方波逆变电路

《电力电子系统的计算机仿真》

综合训练

题目：方波逆变电路的计算机仿真

院系：电信学院

专业：电气工程及其自动化

班级：

姓名：

学号：

指导老师：

时间：

电力电子技术是综合了电子电路、电机拖动、计算机控制等多学科的知识，是一门实践性和应用性很强的课程。由于电力电子器件自身的开关非线性，给电力电子电路的分析带来的了一定的复杂性和困难，因此一般常用波形分析的方法来研究。本文就基于MATLAB软件，利用MATLAB软件中的Simulink库具有模拟、数字混合仿真功能、具备大量的模拟功能模型和系统分析的能力，进行方波逆变电路的计算机仿真分析，设计了一单相桥式方波逆变电路，和一三相桥式方波逆变电路。

单相桥式方波逆变电路，开关器件选用IGBT，直流电源为300V，电阻负载，电阻1欧姆，电感2mH。

三相桥式方波逆变电路，开关器件选用IGBT，直流电源为530V，电阻负载，负载有功功率1KW，感性无功功率0.1Kvar。

完成上述桥式方波逆变电路的设计，并进行计算机仿真，观察输出电压波形、系统输入电流波形、电压电流波形的谐波情况、不同仿真条件时系统输入输出的变化情况和理论分析的结果进行比较。

关键词：方波逆变器 IGBT开关器件 MATLAB计算机仿真

前言??????????????????????????????I 第一章 MATLAB仿真软件??????????????????????1

1.1 MATLAB简介????????????????????????1

1.2 Simulink简介???????????????????????3

1.2.1Simulink的功能?????????????????????3 第二章 IGBT开关器件简介?????????????????????4

2.1 IGBT的结构????????????????????????5

2.2IGBT的工作原理??????????????????????5 第三章主电路图工作原理说明???????????????????7

3.1 逆变电路??????????????????????????7

3.2 逆变电路的基本工作原理???????????????????7

3.3 电压型逆变电路???????????????????????8

3.4 电流型逆变电路??????????????????????13 第四章方波逆变电路的计算机仿真模型的建立????????????16

4.1 单项桥式方波逆变电路仿真?????????????????16

4.2 三相桥式方波逆变电路仿真?????????????????17 第五章总结体会?????????????????????????23 第六章参考文献?????????????????????????23

第一章 MATLAB仿真软件

1.1 MATLAB简介

MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。

MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。

MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C、FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且mathwork也吸收了像Maple等软件的优点,使MATLAB成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对C、FORTRAN、C++ 、JAVA的支持。可直接调用,用户也可以将自己编写的实用程序导入到MATLAB函数库中方便自己以后调用，此外许多的MATLAB爱好者都编写了一些经典的程序，用户可以直接进行下载就可以用。

优点：

（1）友好的工作平台和编程环境

MATLAB由一系列工具组成。这些工具方便用户使用MATLAB的函数和文件，其中许多工具采用的是图形用户界面。包括MATLAB桌面和命令窗口、历史命令窗口、编辑器和调试器、路径搜索和用于用户浏览帮助、工作空间、文件的浏览器。随着MATLAB的商业化以及软件本身的不断升级，MATLAB的用户界面也越来越精致，更加接近Windows的标准界面，人机交互性更强，操作更简单。而且新版本的MATLAB提供了完整的联机查询、帮助系统，极大的方便了用户的使用。简单的编程环境提供了比较完备的调试系统，程序不必经过编译就可以直接运行，而且能够及时地报告出现的错误及进行出错原因分析。

（2）简单易用的程序语言

Matlab一个高级的矩阵/阵列语言，它包含控制语句、函数、数据结构、输入和输出和面向对象编程特点。用户可以在命令窗口中将输入语句与执行命令同步，也可以先编写好一个较大的复杂的应用程序（M文件）后再一起运行。新版

本的MATLAB语言是基于最为流行的C＋＋语言基础上的，因此语法特征与C＋＋语言极为相似，而且更加简单，更加符合科技人员对数学表达式的书写格式。使之更利于非计算机专业的科技人员使用。而且这种语言可移植性好、可拓展性极强，这也是MATLAB能够深入到科学研究及工程计算各个领域的重要原因。（3）强大的科学计算机数据处理能力

MATLAB是一个包含大量计算算法的集合。其拥有600多个工程中要用到的数学运算函数，可以方便的实现用户所需的各种计算功能。函数中所使用的算法都是科研和工程计算中的最新研究成果，而前经过了各种优化和容错处理。在通常情况下，可以用它来代替底层编程语言，如C和C++ 。在计算要求相同的情况下，使用MATLAB的编程工作量会大大减少。MATLAB的这些函数集包括从最简单最基本的函数到诸如矩阵，特征向量、快速傅立叶变换的复杂函数。函数所能解决的问题其大致包括矩阵运算和线性方程组的求解、微分方程及偏微分方程的组的求解、符号运算、傅立叶变换和数据的统计分析、工程中的优化问题、稀疏矩阵运算、复数的各种运算、三角函数和其他初等数学运算、多维数组操作以及建模动态仿真等。

（4）出色的图形处理功能

MATLAB自产生之日起就具有方便的数据可视化功能，以将向量和矩阵用图形表现出来，并且可以对图形进行标注和打印。高层次的作图包括二维和三维的可视化、图象处理、动画和表达式作图。可用于科学计算和工程绘图。新版本的MATLAB对整个图形处理功能作了很大的改进和完善，使它不仅在一般数据可视化软件都具有的功能（例如二维曲线和三维曲面的绘制和处理等）方面更加完善，而且对于一些其他软件所没有的功能（例如图形的光照处理、色度处理以及四维数据的表现等），MATLAB同样表现了出色的处理能力。同时对一些特殊的可视化要求，例如图形对话等，MATLAB也有相应的功能函数，保证了用户不同层次的要求。另外新版本的MATLAB还着重在图形用户界面（GUI）的制作上作了很大的改善，对这方面有特殊要求的用户也可以得到满足。

