＶＤ1、Ｕ相负载、W相负载、VD2、VT2、直流电源和VT3放电,放电电流恒为Iｄ,故称恒流放电阶
段。u
Ｃ1３
下降到零之前，VT1承受反压，反压时间大于t q就能保证关断。
b、二极管换流阶段
t2时刻u C13降到零，之后Ｃ13反向充电。忽略负载电阻压降，则二极管ＶD3导通，电流
为i
Ｖ，VD
１
电流为i U=I d-ｉＶ，VD１和VD3同时通，进入二极管换流阶段。随着C1３电压增
高，充电电流渐小，ｉV渐大,ｔ3时刻ｉU减到零,ｉＶ=Ｉd,ＶD１承受反压而关断,二极管换流阶段结束。
t 3以后,VＴ2、VＴ３稳定导通阶段
波形分析：
电感负载时,ｕC13、i U、ｉＶ及ｕＣ1、ｕ
Ｃ3
、波形如图5-17所示。图中给出了各换
流电容电压ｕC1、ｕＣ3和u C５的波形。ｕC1
的波形和u
Ｃ1３
完全相同,在换流过程中,从
UＣ0降为－U C0，C３和Ｃ５是串联后再和Ｃ1
并联的，电压变化的幅度是Ｃ
１
的一半。换
流过程中，u C3从零变到-ＵC0,uＣ5从ＵC0
变到零,这些电压恰好符合相隔120°后从
VT３到VT5换流时的要求。
图5-1７串联二极管晶闸管逆变电路换流过程波形
无换向器电动机:
电流型三相桥式逆变器驱动同步电动机,负载换流，工作特性和调速方式和直流电动机相似,但无换向器，因此称为无换向器电动机。
图５-18 无换相器电动机的基本电路
BＱ——转子位置检测器,检测磁极位置以决定什么时候给哪个晶闸管发出触发脉冲
图5-1９无换相器电动机电路工作波形
本章小结
讲述基本的逆变电路的结构及其工作原理:
四大类基本变流电路中，AC/DＣ和ＤC/AC两类电路更为基本、更为重要。
换流方式：
分为外部换流和自换流两大类,外部换流包括电网换流和负载换流两种，自换流包括器件换流和强迫换流两种。晶闸管时代十分重要，全控型器件时代其重要性有所下降。
逆变电路分类方法:
可按换流方式、输出相数、直流电源的性质或用途等分类。本章主要采用按直流侧电源性质分类的方法,分为电压型和电流型两类。电压型和电流型的概念用于其他电路,会对这些电路有更深刻的认识。负载为大电感的整流电路可看为电流型整流电路。电容滤波的整流电路可看成为电压型整流电路。
与其他章的关系:
本章对逆变电路的讲述是很基本的，还远不完整。下一章的PＷM控制技术在逆变电路中应用最多，绝大部分逆变电路都是PＷM控制的,学完下一章才能对逆变电路有一个较为完整的认识。逆变电路的直流电源往往由整流电路而来,二都结合构成间接交流变流电路。
所谓三电平是指逆变器交流侧每相输出电压相对于直流侧有三种取值，正端电压(+Vdc/2)、负端电压(-Vdc/2)、中点零电压(0)。二极管箱位型三电平逆变器主电路结构如图所示。逆变器每一相需要4个IGBT开关管、4个续流二极管、2个箱位二极管;整个三相逆变器直流侧由两个电容C1、C2串联起来来支撑并均衡直流侧电压，C1=C2。通过一定的开关逻辑控制，交流侧产生三种电平的相电压，在输出端合成正弦波。 三电平逆变器的工作原理 以输出电压A相为例，分析三电平逆变器主电路工作原理，并假设器件为理想器件，不计其导通管压降。定义负载电流由逆变器流向电机或其它负载时的方向为正方向。 (l) 当Sa1，、Sa2导通，Sa3、Sa4关断时，若负载电流为正方向，则电源对电容C1充电，电流从正极点流过主开关Sa1、Sa2，该相输出端电位等同于正极点电位，输出电压U=+V dc/2; 若负载电流为负方向，则电流流过与主开关管Sa1、Sa2反并联的续流二极管对电容C1充电，电流注入正极点，该相输出端电位仍然等同于正极点电位，输出电压U=+V dc/2。通常标识为所谓的“1”状态，如图所示。
“1”状态“0”状态 “-1”状态 (2) 当Sa2、Sa3导通，Sa1、Sa4关断时，若负载电流为正方向，则电源对电容C1充电，电流 从O点顺序流过箱位二极管D a1，主开关管Sa2:，该相输出端电位等同与0点电位，输出电压U=O;若负载电流为负方向，则电流顺序流过主开关管Sa3和箱位二极管D a2，电流注入O点，该相输出端电位等同于O点电位，输出电压U=0，电源对电容C2充电。即通常标识的“0”状态，如图所示。
电子镇流器中半桥逆变电路工作原理的分析 陈传虞 引言 半桥逆变电路是电子镇流器和电子节能灯中最常用也是最基本的电路，正确地理解它的工作原理，将有助于我们合理地选择元器件如磁环变压器、扼流电感、启动电容等元件的参数，正确地安排三极管的驱动电路，以降低它的功耗与热量，提高整灯的可靠性。遗憾地是过去受观测仪器（如示波器）和测试手段的局限，我们无法观测到电路中关键点如三极管各个电极电流的正确波形（如文献4的电流i B 、i c 的起始波形就是错误的），因而无法作出符合实际情况的定量分析和判断，以至形成一些错误的概念。最近看到深爱公司叶文浩先生发表在中国照明电器（刊载于04年11、12期）的文章，受到不少启发，到欧普照明公司后，利用比较先进的示波器TDS5000，对电路关键点的电流和电压波形，进行了仔细的测试，感到认识上有所提高，澄清了过去不少胡塗概念，特撰写本文，抛砖引玉，与叶先生商榷，并就教于国内方家。 首先讨论半桥逆变电路的工原理，尽管这个电路是众所周知的，但人们对它的理解却并不十分正确，存在一些错误观念。因此，本文拟对它作较为仔细的探讨。讨论时以图1所示的基本电路作为讨论的出发点，后面所引用的元件名称及符号，均按图1所给出的为准。为支持和验证所提出的观点，文中給出了许多用示波器实际观测到的波形。 图1、半桥逆变电路的基本形式 一． 三极管如何由导通变为截止（以VT 2为例） 不论是用触发管DB 3还是由基极偏置电阻产生基极电流i B2(后者用在基极回路中带电容的半桥逆变电路中)，两种触发方式中的哪一种，在接通电源后，都会由于i B2的出现而产生VT 2的集电极电流i c2，通过磁环变压器的正反馈，引起电压v BE2上升, i B2进一步增加, i c2也随之增加。出现以下的连锁反应： 2b i ↑ 2C i ↑ 2b ↑ 这种再生反馈的结果，产生了雪崩效应，三极管迅速导通并饱和(在半桥逆变电路正常工作期间, 三极管VT 1或VT 2如何由截止变成导通的原因，我们将在后面文章中加以讨论)。导通后的三极管可以看成闭合的开关，三极管的电流i c2不再受基极电流i B2控制，而仅由外电路元件的参数来确定。 在三极管开始导通的一段时间内，i c2增加，通过磁环变压器绕组间的正反馈使磁环绕组N 2上的感应电动势增加，v BE2及 i B2均增加，由图2知，i B2同磁环绕组N 2上的电压v N2触发 电流 通过T r N 3与N 2