（5）应用广泛的模块集合工具箱

MATLAB对许多专门的领域都开发了功能强大的模块集和工具箱。一般来说，它们都是由特定领域的专家开发的，用户可以直接使用工具箱学习、应用和评估不同的方法而不需要自己编写代码。目前，MATLAB已经把工具箱延伸到了科学

研究和工程应用的诸多领域，诸如数据采集、数据库接口、概率统计、样条拟合、优化算法、偏微分方程求解、神经网络、小波分析、信号处理、图像处理、系统辨识、控制系统设计、LMI控制、鲁棒控制、模型预测、模糊逻辑、金融分析、地图工具、非线性控制设计、实时快速原型及半物理仿真、嵌入式系统开发、定点仿真、DSP与通讯、电力系统仿真等，都在工具箱（Toolbox）家族中有了自己的一席之地。

（6）实用的程序接口和发布平台

新版本的MATLAB可以利用MATLAB编译器和C/C++数学库和图形库，将自己的MATLAB程序自动转换为独立于MATLAB运行的C和C++代码。允许用户编写可以和MATLAB进行交互的C或C++语言程序。另外，MATLAB网页服务程序还容许在Web应用中使用自己的MATLAB数学和图形程序。MATLAB的一个重要特色就是具有一套程序扩展系统和一组称之为工具箱的特殊应用子程序。工具箱是MATLAB函数的子程序库，每一个工具箱都是为某一类学科专业和应用而定制的，主要包括信号处理、控制系统、神经网络、模糊逻辑、小波分析和系统仿真等方面的应用。

（7）应用软件开发（包括用户界面）

在开发环境中，使用户更方便地控制多个文件和图形窗口；在编程方面支持了函数嵌套，有条件中断等；在图形化方面，有了更强大的图形标注和处理功能，包括对性对起连接注释等；在输入输出方面，可以直接向Excel和HDF5进行连接。

1.2 Simulink简介

Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink。

1.2.1 Simulink的功能

Simulink是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信

号处理的建模和仿真中。Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。为了创建动态系统模型，Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI)，这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。对各种时变系统，包括通讯、控制、信号处理、视频处理和图像处理系统，Simulink 提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试。

构架在Simulink基础之上的其他产品扩展了Simulink多领域建模功能，也提供了用于设计、执行、验证和确认任务的相应工具。Simulink与MATLAB紧密集成，可以直接访问MATLAB大量的工具来进行算法研发、仿真的分析和可视化、批处理脚本的创建、建模环境的定制以及信号参数和测试数据的定义。

第二章 IGBT开关器件简介

IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)是MOS结构双极器件，属于具有功率MOSFET的高速性能与双极的低电阻性能的功率器件。IGBT的应用范围一般都在耐压600V以上、电流10A以上、频率为1kHz以上的区域。多使用在工业用电机、民用小容量电机、变换器（逆变器）、照像机的频闪观测器、感应加热（InductionHeating）电饭锅等领域。根据封装的不同，IGBT大致分为两种类型，一种是模压树脂密封的三端单体封装型，从TO－3P到小型表面贴装都已形成系列。另一种是把IGBT与FWD （FleeWheelDiode）成对地（2或6组）封装起来的模块型，主要应用在工业上。模块的类型根据用途的不同，分为多种形状及封装方式，都已形成系列化。

IGBT是强电流、高压应用和快速终端设备用垂直功率MOSFET的自然进化。MOSFET由于实现一个较高的击穿电压BVDSS需要一个源漏通道，而这个通道却具有很高的电阻率，因而造成功率MOSFET具有RDS(on)数值高的特征，IGBT消除了现有功率MOSFET的这些主要缺点。虽然最新一代功率MOSFET器件大幅度改进了RDS(on)特性，但是在高电平时，功率导通损耗仍然要比IGBT 高出很多。IGBT较低的压降，转换成一个低VCE(sat)的能力，以及IGBT的结构，与同一个标准双极器件相比，可支持更高电流密度，并简化 IGBT驱动器的原理图。

2.1 IGBT的结构

IGBT 的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道，给PNP 晶体管提供基极电流，使IGBT 导通。反之，加反向门极电压消除沟道，流过反向基极电流，使IGBT 关断。IGBT 的驱动方法和MOSFET 基本相同，只需控制输入极N一沟道MOSFET ，所以具有高输入阻抗特性。当MOSFET 的沟道形成后，从P+ 基极注入到N 一层的空穴（少子），对N 一层进行电导调制，减小N 一层的电阻，使IGBT 在高电压时，也具有低的通态电压。

IGBT 的转移特性是指输出漏极电流Id 与栅源电压Ugs 之间的关系曲线。它与MOSFET 的转移特性相同，当栅源电压小于开启电压Ugs(th) 时，IGBT 处于关断状态。在IGBT 导通后的大部分漏极电流范围内， Id 与Ugs呈线性关系。最高栅源电压受最大漏极电流限制，其最佳值一般取为15V左右。

2.2 IGBT的工作原理：

IGBT的触发和关断要求给其栅极和基极之间加上正向电压和负向电压，栅极电压可由不同的驱动电路产生。当选择这些驱动电路时，必须基于以下的参数来进行：器件关断偏置的要求、栅极电荷的要求、耐固性要求和电源的情况。因为IGBT栅极- 发射极阻抗大，故可使用MOSFET驱动技术进行触发，不过由于IGBT的输入电容较MOSFET为大，故IGBT的关断偏压应该比许多MOSFET驱动电路提供的偏压更高。

IGBT的开关速度低于MOSFET，但明显高于GTR。IGBT在关断时不需要负栅压来减少关断时间，但关断时间随栅极和发射极并联电阻的增加而增加。IGBT 的开启电压约3～4V，和MOSFET相当。IGBT导通时的饱和压降比MOSFET低而和GTR接近，饱和压降随栅极电压的增加而降低。