三电平逆变器的主电路结构及其工作原理 所谓三电平是指逆变器交流侧每相输出电压相对于直流侧有三种取值，正端电压(+Vdc/2)、负端电压(-Vdc/2)、中点零电压(0)。二极管箱位型三电平逆变器主电路结构如图所示。逆变器每一相需要4个IGBT开关管、4个续流二极管、2个箱位二极管;整个三相逆变器直流侧由两个电容C1、C2串联起来来支撑并均衡直流侧电压，C1=C2。通过一定的开关逻辑控制，交流侧产生三种电平的相电压，在输出端合成正弦波。 三电平逆变器的工作原理 以输出电压A相为例，分析三电平逆变器主电路工作原理，并假设器件为理想器件，不计其导通管压降。定义负载电流由逆变器流向电机或其它负载时的方向为正方向。 (l) 当Sa1，、Sa2导通，Sa3、Sa4关断时，若负载电流为正方向，则电源对电容C1充电，电流从正极点流过主开关Sa1、Sa2，该相输出端电位等同于正极点电位，输出电压U=+V dc/2; 若负载电流为负方向，则电流流过与主开关管Sa1、Sa2反并联的续流二极管对电容C1充电，电流注入正极点，该相输出端电位仍然等同于正极点电位，输出电压U=+V dc/2。通常标识为所谓的“1”状态，如图所示。
“1”状态“0”状态 “-1”状态 (2) 当Sa2、Sa3导通，Sa1、Sa4关断时，若负载电流为正方向，则电源对电容C1充电，电流 从O点顺序流过箱位二极管D a1，主开关管Sa2:，该相输出端电位等同与0点电位，输出电压U=O;若负载电流为负方向，则电流顺序流过主开关管Sa3和箱位二极管D a2，电流注入O点，该相输出端电位等同于O点电位，输出电压U=0，电源对电容C2充电。即通常标识的“0”状态，如图所示。 (3) 当Sa3、Sa4导通，Sa1、Sa2关断时，若负载电流为正方向，则电流从负极点流过与主开 关Sa3、Sa4反并联的续流二极管对电容C2进行充电，该相输出端电位等同于负极点电位，输出电压U=-V dc/2;若负载电流为负方向，则电源对电容C2充电，电流流过主开关管Sa3、Sa4注入负极点，该相输出端电位仍然等同于负极点电位，输出电压U=-V dc/2。通常标识为“-1”状态，如图所示。
自制逆变器电路及工作原理 今天我们来介绍一款逆变器（见图1）主要由MOS场效应管，普通电源变压器构成。其输出功率取决于MOS场效应管和电源变压器的功率，免除了烦琐的变压器绕制，适合电子爱好者业余制作中采用。下面介绍该变压器的工作原理及制作过程。 电路图（1） 工作原理： 这里我们将详细介绍这个逆变器的工作原理。 一、方波的产生 这里采用CD4069构成方波信号发生器。图2中，R1是补偿电阻，用于改善由于电源电压的变化而引起的震荡频率不稳。电路的震荡是通过电容C1充放电完成的。其振荡频率为f=1/2.2RC。图示电路的最大频率为：fmax=1/2.2*2.2*103*2.2x10-6=93.9Hz，最小频率为fmin=1/2.2*4.2*103*2.2*10-6=49.2Hz。由于元件的误差，实际值会略有差异。其它多余的发相器，输入端接地避免影响其它电路。
图2 二、场效应管驱动电路。 由于方波信号发生器输出的振荡信号电压最大振幅为0~5V，为充分驱动电源开关电路，这里用TR1、TR2将振荡信号电压放大至0~12V。如图3所示。 图3 三、场效应管电源开关电路。 场效应管是该装置的核心，在介绍该部分工作原理之前，先简单解释一下MOS 场效应管的工作原理。 MOS场效应管也被称为MOS FET，即Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor（金属氧化物半导体场效应管）的缩写。它一般有耗尽型和增强型两种。本文使用的是增强型MOS场效应管，其内部结构见图4。它可分为NPN型和PNP型。NPN型通常称为N沟道型，PNP型通常称P沟道型。由图可看出，对于N 沟道型的场效应管其源极和漏极接在N型半导体上，同样对于P沟道的场效应管其源极和漏极则接在P型半导体上。我们知道一般三极管是由输入的电流控制输出的电流。但对于场效应管，其输出电流是由输入的电压（或称场电压）控制，可以认为输入电流极小或没有输入电流，这使得该器件有很高的输入阻抗，同时这也是我们称之为场效应管的原因。
逆变电焊机的基本工作原理： 逆变电焊机主要是逆变器产生的逆变式弧焊电源， 又称弧焊逆变器， 是一种新型的焊接电源。 是将工频（50Hz）交流电， 先经整流器整流和滤波变成直流， 再通过大功率开关电子元件（晶闸管SCR、晶体管GTR、场效应管MOSFET或IGBT），逆变成几kHz~几十kHz的中频交流电， 同时经变压器降至适合于焊接的几十V电压， 再次整流并经电抗滤波输出相当平稳的直流焊接电流。 其变换顺序可简单地表示为： 工频交流（经整流滤波）→直流（经逆变）→中频交流（降压、整流、滤波）→直流。即为：AC→DC→AC→DC 因为逆变降压后的交流电， 由于其频率高， 则感抗大， 在焊接回路中有功功率就会大大降低。 所以需再次进行整流。 这就是目前所常用的逆变电焊机的机制。 逆变电源的特点： 弧焊逆变器的基本特点是工作频率高， 由此而带来很多优点。 因为变压器无论是原绕组还是副绕组， 其电势E与电流的频率f、磁通密度B、铁芯截面积S及绕组的匝数W有如下关系：E=4.44fBSW 而绕组的端电压U近似地等于E，即： U≈E=4.44fBSW 当U、B确定后，若提高f，则S减小，W减少， 因此， 变压器的重量和体积就可以大大减小。 就能使整机的重量和体积显著减小。 还有频率的提高及其他因素而带来了许多优点， 与传统弧焊电源比较， 其主要特点如下： 1.体积小、重量轻，节省材料，携带、移动方便。 2.高效节能，效率可达到80%~90%，比传统焊机节电1/3以上。 3.动特性好，引弧容易，电弧稳定，焊缝成形美观，飞溅小。 4.适合于与机器人结合，组成自动焊接生产系统。 5.可一机多用，完成多种焊接和切割过程。