正式商用的高压大电流IGBT器件至今尚未出现，其电压和电流容量还很有限，远远不能满足电力电子应用技术发展的需求，特别是在高压领域的许多应用中，要求器件的电压等级达到10KV以上。目前只能通过IGBT高压串联等技术来实现高压应用。国外的一些厂家如瑞士ABB公司采用软穿通原则研制出了8KV 的IGBT器件，德国的EUPEC生产的6500V/600A高压大功率IGBT器件已经获得实际应用，日本东芝也已涉足该领域。与此同时，各大半导体生产厂商不断开发IGBT的高耐压、大电流、高速、低饱和压降、高可靠性、低成本技术，主要采用1ｕm以下制作工艺，研制开发取得一些新进展。

为了抑制n+pn-寄生晶体管的工作IGBT采用尽量缩小p+n-p晶体管的电流放大系数α作为解决闭锁的措施。具体地来说，p+n-p的电流放大系数α设计为0.5以下。 IGBT的闭锁电流IL为额定电流（直流）的3倍以上。IGBT的驱动原理与电力MOSFET基本相同，通断由栅射极电压uGE决定。

①导通：

IGBT硅片的结构与功率MOSFET 的结构十分相似，主要差异是IGBT增加了P+ 基片和一个N+ 缓冲层（NPT-非穿通-IGBT技术没有增加这个部分），其中一个MOSFET驱动两个双极器件。基片的应用在管体的P+和N+ 区之间创建了一个J1结。当正栅偏压使栅极下面反演P基区时，一个N沟道形成，同时出现一个电子流，并完全按照功率MOSFET的方式产生一股电流。如果这个电子流产生的电压在0.7V范围内，那么，J1将处于正向偏压，一些空穴注入N-区内，并调整阴阳极之间的电阻率，这种方式降低了功率导通的总损耗，并启动了第二个电荷流。最后的结果是，在半导体层次内临时出现两种不同的电流拓扑：一个电子流(MOSFET 电流)；空穴电流（双极）。uGE大于开启电压UGE(th)时，MOSFET内形成沟道，为晶体管提供基极电流，IGBT导通。

②导通压降：

电导调制效应使电阻RN减小，使通态压降小。

③关断：

当在栅极施加一个负偏压或栅压低于门限值时，沟道被禁止，没有空穴注入N-区内。在任何情况下，如果MOSFET电流在开关阶段迅速下降，集电极电流则逐渐降低，这是因为换向开始后，在N层内还存在少数的载流子（少子）。这种残余电流值（尾流）的降低，完全取决于关断时电荷的密度，而密度又与几种因素有关，如掺杂质的数量和拓扑，层次厚度和温度。少子的衰减使集电极电流具有特征尾流波形，集电极电流引起以下问题：功耗升高；交叉导通问题，特别是在使用续流二极管的设备上，问题更加明显。

鉴于尾流与少子的重组有关，尾流的电流值应与芯片的温度、IC 和VCE密切相关的空穴移动性有密切的关系。因此，根据所达到的温度，降低这种作用在终端设备设计上的电流的不理想效应是可行的。栅射极间施加反压或不加信号时，MOSFET内的沟道消失，晶体管的基极电流被切断，IGBT关断。

④反向阻断：

当集电极被施加一个反向电压时，J1 就会受到反向偏压控制，耗尽层则会向N-区扩展。因过多地降低这个层面的厚度，将无法取得一个有效的阻断能力，所以，这个机制十分重要。另一方面，如果过大地增加这个区域尺寸，就会连续地提高压降。

⑤正向阻断：

当栅极和发射极短接并在集电极端子施加一个正电压时，P/NJ3结受反向电压控制。此时，仍然是由N漂移区中的耗尽层承受外部施加的电压。

第三章主电路图工作原理说明

3.1 逆变电路

逆变概念：逆变——直流电变成交流电，与整流相对应。

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。

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。

3.2 逆变电路的基本工作原理

以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uo为正S1；S1、S4断开，S2、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3-1 单相逆变电路及其波形

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。

t1前：S1、S4通，uo和io均为正。

t1时刻断开S1、S4，合上S2、S3，uo变负，但io不能立刻反向。

io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，io逐渐减小，t2时刻降为零，之后io才反向并增大

3.3 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3-2 电压型逆变电路（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3-3）

工作原理：

V1和V2栅极信号各半周正偏、半周反偏，互补。uo为矩形波，幅值为

Um=Ud/2，io波形随负载而异，感性负载时，V1或V2通时，io和uo同方向，

直流侧向负载提供能量，VD1或VD2通时，io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io连续，又称续流二极管。

图3-3 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Ud/2，直流侧需两电容器串联，要控制两者电压均衡，用于几kW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

工作原理：

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3-4b。半桥电路的uo，幅值高出一倍Um=Ud。io波形和图3-4b中的io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

uo成傅里叶级数

基波幅值

基波有效值

uo为正负各180o时，要改变输出电压有效值只能改变Ud来实现。

◆移相调压方式（图3-4）。

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V1和V2互补，V3和V4互补关系不变。V3的基极信

号只比V1落后q ( 0

图3-4 单相全桥逆变电路的移相调压方式

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3-5 三相电压型桥式逆变电路

波形分析：

图3-6 电压型三相桥式逆变电路的工作波形

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。

在180?导通型的三相逆变器中，每隔60?的各阶段其等效电路及相应相电压、线电压数值如表3-1所示。

表3-1

根据表3-1中各阶段的相电压数值，可以得出任何一相的相电压波形为六阶梯波，各相互差120?，如图3-7（a）所示。而线电压可由相电压相减得出，其波形如图3-7（b）所示，为脉宽120?的矩形波。