目录 第一章：课程设计的目的及要求 (2) 第二章整流电路 (5) 第三章逆变电路 (9) 第四章PWM逆变电路的工作原理 (11) 第五章三相正弦交流电源发生器 (14) 第六章三角波发生器 (15) 第七章比较电路 (16) 第八章死区生成电路 (18) 第九章驱动电路 (20) 附录 参考文献 课程设计的心得体会
第一章：课程设计的目的及要求 一、课程设计的目的 通过电力电子计术的课程设计达到以下几个目的： 1、培养学生文献检索的能力，特别是如何利用Internet检索 需要的文献资料。 2、培养学生综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。 3、培养学生运用知识的能力和工程设计的能力。 4、培养学生运用仿真工具的能力和方法。 5、提高学生课程设计报告撰写水平。 二、课程设计的要求 1. 自立题目 题目：无源三相PWM逆变器控制电路设计 注意事项： ①学生也可以选择规定题目方向外的其它电力电子装置设计，如开关电源、镇流器、UPS电源等，
②通过图书馆和Internet广泛检索和阅读自己要设计的题目方向的文献资料，确定适应自己的课程设计方案。首先要明确自己课程设计的设计容。 控制框图 设计装置（或电路）的主要技术数据 主要技术数据 输入交流电源： 三相380V，f=50Hz 交直变换采用二极管整流桥电容滤波电路，无源逆变桥采用三相桥式电压型逆变主电路，控制方法为SPWM控制原理输出交流： 电流为正弦交流波形，输出频率可调，输出负载为三相异步电动机，P=5kW等效为星形RL电路，R=10Ω，L=15mH
设计容： 整流电路的设计和参数选择 滤波电容参数选择 三相逆变主电路的设计和参数选择 IGBT电流、电压额定的选择 三相SPWM驱动电路的设计 画出完整的主电路原理图和控制电路原理图 2.在整个设计中要注意培养灵活运用所学的电力电子技术 知识和创造性的思维方式以及创造能力 要求具体电路方案的选择必须有论证说明，要说明其有哪些特点。主电路具体电路元器件的选择应有计算和说明。课程设计从确定方案到整个系统的设计，必须在检索、阅读及分析研究大量的相关文献的基础上，经过剖析、提炼，设计出所要求的电路（或装置）。课程设计中要不断提出问题，并给出这些问题的解决方法和自己的研究体会。设计报告最后给出设计中所查阅的参考文献最少不能少于5篇，且文中有引用说明，否则也不能得优）。
[三电平逆变器的主电路结构及其工作原理]三电平逆变器 工作原理 三电平逆变器的主电路结构及其原理 所谓三电平是指逆变器侧每相输出电压相对于直流侧有三种取值，正端电压(+Vdc/2)、负端电压(-Vdc/2)、中点零电压(0)。二极管箱 位型三电平逆变器主电路结构如图所示。逆变器每一相需要4个IGBT 开关管、4个续流二极管、2个箱位二极管;整个三相逆变器直流侧由两个电容C1、C2串联起来来支撑并均衡直流侧电压，C1=C2。通过一定的开关逻辑控制，交流侧产生三种电平的相电压，在输出端合成正弦波。 三电平逆变器的工作原理 以输出电压A相为例，分析三电平逆变器主电路工作原理，并假 设器件为理想器件，不计其导通管压降。定义负载电流由逆变器流向电机或其它负载时的方向为正方向。 (l) 当Sa1、Sa2导通，Sa3、Sa4关断时，若负载电流为正方向，则电源对电容C1充电，电流从正极点流过主开关Sa1、Sa2，该相输出端电位等同于正极点电位，输出电压U=+Vdc/2;若负载电流为负方向，则电流流过与主开关管Sa1、Sa2反并联的续流二极管对电容C1
充电，电流注入正极点，该相输出端电位仍然等同于正极点电位，输出电压U=+Vdc/2。通常标识为所谓的“1”状态，如图所示。 “1”状态“0”状态 “-1”状态 (2) 当Sa2、Sa3导通，Sa1、Sa4关断时，若负载电流为正方向，则电源对电容C1充电，电流从O点顺序流过箱位二极管Da1，主开关管Sa2:，该相输出端电位等同与0点电位，输出电压U=O;若负载电流为负方向，则电流顺序流过主开关管Sa3和箱位二极管Da2，电流注入O点，该相输出端电位等同于O点电位，输出电压U=0，电源对电容C2充电。即通常标识的“0”状态，如图所示。 (3) 当Sa3、Sa4导通，Sa1、Sa2关断时，若负载电流为正方向，则电流从负极点流过与主开关Sa3、Sa4反并联的续流二极管对电容C2进行充电，该相输出端电位等同于负极点电位，输出电压U=-Vdc/2;若负载电流为负方向，则电源对电容C2充电，电流流过主开关管Sa3、Sa4注入负极点，该相输出端电位仍然等同于负极点电位，输出电压U=-Vdc/2。通常标识为“-1”状态，如图所示。 三电平逆变器工作状态间的转换
逆变电路的基本工作原理 1、S4闭合，S 2、S3断开时，负载电压uo为正S1；S 1、S4断开，S 2、S3闭合时，uo为负，把直流电变成了交流电。改变两组开关切换频率，可改变输出交流电频率。图5-1 逆变电路及其波形举例电阻负载时，负载电流io和uo的波形相同，相位也相同。阻感负载时，io滞后于uo，波形也不同（图5-1b）。t1前：S 1、S4通，uo和io均为正。t1时刻断开S 1、S4，合上S 2、S3，uo变负，但io不能立刻反向。io从电源负极流出，经S 2、负载和S3流回正极，负载电感能量向电源反馈，io逐渐减小，t2时刻降为零，之后io才反向并增大（2）换流方式分类换流电流从一个支路向另一个支路转移的过程，也称换相。开通：适当的门极驱动信号就可使其开通。关断：全控型器件可通过门极关断。半控型器件晶闸管，必须利用外部条件才能关断，一般在晶闸管电流过零后施加一定时间反压，才能关断。研究换流方式主要是研究如何使器件关断。本章换流及换流方式问题最为全面集中，因此在本章讲述