（a）相电压波形（b）线电压波形

图3-7

初相角为零的六阶梯波，其基波可用付氏级数求得，如A相相电压可表示为：

其余两相各差120?。相电压中无余弦项、偶数项和三的倍数次谐波，电压中最低为五次谐波，含量为基波的20％。

对于基波无初相角的矩形波线电压，其一般表达式为：

根据图3-7可以算出六阶梯波的相电压和方波线电压的有效值分别为：

实际的电压波形与上面分析的结果略有误差，这是由于在分析中忽略了换流过程，也未扣除逆变电路中的电压降落的缘故。

当三相逆变器按120 ?导通方式工作时，其输出电压波形如图3-8所示，与前面相反，这里相电压为矩形波，而线电压为六阶梯波。

（a）相电压波形（b）线电压波形

图3-8

导电方式比较：

对180?导通方式和120?导通方式进行比较可知：在120?方式中，上下两管之间有60?的间隙，对换流的安全有利，但是管子的利用率较低，并且若电机采用星形接法，则始终有一相绕组断开，在换流时会引起较高的感应电势，应采取过电压保护措施。而180?导通方式无论电动机在三角形还是星形接法时，正常工作都不会产生过电压，因此对于电压型逆变器，180?导通方式应用较为普遍。感性负载电流波形

3.4 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。

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3-9 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3-10 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= tg 称为换流时间。io在t3时刻，即iVT1=iVT2时刻过零，t3时刻大体位于t2和t4的中点。

2、三相电流型逆变电路

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

串联二极管式晶闸管逆变电路如图3-12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。

第四章方波逆变电路的计算机仿真模型的建立

4.1单相桥式方波逆变电路仿真

设计要求：设计一单项桥式方波逆变电路，开关器件选用IGBT，直流电压为300V，电阻负载，电阻一欧姆，电感2mh。设计上述要求完成主电路设计。

1、单相桥式方波逆变电路设计

参数设计：

桥式电路（ub）的参数设计：负载（Zx）的参数设计：

门控管（p1）的参数设计：门控管（p2）的参数设计：

图4-1单相桥式方波逆变电路图

2、单项桥式方波逆变电路仿真图形

图4-2 脉冲、电压、电流波形

4.2三相桥式方波逆变电路仿真

设计要求：设计一三相桥式方波逆变电路，开关器件选用IGBT，直流电压为530V，电阻负载，负载有功功率1KW，感性无功功率0.1Kvar。根据上述要求

自制逆变器电路及工作原理及相关部件说明

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。

PWM 控制的单相逆变电路的设计及其研究

电力电子技术课程设计 班级 学号 姓名 电气工程及其自动化 二零一五年一月

目录 1 绪论 (2) 1.1 电力电子简介 (2) 1.2 课程设计的目的与要求 (2) 1.3 课程设计题目 (3) 1.4 仿真软件的使用 (3) 2 工作原理 (4) 2.1 逆变电路原理 (4) 2.1.1 电压型逆变电路 (4) 2.1.2 电流型逆变电路 (6) 2.2单相桥式PWM逆变电路的基本原理 (10) 2.2.1 单极调制法 (11) 2.2.2 双极调制法 (12) 3 电路的设计过程 (13) 3.1 逆变控制电路的设计 (13) 3.2 正弦波输出变压变频电源调制方式 (14) 3.2.1 正弦脉宽调制技术 (14) 3.2.2单极性调制方式 (15) 3.2.3 双极性调制方式 (15) 3.2.4 单极性倍频调制方式 (15) 3.3 3种调制方式下逆变器输出电压谐波分析 (16) 4 仿真实验与结果 (17) 4.1 单相桥式PWM逆变主电路原理图 (17) 4.2 仿真所得波形 (17) 5 仿真结果分析 (19) 6 心得体会 (20) 7 参考文献 (21)

1 绪论 1.1 电力电子简介 随着电力电子技术的飞速发展，正弦波输出变压变频电源已被广泛应用在各个领域中，与此同时对变压变频电源的输出电压波形质量也提出了越来越高的要求。对逆变器输出波形质量的要求主要包括两个方面：一是稳态精度高；二是动态性能好。因此，研究开发既简单又具有优良动、静态性能的逆变器控制策略，已成为电力电子领域的研究热点之一。电力电子器件的发展经历了晶闸管（SCR）、可关断晶闸管（GTO）、晶体管（BJT）、绝缘栅晶体管（IGBT）等阶段。目前正向着大容量、高频率、易驱动、低损耗、模块化、复合化方向发展，与其他电力电子器件相比，IGBT具有高可靠性、驱动简单、保护容易、不用缓冲电路和开关频率高等特点，为了达到这些高性能，采用了许多用于集成电路的工艺技术，如外延技术、离子注入、精细光刻等。IGBT最大的优点是无论在导通状态还是短路状态都可以承受电流冲击。它的并联不成问题，由于本身的关断延迟很短，其串联也容易。尽管IGBT模块在大功率应用中非常广泛，但其有限的负载循环次数使其可靠性成了问题，其主要失效机理是阴极引线焊点开路和焊点较低的疲劳强度，另外绝缘材料的缺陷也是一个问题。在现有的正弦波输出变压变频电源产品中，为了得到SPWM波，一般都采用双极性调制技术。该调制方法的最大缺点是它的4个功率管都工作在较高频率(载波频率)，从而产生了较大的开关损耗，开关频率越高，损耗越大。本次课程设计研究单相桥式PWM逆变电路，通过该电路实现逆变电源变压、变频输出。 1.2 课程设计的目的与要求 1. 进一步熟悉和掌握电力电子原器件的特性； 2. 进一步熟悉和掌握电力电子电路的拓扑结构和工作原理； 3. 掌握电力电子电路设计的基本方法和技术，掌握有关电路参数的计算方 法；

单相半桥无源逆变器设计

电气与电子信息工程学院计算机控制课程设计

单相半桥无源逆变电路设计设计题目：（专升本）班专业班级：电气工程及其自动化2010 学号： 2 勇姓名：朱 组人：严康孙希凯同黄松柏指导教师：南光群 2011/11/21 设计时间：2011/11/13～ 电力电子室设计地点：课程设计成绩评定表电力电子 学勇 2 姓名朱单相半桥无源逆变电路设计课程设计题 26 / 1

26 / 2 指导教师签字： 日20 12 月2011年 《电力电子课程设计》课程设计任务书 1学期2012 学年第～2011 2010电气工程及其自动化勇专业班级学生姓名：朱

专升本 工作部门：电气学院电气自动化教指导教师：南光群、黄松柏研室 一、课程设计题目： 单相桥式晶闸管整流电路设计1. 2. 三相半波晶闸管整流电路设计 3. 三相桥式晶闸管整流电路设计降压斩波电路设计 4. 升压斩波电路设计5. 单相半桥无源逆变电路设计6. 7. 单相桥式无源逆变电路设计单相交流调压电路设计8. 逆变器设计SPWM9. 三相桥式26 / 3 二、课程设计内容 1. 根据具体设计课题的技术指标和给定条件，能独立而正确地进行方案论证和电路设计，要求概念清楚、方案合理、方法正确、步骤完整； 2. 学会查阅有关参考资料和手册，并能正确选择有关元器件和参数； 3. 编写设计说明书，参考毕业设计论文格式撰写设计报告（5000字以上）。

注：详细要求和技术指标见附录。 三、进度安排 1．时间安排 ．执行要求2电力电子课程设计共9个选题，每组不得超过6人，要求学生在教师的指导下，独力完成所设计的系统主电路、控制电路等详细的设计（包括计算和器件选型）。严禁抄袭，严禁两篇设计报告基本相同，甚至完全一样。 四、基本要求 （1）参考毕业设计论文要求的格式书写，所有的内容一律打印；

(完整版)三电平逆变器的主电路结构及其工作原理

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。

逆变电路课程设计

本科电力电子技术课程设计说明书 题目：基于SG3524芯片的逆变电源设计 与MATLAB仿真 (控制电路） 学院：机电工程学院 专业：农业电气化与自动化 姓名：王德昭 学号：1 指导教师：洪宝棣 职称：副教授

设计完成日期：二Ο一五年一月 电力电子简介 (4) 课设的目的 (4) 课程设计要求 (4) 课程设计的主要内容与技术参数 (5) 二、单相电压型逆变电路 (7) 全桥逆变电路 (7) 三、器件的选择 (8) 内部结构图 SG3524引脚功能 SG3524引脚图 四、控制电路 (10) 五、心得体会 10

一、前言 电力电子简介 电力电子技术又称为功率电子技术，他是用于电能变换和功率恐控制的电子技术。电力电子技术示弱电控制强电的方法和手段，是当代高兴技术发展的重要内容，也是支持电力系统技术革命和技术革命的发展的重要基础，并节能降耗、增产节约提高生产效能的重要技术手段。微电子技术、计算机技术以及大功率电力电子技术的快速发展，极大地推动了电工技术、电气工程和电力系统的技术发展和进步。电力电子器件是电力电子技术发展的基础。正是大功率晶闸管的发明，使得半导体变流技术从电子学中分离出来，发展成为电力电子技术这一专门的学科。而二十时间九十年代各种全控型大功率半导体器件的发明，进一步拓展了电力电子技术应用和覆盖的领域和范围。电力电子技术的应用领域已经深入到国民经济的各个部门，包括钢铁、冶金、化工、电力、石油、汽车、运输以及人们的日常生活。功率范围大到几千兆瓦的高压直流输电，小到一瓦的手机充电器，电力电子技术随处可见。电力电子技术在电力系统中的应用中也有了长足的发展，电力电子装置与传统的机械式开关操作设备相比有动态响应快，控制方便，灵活的特点，能够显著地改善电力系统的特性，在提高系统稳定、降低运行风险、节约运行成本方面有很大潜力。 课设的目的 1）通过对单相桥式PWM逆变电路的设计，掌握单相桥式PWM逆变电路的工作原理，综合运用所学知识，进行单项桥式全控整流电路和系统设计的能力。 2）了解与熟悉单相桥式PWM逆变电路的控制方法。 3）理解和掌握单相桥式PWM逆变电路及系统的主电路、控制电路、保护电路的设计方法，掌握元器件的选择计算方法。 课程设计要求 1、输入直流电源：24V±10%； 2、输出交流电压：220V±10%； 3、控制电路芯片为SG3524；

单相半桥逆变电路

目录 摘要 (1) 第一章系统方案设计及原理 (2) 1.1、系统方案 (2) 1.2、系统工作原理 (2) 1.2.1、逆变电路的基本工作原理 (2) 1.2.2、单相半桥阻感负载逆变电路 (3) 1.2.3、单相半桥纯电阻负载逆变电路 (4) 1.3、IGBT的结构特点和工作原理 (4) 1.3.1、IGBT的结构特点 (4) 1.3.2、IGBT对驱动电路的要求 (6) 第二章硬件电路设计与参数计算 (7) 2.1、系统硬件连接 (7) 2.1.1、单相半桥无源逆变主电路如图下所示 (7) 2.2、整流电路设计方案 (8) 2.2.1、整流变压器的参数运算 (8) 2.2.2、整流变压器元件选择 (9) 2.2.3、整流电路保护元件的选用 (9) 2.3、驱动电路设计方案........................................................................... 错误!未定义书签。 2.3.1、IGBT驱动器的基本驱动性能.............................................. 错误!未定义书签。 2.3.2、驱动电路................................................................................ 错误!未定义书签。 2.4、触发电路设计方案........................................................................... 错误!未定义书签。第三章系统仿真.............................................................................................. 错误!未定义书签。 3.1、建立仿真模型................................................................................... 错误!未定义书签。 3.2、仿真结果分析................................................................................... 错误!未定义书签。第四章小结...................................................................................................... 错误!未定义书签。参考文献............................................................................................................ 错误!未定义书签。