1、器件换流利用全控型器件的自关断能力进行换流（Device Commutation）。 2、电网换流由电网提供换流电压称为电网换流（Line Commutation）。可控整流电路、交流调压电路和采用相控方式的交交变频电路，不需器件具有门极可关断能力，也不需要为换流附加元件。 3、负载换流由负载提供换流电压称为负载换流（Load Commutation）。负载电流相位超前于负载电压的场合，都可实现负载换流。负载为电容性负载时，负载为同步电动机时，可实现负载换流。图5-2 负载换流电路及其工作波形基本的负载换流逆变电路：采用晶闸管，负载：电阻电感串联后再和电容并联，工作在接近并联谐振状态而略呈容性。电容为改善负载功率因数使其略呈容性而接入，直流侧串入大电感Ld， id基本没有脉动。工作过程：4个臂的切换仅使电流路径改变，负载电流基本呈矩形波。负载工作在对基波电流接近并联谐振的状态，对基波阻抗很大，对谐波阻抗很小，uo波形接近正弦。t1前：VT 1、VT4通，VT 2、VT3断，uo、io均为正，VT 2、VT3电压即为uot1时：触发VT 2、VT3使其开通，uo加到VT 4、VT1上使其承受反压而关断，电流从VT 1、VT4换到VT
基于电压空间矢量控制的三相逆变器的研究 1、SVPWM逆变电路的基本原理及控制算法 图1.1中所示的三相逆变器有6个开关，其中每个桥臂上的开关工作在互补状态，三相桥臂的上下开关模式得到八个电压矢量，包括6个非零矢量(001)、(010)、(011)、(100)、(101)、(110)和两个零矢量(000)、(111). 图1.-1 三相桥式电压型有源逆变器拓扑结构 在平面上绘出不同的开关状态对应的电压矢量，如图1.2所示。由于逆变器能够产生的电压矢量只有8个，对与任意给定的参考电压矢量，都可以运用这8个已知的参考电压矢量来控制逆变器开关来合成。 3 U(011) 1 U(001)5 U(101) 4 U(100) 6 U(110) 2 U(010) Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ U(000) 7 U(111) β c U θ β u α u 1 sv U2 sv U 3 sv U 图1.2 空间电压矢量分区 图1.2中，当参考电压矢量在1扇区时，用1扇区对应的三个空间矢量U sv1、U sv2、U sv3 来等效参考电压矢量。若1.2 合成矢量 ref U所处扇区N的判断 三相坐标变换到两相β α-坐标： ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? = ? ? ? ? ? ? ? ? ) ( ) ( ) ( 2 3 - 2 3 2 1 - 2 1 - 1 3 2 ) ( ) ( t t t t t u u u u u co bo ao β α （1.1）
根据u α、u β的正负及大小关系就很容易判断参考电压矢量所处的扇区位置。如表1.1所示。 表1.1 参考电压矢量扇区位置的判断条件 可以发现，扇区的位置是与u β、 u u βα-3及u u βα--3的正负有关。为判断方便，我们设空间电压矢量所在的扇区N N=A+2B+3C （1.2） 其中，如果u β ＞0，那么A=1,否则A=0 如果u u βα-3 ＞0，那么B=1,否则B=0 如果u u βα--3 ＞0，那么C=1,否则C=0 1.3 每个扇区中基本矢量作用时间的计算 在确定参考电压矢量的扇区位置后，根据伏秒特性等效原理，采用该扇区三个顶点所对应的三个电压空间矢量来逼近参考电压矢量。以参考电压矢量位于3扇区为例，如图1.3所示，参考电压U ref 与U 4的夹角为γ。 β 1 4 图1.3 电压空间矢量合成示意图 根据伏秒特性等效原理算出 () ???? ? ? ? ?? ????--==-=T T T T V T u T V T u u T s dc s ref dc s ref ref 21021 33321 β β α （1.3）
三电平逆变器的主电路结构 及其工作原理 -标准化文件发布号：（9556-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
三电平逆变器的主电路结构及其工作原理 所谓三电平是指逆变器交流侧每相输出电压相对于直流侧有三种取值，正端电压 (+Vdc/2)、负端电压(-Vdc/2)、中点零电压(0)。二极管箱位型三电平逆变器主电路结构如图所示。逆变器每一相需要4个IGBT开关管、4个续流二极管、2个箱位二极管;整个三相逆变器直流侧由两个电容C1、C2串联起来来支撑并均衡直流侧电压，C1=C2。通过一定的开关逻辑控制，交流侧产生三种电平的相电压，在输出端合成正弦波。 三电平逆变器的工作原理 以输出电压A相为例，分析三电平逆变器主电路工作原理，并假设器件为理想器件，不计其导通管压降。定义负载电流由逆变器流向电机或其它负载时的方向为正方向。 (l) 当Sa1，、Sa2导通，Sa3、Sa4关断时，若负载电流为正方向，则电源对电容C1充电，电流从正极点流过主开关Sa1、Sa2，该相输出端电位等同于正极点电位，输出电压 U=+V dc/2;若负载电流为负方向，则电流流过与主开关管Sa1、Sa2反并联的续流二极管对电容C1充电，电流注入正极点，该相输出端电位仍然等同于正极点电位，输出电压U=+V dc/2。通常标识为所谓的“1”状态，如图所示。
“1”状态“0”状态 “-1”状态 (2) 当Sa2、Sa3导通，Sa1、Sa4关断时，若负载电流为正方向，则电源对电容C1充电，电流 从O点顺序流过箱位二极管D a1，主开关管Sa2:，该相输出端电位等同与0点电位，输出电压U=O;若负载电流为负方向，则电流顺序流过主开关管Sa3和箱位二极管D a2，电流注入O点，该相输出端电位等同于O点电位，输出电压U=0，电源对电容C2充电。即通常标识的“0”状态，如图所示。 (3) 当Sa3、Sa4导通，Sa1、Sa2关断时，若负载电流为正方向，则电流从负极点流过与主开 关Sa3、Sa4反并联的续流二极管对电容C2进行充电，该相输出端电位等同于负极点电位，输出电压U=-V dc/2;若负载电流为负方向，则电源对电容C2充电，电流流过主开关管Sa3、Sa4注入负极点，该相输出端电位仍然等同于负极点电位，输出电压U=-V dc/2。通常标识为“-1”状态，如图所示。