SPWM逆变电路原理

对于大多数应用场合需要的是工频电源，例如我们的电冰箱，洗衣机，电风扇等都需要正弦波的220伏、50赫兹电源，各种动力设备，远距离输电也都需要正弦波的交流电。更多的太阳能光伏发电装置输出的是正弦波交流电，目前生成正弦波仍采用前面介绍的全桥电路，只是对开关晶体管的控制采用PWM脉宽调制或移相控制或调频控制等方式。这里仅介绍最常用的PWM脉宽调制方式。 面积等效原理转换 把直流电转换成正弦波交流电是根据根据面积等效原理，在图1上图中的正弦半波（红线）分成n等份，把正弦半波看成是由n个彼此相连的矩形脉冲组成的波形，为简单清晰，划分为7等份。7个脉冲的幅值按正弦规律变化，每个脉冲面积与相对应的正弦波部分面积相同，这一连续脉冲就等效正弦波。 图1 用面积等效原理转换为SPWM波形 如果把上述脉冲序列改为相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲（图1下图），脉冲中心位置不变，并且使该矩形脉冲面积和上图对应的矩形脉冲相同，得到图1下图所示的脉冲序列，脉冲宽度按正弦波规律变化，这就是PWM波形。根据面积等效原理，PWM波形和正弦半波是等效的，图中红线就是该序列波形的平均值。 对于正弦波的负半周，也可以用同样的方法得到PWM 波形。这种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SPWM波形。要改变等效输出的正弦波的幅值时，只需按照同一比例系数改变上述各脉冲的宽度即可。 SPWM波形的生成 输出SPWM波形仍需全桥逆变电路，在“光伏用DC-DC变换器”课件中已介绍过这种电路，通过控制开关晶体管的通与断在负载上产生交变电压，见图2。

s 图2 全桥逆变电路的工作状态 输出SPWM波形的矩形波必须生成序列的控制信号来控制桥式电路中开关晶体管的通与断，普遍使用的是调制法来生成控制信号，可采取单极性调制也可采用双极性调制来生成控制信号，下面介绍常用的单极性调制方式。 图3上部分是SPWM波形控制信号生成的原理图，下部分是生成的SPWM波形。在调制法中，把所希望输出的波形称为调制波ur，把接受调制的信号称为载波uc，通常采用等腰三角波作为载波，正弦波作为调制信号。在两波交点时对电路中的开关器件进行通断控制，就可得到宽度正比于调制信号幅值的脉冲。 在ur正半周时，T2与T3保持关断，在ur和uc的交点时刻控制开关晶体管T1与T4开通与关断：当ur＞uc时控制T1与T4导通，R上的电压为Ud，当ur＜uc时控制T1与T4关断，R上的电压为0。在ur负半周时，T1与T4保持关断，当uc＞ur时控制T3与T2导通，R上的电压为-Ud，当uc＜ur时控制T1与T4关断，R上的电压为0。这样在R上产生宽度按正弦波规律变化的SPWM波形，见图2下图，其中红线uof表示输出等效的正弦波交流电电压。 SPWM逆变器输出的正弦波交流电电压uof的峰值uofm小于输入的直流电压ud，把uofm/ud 称为直流电压利用率，对于单相SPWM电路直流电压利用率的理论值最大为1，实际上由于种种原因，直流电压利用率要小于1。对于输出相电压（有效值）为220V单相交流电的逆变电路输入直流电压要高于310V。 SPWM逆变器输出电压与ur/uc成正比，保持载波uc不变，改变调制波ur的大小即可控制输出交流电压的大小。当然，调制波ur峰值要小于载波uc峰值。

单相全桥逆变电路毕业设计

2008级应用电子技术 毕业设计报告 设计题目单相电压型全桥逆变电路设计姓名及 学号 学院 专业应用电子技术 班级2008级3班 指导教师老师 2011年05月1日

题目：单相电压型全桥逆变电路设计

目录 第一章绪论 1.1整流技术的发展概况 (4) 第二章设计方案及其原理 2.1电压型逆变器的原理图 (5) 2.2电压型单相全桥逆变电路 (6) 第三章仿真概念及其原理简述 3.1 系统仿真概述 (6) 3.2 整流电路的概述 (8) 3.3 有源逆变的概述 (8) 3.4逆变失败原因及消除方法 (9) 第四章参数计算 4.1实验电路原理及结果图 (10) 第五章心得与总结 (14) 参考文献 (15)

第一章绪论 1.1整流技术的发展概况 正电路广泛应用于工业中。整流与逆变一直都是电力电子技术的热点之一。桥式整流是利用二极管的单向导通性进行整流的最常用的电路。常用来将交流电转化为直流电。从整流状态变到有源逆变状态，对于特定的实验电路需要恰到好处的时机和条件。基本原理和方法已成熟十几年了，随着我国交直流变换器市场迅猛发展，与之相应的核型技术应用于发展比较将成为业内企业关注的焦点。 目前，整流设备的发展具有下列特点：传统的相控整流设备已经被先进的高频开关整流设备所取代。系统的设计已经由固定式演化成模块化，以适应各种等级、各种模块通信设备的要求。加上阀控式密封铅酸蓄电池的广泛应用，为分散供电创造了条件。从而大大提高了通信网运行可靠和通信质量。高频开关整流器采用模块化设计、N1配置和热插拨技术，方便了系统的扩展，有利于设备的维护。由于整流设备和配电设备等配备了微机监控器，使系统设备具有了智能化管理功能和故障保护及自保护功能。新旗舰、新技术、新材料的应用，使高频开关整流器跃上了一个新台阶。

单相桥式逆变电路设计

《电力电子技术》课程设计说明书单相桥式逆变电路的设计 院、部：电气与信息工程学院 学生姓名： 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： 完成时间： 2014年6月

电力电子技术》课程设计任务书 一、课程设计的目的 通过课程设计达到以下目的 1、加强和巩固所学的知识，加深对理论知识的理解； 2、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； 3、培养学生综合分析问题、发现问题和解决问题的能力； 4、培养学生综合运用知识的能力和工程设计能力； 5、培养学生运用仿真软件的能力和方法； 6、培养学生科技写作水平。 二、课程设计的主要内容 1、关于本课程学习情况简述 2、主电路的设计、原理分析和器件的选择； 3、控制电路的设计； 4、保护电路的设计； 5、利用MATLAB软件对自己的设计进行仿真。 三、课程设计的要求 1、通过查阅资料，确定自己的设计方案； 2、按学号尾数定课题，即课题一的学号尾数为1，以此类推。自拟参数不能雷同； 3、要求最后图纸是标准的CAD图； 4、课程设计在第18周五前交上来。 四、课题

1、课题一：单相桥式可控整流电路的设计 已知单相交流输入交流电压220V，负载自拟，要求整流电压在0~100V连续可调，其它性能指标自定。 2、课题二：三相半波可控整流电路的设计 已知三相交流输入线电压380V，要求整流电压在0~100V连续可调，负载自拟，其它性能指标自定。 3、课题三：三相桥式可控整流电路的设计 已知三相交流输入线电压380V，要求整流电压在0~100V连续可调，负载自拟，其它性能指标自定。 4、课题四：直流降压斩波电路的设计 已知直流输入电压200V，负载自拟，要求输出电压在50~100V可调，其它性能指标自定。 5、课题五：直流升压斩波电路的设计 已知直流输入电压200V，负载自拟，要求输出电压在300~400V可调，其它性能指标自定。 6、课题六：直流升降压斩波电路的设计 已知直流输入电压200V，负载自拟，要求输出电压在100~300V连续可调，其它性能指标自定。 7、课题七：单相桥式逆变电路的设计 已知直流输入电压100V，负载自拟，要求交流输出电压频率范围在30~60HZ，电压在30~50V范围可调，其它性能指标自定。 8、课题八：单相交流调压电路设计 已知单相交流输入交流电压220V，负载自拟，要求输出交流电压在0~220V 可调，其它性能指标自定。 9、课题九：三相交流调压电路的设计 已知三相交流输入交流线电压380V，负载自拟，要求输出交流电压在0~200V可调，其它性能指标自定。 10、课题十：三相桥式逆变电路的设计 已知直流输入电压100V，负载自拟，要求交流输出电压频率范围在30~60HZ，电压在30~50V范围可调，其它性能指标自定。 注意：若已经按上课时我讲解的内容和安排的课题进行了设计，则不必再更改。 五、格式要求

自制逆变器电路及工作原理

自制逆变器电路及工作原理 作者：本站来源：本站整理发布时间：2009-11-20 11:54:11 [收藏] [评论] 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M OS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。电路中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=1/2.2x103x2.2x10—6=62.6Hz，最小频率为fmin=1/2.2x4.3x103x2.2x10—6=48.0Hz。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。

单相半桥无源逆变器设计

电气与电子信息工程学院 计算机控制课程设计 设计题目：单相半桥无源逆变电路设计 专业班级：电气工程及其自动化2010（专升本）班 学号： 201020210128 姓名：朱勇 同组人：严康孙希凯 指导教师：南光群黄松柏 设计时间：2011/11/13～2011/11/21 设计地点：电力电子室

电力电子课程设计成绩评定表 姓名朱勇学号201020210128 课程设计题目：单相半桥无源逆变电路设计 课程设计答辩或质疑记录： 1、单相半桥无源逆变电路的原理是什么？ 答：见图1.2。在一个周期内，电力晶体管T1和T2的基极信号各有半周正偏，半周反偏，且互补。若负载为阻感负载，设t2时刻以前，T1有驱动信号导通，T2截止。t2时刻关断的T1，同时给T2发出导通信号。由于感性负载中的电流i。不能立即改变方向，于是D2导通续流。t3时刻i。降至零，D2截止，T2导通，i。开始反向增大。在t4时刻关断T2，同时给T1发出导通信号，由于感性负载中的电流i。不能立即改变方向，D1先导通续流；t5时刻i。降至零，T1导通。 2、将直流电转换为交流电的电路称为逆变电路，根据交流电的用途可分为哪几类？答：有源逆变和无源逆变。 成绩评定依据： 课程设计考勤情况（20％）： 课程设计答辩情况（30％）： 完成设计任务及报告规范性（50％）： 最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定） 指导教师签字： 2011年12 月20 日

《电力电子课程设计》课程设计任务书 2011 ～2012 学年第1学期 学生姓名：朱勇专业班级电气工程及其自动化2010专升本 指导教师：南光群、黄松柏工作部门：电气学院电气自动化教研室 一、课程设计题目： 1. 单相桥式晶闸管整流电路设计 2. 三相半波晶闸管整流电路设计 3. 三相桥式晶闸管整流电路设计 4. 降压斩波电路设计 5. 升压斩波电路设计 6. 单相半桥无源逆变电路设计 7. 单相桥式无源逆变电路设计 8. 单相交流调压电路设计 9. 三相桥式SPWM逆变器设计 二、课程设计内容 1. 根据具体设计课题的技术指标和给定条件，能独立而正确地进行方案论证和电路设计，要求概念清楚、方案合理、方法正确、步骤完整； 2. 学会查阅有关参考资料和手册，并能正确选择有关元器件和参数； 3. 编写设计说明书，参考毕业设计论文格式撰写设计报告（5000字以上）。 注：详细要求和技术指标见附录。 三、进度安排 1．时间安排 序号内容学时安排（天） 1 方案论证和系统设计 1 2 主电路设计 1 3 保护电路设计 1 4 驱动电路设计 1

逆变电路的基本工作原理

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

电流源型单相全桥逆变电路

电流源型单相全桥逆变电路的设计 摘要 本次设计说明书首先介绍了电流源型单相全桥逆变电路的特点和原理，用单相桥式电流型逆变电路的原理图说明了该电路是采用负载换相方式工作的，要求负载电流略超前于负载电压，又详细分析该电路的工作过程，并用图给出该逆变电路的工作波形。最后根据以上分析运用仿真软件PSIM对电路进行仿真设计，得到波形图。 关键词：电流源型单相电路，逆变电路，PSIM仿真 ' 目录