第5章逆变电路 主要内容：换流方式，电压型逆变电路，电流型逆变电路，多重逆变电路和多电平逆变电路。 重点：换流方式，电压型逆变电路。 难点：电压型逆变电路，电流型逆变电路。 基本要求：掌握换流方式，掌握电压型逆变电路，理解电流型逆变电路，了解多重逆变电路和多电平逆变电路。 逆变概念： 逆变——直流电变成交流电，与整流相对应。 本章无源逆变逆变电路的应用： 蓄电池、干电池、太阳能电池等直流电源向交流负载供电时，需要逆变电路。交流电机调速用变频器、不间断电源、感应加热电源等电力电子装置的核心部分都是逆变电路。 本章仅讲述逆变电路基本内容，第6章PWM控制技术和第8章组合变流电路中，有关逆变电路的内容会进一步展开 1换流方式 （1）逆变电路的基本工作原理 单相桥式逆变电路为例： S1～S4是桥式电路的4个臂，由电力电子器件及辅助电路组成。S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压u o为正S1；S1、S4断开，S2、S3闭合时，u o为负，把直流电变成了交流电。改变两组开关切换频率，可改变输出交流电频率。 图5-1 逆变电路及其波形举例
电阻负载时，负载电流i o和u o的波形相同，相位也相同。阻感负载时，i o滞后于u o，波形也不同（图5-1b）。 t1前：S1、S4通，u o和i o均为正。 t1时刻断开S1、S4，合上S2、S3，u o变负，但i o不能立刻反向。 i o从电源负极流出，经S2、负载和S3流回正极，负载电感能量向电源反馈，i o逐渐减小，t2时刻降为零，之后i o才反向并增大 （2）换流方式分类 换流——电流从一个支路向另一个支路转移的过程，也称换相。 开通：适当的门极驱动信号就可使其开通。 关断：全控型器件可通过门极关断。 半控型器件晶闸管，必须利用外部条件才能关断，一般在晶闸管电流过零后施加一定时间反压，才能关断。 研究换流方式主要是研究如何使器件关断。 本章换流及换流方式问题最为全面集中，因此在本章讲述 1、器件换流 利用全控型器件的自关断能力进行换流（Device Commutation）。 2、电网换流 由电网提供换流电压称为电网换流（Line Commutation）。可控整流电路、交流调压电路和采用相控方式的交交变频电路，不需器件具有门极可关断能力，也不需要为换流附加元件。 3、负载换流 由负载提供换流电压称为负载换流（Load Commutation）。负载电流相位超前于负载电压的场合，都可实现负载换流。负载为电容性负载时，负载为同步电动机时，可实现负载换流。 图5-2 负载换流电路及其工作波形 基本的负载换流逆变电路：
三相逆变器电路原理和工作过程图文说明 单相逆变器电路由于受到功率开关器件的容量、零线（中性线）电流、电网负载平衡要求和用电负载性质等的限制，容量一般都在100kV A以下，大容量的逆变电路大多采用三相形式。三相逆变器按照直流电源的性质不同分为三相电压型逆变器和三相电流型逆变器。 1.三相电压型逆变器。 电压型逆变器就是逆变电路中的输入直流能量由一个稳定的电压源提供，其特点是逆变器在脉宽调制时的输出电压的幅值等于电压源的幅值，而电流波形取决于实际的负载阻抗。三相电压型逆变器的基本电路如图6-15所示。该电路主要由6只功率开关器件和6只续流二板管以及带中性点的直流电源构成。图中负载L和R表示三相负载的各路相电感和相电阻。 图6-15 三相电压型逆变器电路原理图 图6-15三相电压型逆变器电路原理图功率开关器件VT1～VT6在控制电路的作用下，控制信号为三相互差1200的脉冲信号时，可以控制每个功率开关器件导通180度或120度，相邻两个开关器件的导通时间互差60度逆变器三个桥臂中上部和下部开关元件以180度间隔交替开通和关断，VT1～VT6以60度的电位差依次开通和关断，在逆变器输出端形成a、b、c三相电压。 控制电路输出的开关控制信号可以是方波、阶梯波、脉宽调制方波、脉宽调制三角波和锯齿波等，其中后三种脉宽调制的波形都是以基础波作为载波，正弦波作为调制波，最后输出正弦波波形。普通方波和被正弦波调制的方波的区别如图6-16所示，与普通方波信号相比，被调制的方波信号是按照正弦波规律变化的系列方波信号，即普通方波信号是连续导通的，而被调制的方波信号要在正弦波调制的周期内导通和关断N次。
1 引言 设计要求 本次课程设计题目要求为三相方波逆变电路的设计。设计过程从原理分析、元器件的选取，到方案的确定以及Matlab 仿真等，巩固了理论知识，基本达到设计要求。完成三相方波逆变电路的仿真，开关管选IGBT,直流电压为530V, 阻感负载，负载有功功率1KV y感性无功功率为100Var。 逆变的概念 逆变即直流电变成交流电，与整流相对应 电力系统中，将电网交流电通过整流技术变成直流电，然后通过逆变技术，将直流变成高频交流，再通过高频变压器降压，就达到缩小变压器体积和提高供电质量的目的了。
三相逆变 三相逆变技术广泛应用于交流传动、无功补偿等领域。在三相PWM交流 伺服系统中，一般采用三个桥臂的结构，即逆变桥主电路有6 个功率开关器件 (功率MOSFE或IGBT)构成，若每个开关器件都用一个单独的驱动电路驱动，则需6 个驱动电路，至少要配备4 个相互独立的直流电源为其供电，使得系统硬件结构复杂，可靠性下降，且调试困难，设计成本偏高。 2三相电压源型SPW逆变器 PWM的基本原理 PWM(Pulse Width Modulation) 控就是对脉冲的宽度进行调制的技术，即通过一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要的波形。PWh控制技术最重要的理论基础是面积等效原理，即冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。 SPW控制技术是PW M空制技术的主要应用，即输出脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效。 SPWM逆变电路及其控制方法 SPW逆变电路属于电力电子器件的应用系统，因此，一个完整的SPW逆变电路应该由控制电路、驱动电路和以电力电子器件为核心的主电路组成。由信息电子电路组成的控制电路按照系统的工作要求形成控制信号，通过驱动电路去控制主电路中电力电子器件的导通或者关断，来完成整个系统的功能。 目前应用最为广泛的是电压型PW逆变电路，脉宽控制方法主要有计算机法和调制法两种，但因为计算机法过程繁琐，当需要输出的正弦波的频率、幅值或相位发生变化时，结果都要变化，而调制法在这些方面有着无可比拟的优势，因此，调制法应用最为广泛。 所谓调制法，就是把希望输出的波形作为调制信号U t，把接收调制的信号作 为载波U c，通过信号波的调制得到所期望的PW波形。 三相方波逆变器 电路结构相同，只是控制方式不同。每一开关元件在输出电压的一个周期中闭合180°
三相电压型逆变器 一．电力电子器件的发展： 1.概述： 1957年可控硅(晶闸管)的问世，为半导体器件应用于强电领域的自动控制迈出了重要的一步，电力电子开始登上现代电气传动技术舞台，这标志着电力电子技术的诞生。20世纪60年代初已开始使用电力电子这个名词，进入70年代晶闸管开始派生各种系列产品，普通晶闸管由于其不能自关断的特点，属于半控型器件，被称作第一代电力电子器件。随着理论研究和工艺水平的不断提高，以门极可关断晶闸管（GTO）、电力双极性晶体管（BJT）和电力场效应晶体管（Power-MOSFET）为代表的全控型器件迅速发展，被称作第二代电力电子器件。80年代后期，以绝缘栅极双极型晶体管（IGBT）为代表的复合型第三代电力电子器件异军突起，而进入90年代电力电子器件开始朝着智能化、功率集成化发展，这代表了电力电子技术发展的一个重要方向 电子技术被认为是现代科技发展的主力军，电力电子就是电力电子学，又称功率电子学，是利用电子技术对电力机械或电力装置进行系统控制的一门技术性学科，主要研究电力的处理和变换，服务于电能的产生、输送、变换和控制。（电力电子的发展动向）电力电子技术包括功率半导体器件与IC 技术、功率变换技术及控制技术等几个方面，其中电力电子器件是电力电子技术的重要基础，也是电力电子技术发展的“龙头”。电力电子器件(Power Electronic Device)又称为功率半导体器件，用于电能变换和电能控创电路中
的大功率(通常指电流为数十至数千安，电压为数百伏以上)电子器件。广义上电力电子器件可分为电真空器件(Electron Device)和半导体器件(Semiconductor Device)两类。 2.发展： A.整流管： 整流管是电力电子器件中结构最简单、应用最广泛的一种器件。目前主要有普通整流管、快恢复整流管和肖特基整流管三种类型。电力整流管在改善各种电力电子电路的性能、降低电路损耗和提高电源使用效率等方面发挥着非常重要的作用。目前，人们已通过新颖结构的设计和大规模集成电路制作工艺的运用，研制出集PIN整流管和肖特基整流管的优点于一体的具有MPS、SPEED和SSD等结构的新型高压快恢复整流管。它们的通态压降为IV 左右，反向恢复时间为PIN整流管的1/2，反向恢复峰值电流为PIN整流管的1/3。 B.晶闸管： 自1957年美国通用电气公司GE研制出第一个晶闸管开始，其结构的改进和工艺的改革，为新器件开发研制奠定了基础，其后派生出各种系列产品。1964年，GE公司成功开发双向晶闸管，将其应用于调光和马达控制；1965年，小功率光触发晶闸管问世，为其后出现的光耦合器打下了基础；60年代后期，出现了大功率逆变晶闸管，成为当时逆变电路的基本元件；逆导晶闸管和非对称晶闸管于1974年研制完成。 C.门极可关断晶闸管： GTO可达到晶闸管相同水平的电压、电流等级，工作频率也可扩展到
最常见的车载逆变器电路原理图见图1。车载逆变器的整个电路大体上可分为两大部分，每部分各采用一只TL494或KA7500芯片组成控制电路，其中第一部分电路的作用是将汽车电瓶等提供的12V直流电，通过高频PWM (脉宽调制)开关电源技术转换成30kHz－50kHz、220V左右的交流电；第二部分电路的作用则是利用桥式整流、滤波、脉宽调制及开关功率输出等技术，将30kHz～50kHz、220V左右的交流电转换成50Hz、220V的交流电。 车载逆变器电路工作原理 图1电路中，由芯片IC1及其外围电路、三极管VT1、VT3、MOS功率管VT2、VT4以及变压器T1组成12V直流变换为220V/50kHz交流的逆变电路。由芯片IC2及其外围电路、三极管VT5、VT8、MOS功率管VT6、VT7、VT9、VT10以及220V/50kHz整流、滤波电路VD5－VD8、C12等共同组成220V/50kHz高频交流电变换为220V/50Hz 工频交流电的转换电路，最后通过XAC插座输出220V /50Hz交流电供各种便携式电器使
用。 图1中IC1、IC2采用了TL494CN(或KA7500C)芯片，构成车载逆变器的核心控制电路。TL494CN是专用的双端式开关电源控制芯片，其尾缀字母CN表示芯片的封装外形为双列直插式塑封结构，工作温度范围为0℃-70℃，极限工作电源电压为7V～40V，最高工作频率为300kHz。 TL494芯片内置有5V基准源，稳压精度为5 V±5％，负载能力为10mA，并通过其14脚进行输出供外部电路使用。TL494芯片还内置2只NPN功率输出管，可提供500mA 的驱动能力。 TL494芯片的内部电路 图1电路中IC1的15脚外围电路的R1、C1组成上电软启动电路。上电时电容C1两端的电压由0V逐步升高，只有当C1两端电压达到5V以上时，才允许IC1内部的脉宽调制电路开始工作。当电源断电后，C1通过电阻R2放电，保证下次上电时的软启动电路正常工作。 IC1的15脚外围电路的R1、Rt、R2组成过热保护电路，Rt为正温度系数热敏电阻，常温阻值可在150 Ω～300Ω范围内任选，适当选大些可提高过热保护电路启动的灵敏度。热敏电阻Rt安装时要紧贴于MOS功率开关管VT2或VT4的金属散热片上，这样才能保证电路的过热保护功能有效。 IC1的15脚的对地电压值U是一个比较重要的参数，图1电路中U≈Vcc×R2÷
《电力电子技术》课程设计说明书三相桥式PWM逆变电路的设计院、部：电气与信息工程 学生姓名：刘远治 指导教师：桂友超职称副教授 专业：电气工程及其自动化 班级：电气本1104班 完成时间：2014年06月
摘要 本文设计了一个三相桥式PWM控制的逆变电路。PWM控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术,如果脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形,也称为SPWM波形。该设计包括主电路、驱动电路、SPWM信号产生电路、过流保护等方面的设计。该逆变器主电路采用的开关器件是IGBT；如需实物制作，驱动电路可采用现在大功率MOSFET、IGBT专用驱动芯片IR2110；PWM信号产生电路可采用CD4538芯片控制产生。 关键词：三相桥式；主电路；IR2110；CD4538
Abstract This paper designed a three-phase PWM controlled inverter bridge circuit. PWM control is on the pulse width modulation technology, if the pulse width changes according to sine law and the sine wave PWM waveform equivalent, also known as SPWM waveform. The design includes the main circuit, driver circuit, SPWM signal generation circuit, over-current protection and other aspects of design. The inverter main circuit uses IGBT; If you need make it real, driver circuit can use high-power MOSFET, IGBT dedicated driver chip IR2110; PWM signal generation circuit controlled by the CD4538 chip produced。 Key words three-phase bridge; main circuit; IR2110; CD4538
中北大学电子技术课程设计说明书 目录 1 引言 (1) 1.1设计要求 (1) 1.2逆变的概念 (1) 1.3三相逆变 (1) 2 三相电压源型SPWM逆变器 (1) 2.1 PWM的基本原理 (1) 2.2 SPWM逆变电路及其控制方法 (2) 2.3 三相方波逆变器 (2) 2.3 三相PWM逆变器提高直流电压利用率的方法 (2) 2.4 三相PWM逆变器提高直流电压利用率的方法 (3) 3 逆变器主电路设计 (5) 4软件仿真 (6) 4.1 Matlab软件 (6) 4.2 建模仿真 (6) 5 总结 (10) 参考文献 (13)
1 引言 1.1设计要求 本次课程设计题目要求为三相方波逆变电路的设计。设计过程从原理分析、元器件的选取，到方案的确定以及Matlab仿真等，巩固了理论知识，基本达到设计要求。完成三相方波逆变电路的仿真，开关管选IGBT，直流电压为530V，阻感负载，负载有功功率1KW，感性无功功率为100Var。 1.2逆变的概念 逆变即直流电变成交流电，与整流相对应。 电力系统中，将电网交流电通过整流技术变成直流电，然后通过逆变技术，将直流变成高频交流，再通过高频变压器降压，就达到缩小变压器体积和提高供电质量的目的了。 1.3三相逆变 三相逆变技术广泛应用于交流传动、无功补偿等领域。在三相PWM 交流伺服系统中，一般采用三个桥臂的结构，即逆变桥主电路有 6 个功率开关器件（功率MOSFET 或IGBT）构成，若每个开关器件都用一个单独的驱动电路驱动，则需6 个驱动电路，至少要配备4 个相互独立的直流电源为其供电，使得系统硬件结构复杂，可靠性下降，且调试困难，设计成本偏高。 2 三相电压源型SPWM逆变器 2.1 PWM的基本原理 PWM(Pulse Width Modulation)控就是对脉冲的宽度进行调制的技术，即通过一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要的波形。PWM控制技术最重要的理论基础是面积等效原理，即冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。
逆变器电路原理分析 1、逆变器的定义 逆变器是通过半导体功率开关的开通和关断作用，把直流电能转变成交流电能的一 种变换装置，是整流变换的逆过程。 车载逆变器的整个电路大体上可分为两大部分，每部分各采用一只TL494或 KA7500芯片组成控制电路，其中第一部分电路的作用是将等提供的12V直流电，通过高频PWM (脉宽调制)开关电源技术转换成30kHz－50kHz、220V左右的交流电；第二部分电路的作用则是利用桥式、滤波、脉宽调制及开关功率输出等技术，将30kHz～50kHz、220V左右的交流电转换成50Hz、220V的交流电。 高频升压逆变控制电路： （1）脚第一组放大器的同相输入端，检测输出电流，与3个电阻分压，当电流过大时，分压电阻上的电压超过（2）脚基准电压，（3）脚放大器输出端输出高电平，（3）脚为高电平时，电路进入保护状态。（2）脚为比较器的反相输入端，接（14）脚基准，作比较器的参考电压，外部输入端的控制信号可输入至脚（4）的截止时间控制端（也叫死区时间控制），与脚（1）、（2）、（15）、（16）误差放大器的输入端，其输入端点的抵补电压为120mV，其可限制输出截止时间至最小值，大约为最初锯齿波周期时间的4%。当13脚的输出模控制端接地时，可获得96%最大工作周期，而当(13)脚接制参考电压时，可获得48%最大工作周期。如果我们在第4脚截止时间控制输入端设定一个固定电压，其范围由0V至之间，则附加的截止时间一定出现在输出上。（5）、（6）脚是一个固定频率的脉冲宽度调制电路，内置了线性锯齿波振荡器，振荡频率可通过外部的一个电阻和一个电容进行调节，其振荡频率如下： 输出脉冲的宽度是通过电容CT上的正极性锯齿波电压与另外两个控制信号进行比较来实现。功率输出管Q1和Q2受控于或非门。当双稳触发器的时钟信号为低电平时才会被选通，即只有在锯齿波电压大于控制信号期间才会被选通。当控制信号增大，输出脉冲的宽度将减小。（7）脚接地端，（8）、（11）脚是Q1和Q2内部开关管的集电极，在此电路中接电源，(9)、(10)脚为Q1、Q2的发射极，作开关管驱动输出端，接下图中 Q1与Q2外部放大电路。以驱动后极推挽电路。（12）脚电源端，(13）脚为输出控制端，接(14)脚基准电压时两路输出脉冲相差180方位，每路输出量大约200MA的驱动推挽或半桥式电路。(15)、脚第二组放大器的反相输入端，接基准电压，（16)脚同相输入端，检测电源电压。当电压过高超过（15)脚参考电压时，（3）脚输出高电平，电路进入保护状态。 高频升压逆变电路及整流： 这是一个推挽式拓扑逆变电路，当E1驱动脉冲驱动时，Q1导通，使VT3、VT6导通，VT7、VT8截止，此时电路进行正半周波形放大，变压器升压到次级，通过高频整流管
收稿日期:2004-02-24 作者简介:陶生桂(1940-),男,江苏常熟人,教授,博士生导师.E 2mail :hb9139@https://www.doczj.com/doc/9a11280871.html, 三电平逆变器中点电位平衡 电路的设计与仿真 陶生桂,龚熙国,袁登科 (同济大学沪西校区电气工程系,上海 200331) 摘要:多电平逆变器在中高压大功率场合得到了广泛的研究和应用.二极管中点箝位三电平逆变器是一种简单实用的多电平逆变器,但是三电平逆变器直流侧中点电位偏移问题影响着逆变器及其电机调速系统的可靠性.为此提出了一种用于三电平逆变器中点电位平衡的硬件电路,详细介绍了其工作原理以及参数设定,并用Matlab/ Simulink 仿真工具对系统进行了研究,给出了较好的仿真结果. 关键词:三电平逆变器;中点电位平衡;二极管箝位 中图分类号:TM 464 文献标识码:A 文章编号:0253-374X (2005)03-0395-05 Design and Simulation of Novel Circuit for Neutral 2Point Voltage Balance in Three 2Level Inverter TA O S heng 2gui ,GON G Xi 2guo ,Y UA N Deng 2ke (Department of Electrical Engineering ,Tongji University West Campus ,Shanghai 200331,China ) Abstract :The multilevel inverter has been studied and used widely in high power applications for medium or high voltage.Diode 2clamped three 2level inverter is a simple and practical kind of inverter.But the deviation of neutral point voltage is one of the key aspects that affects the reliability of the three 2level inverter and its electric drive system.This paper presents a novel circuit for neutral 2point voltage balance in the three 2level inverter.The operation principle and parameters setting are analyzed in detail.Simulation results based on Matlab/Simulink are supplied to confirm the validity of the pro 2posed circuit. Key words :three 2level inverter ;neutral 2point voltage balancing ;diode 2clamped 近几年来,多电平逆变器成为人们研究的热点课题.三电平逆变器是多电平逆变器中最简单又最实用的一种电路.三电平逆变器与传统的两电平逆变器相比较,主要优点是:器件具有2倍的正向阻断电压能力,并能减少谐波和降低开关频率,从而使系统损耗减小,使低压开关器件可以应用于高压变换器中[1].但是三电平逆变器控制策略复杂,并要考 虑中点电位平衡的问题.若逆变器直流母线上串联的2个电容的中点电压出现偏移,将引起三电平逆变器输出电压波形发生畸变而增大谐波及损耗[2].抑制三电平逆变器中点电位偏移的方法有硬件和软件两类.从软件出发将会增加控制的复杂性.笔者提出了一种抑制三电平逆变器中点电位偏移的硬件电路的实现方法.详细介绍了其工作原理和电路设计, 第33卷第3期2005年3月 同济大学学报(自然科学版) JOURNAL OF TON G J I UN IVERSITY (NATURAL SCIENCE )Vol.33No.3 Mar.2005