. 1.电流源型单相全桥逆变电路研究-----------------------------------------3 逆变电路介绍----------------------------------------------------3 电流型逆变电路的主要特点----------------------------------------3 电流源型单相全桥逆变电路----------------------------------------3 电流源型单相全桥逆变电路工作过程--------------------------------4 2.电流源型单相全桥逆变电路设计------------------------------------------7 电路设计原理----------------------------------------------------7 电路仿真图------------------------------------------------------7 3.参数设定及仿真结果----------------------------------------------------8 直流侧仿真------------------------------------------------------8 ) 参数设定-------------------------------------------------8 仿真结果-------------------------------------------------8交流侧仿真------------------------------------------------------8 参数设定-------------------------------------------------8 仿真结果-------------------------------------------------9 4.小结------------------------------------------------------------------9 5.参考文献--------------------------------------------------------------10 :

单相全桥和半桥无源逆变电路

单相全桥和半桥无源逆变电路 学生姓名: 学号: 学院: 信息与通信工程学院专业: 自动化题目: MOSFET单相桥式无源逆变电路设计 (纯电阻负载) 指导教师: 职称: 2011年12月31日 中北大学 课程设计任务书 11/12 学年第一学期 学院: 信息与通信工程学院专业: 自动化学生姓名: 学号: 课程设计 题目: MOSFET单相桥式无源逆变电路设计 (纯电阻负载) 起迄日期: 12月25日, 12月31日课程设计地点: 电气工 程系实验中心指导教师: 系主任: 下达任务书日期: 2011年 12月 25 日 课程设计任务书 1(设计目的: 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)提高学生课程设计报告撰写水平。 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): 设计内容:

1、设计一个MOSFET单相桥式无源逆变电路(纯电阻负载) 设计要求: 1)输入直流电压:U=100V; d 2)输出功率:300W; 3)输出电压波形:1KHz方波。 2、设计MOSFET单相半桥无源逆变电路(纯电阻负载) 设计要求: 1)输入直流电压:U=100V; d 2)输出功率:300W; 3)输出电压波形:1KHz方波。 3(设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计说明书、图纸、实物样品 等〕: 设计工作任务及工作量的要求: 1)根据课程设计题目，收集相关资料、设计主电路和触发电路; 2)用Multisim等软件制作主电路和控制电路原理图; 3)撰写课程设计报告——画出主电路、控制电路原理图，说明主电路的工作原理，完成元器件参数计算，元器件选型，说明控制电路的工作原理，用Multisim 或EWB等软件绘出主电路典型的输出波形(比较实际波形与理论波形)，绘出触发信号(驱动信号)波形，说明设计过程中遇到的问题和解决问题的方法，附参考资料。 课程设计任务书 4(主要参考文献: 1、樊立萍，王忠庆.电力电子技术.北京:北京大学出版社,2006 2、徐以荣，冷增祥.电力电子技术基础.南京:东南大学出版社，1999 3、王兆安,黄俊.电力电子技术.北京:机械工业出版社,2005 4、童诗白.模拟电子技术.北京:清华大学出版社, 2001

逆变器的工作原理

逆变器（inverter）是把直流电能（电池、蓄电瓶）转变成交流电（一般为220v50HZ正弦或方波）。应急电源，一般是把直流电瓶逆变成220V交流的。 通俗的讲，逆变器是一种将直流电（DC）转化为交流电（AC）的装置。它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成． 利用TL494组成的400W大功率稳压逆变器电路。它激式变换部分采用TL494，VT1、VT2、VD3、VD4构成灌电流驱动电路，驱动两路各两只60V/30A的MOS FET开关管。如需提高输出功率，每路可采用3～4 只开关管并联应用，电路不变。TL494在该逆变器中的应用方法如下：第1、2脚构成稳压取样、误差放大系统，正相输入端1脚输入逆变器次级取样绕组整流输出的15V直流电压，经R1、R2分压，使第1脚在逆变器正常工作时有近4.7～5.6V取样电压。反相输入端2脚输入5V基准电压(由14脚输出)。当输出电压降低时，1脚电压降低，误差放大器输出低电平，通过PWM电路使输出电压升高。正常时1脚电压值为5.4V，2脚电压值为5V，3脚电压值为0.06V。此时输出AC电压为235V(方波电压)。第4脚外接R6、R4、C2设定死区时间。正常电压值为0.01V。第5、6脚外接CT、RT设定振荡器三角波频率为100Hz。正常时5脚电压值为1.75V，6脚电压值为3.73V。第7脚为共地。第8、11脚为内部驱动输出三极管集电极，第12脚为TL494前级供电端，此三端通过开关S控制TL494的启动/停止，作为逆变器的控制开关。当S1关断时，TL494无输出脉冲，因此开关管VT4～VT6无任何电流。S1接通时，此三脚电压值为蓄电池的正极电压。第9、10脚为内部驱动级三极管发射极，输出两路时序不同的正脉冲。正常时电压值为1.8V。第13、14、

逆变电路的基本工作原理

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： 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：

MOSFET单相桥式无源逆变电路设计

目录 MOSFET和电压型无源逆变电路简介 (1) 1.MOSFET简介 (1) 2.电压型无源逆变电路简介 (1) 主电路图设计和参数计算 (2) 1.主电路图设计 (2) 2.相关参数计算 (2) 驱动电路的设计和选型 (4) 1.驱动电路简介 (4) 2.驱动电路的选用 (4) 电路的过电压保护和过电流保护设计 (5) 1.过电压保护 (5) 2.过电流保护 (7) 3.保护电路的选择以及参数计算 (8) MATLAB仿真 (10) 1.主电路图以及参数设定 (10) 2.仿真结果 (14) 总结与体会 (15) 附录：电路图 (16)

一、MOSFET和电压型无源逆变电路的介绍 1.MOSFET简介 金属-氧化层半导体场效晶体管，简称金氧半场效晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET）是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效晶体管（field-effect transistor）。MOSFET依照其“通道”的极性不同，可分为“N型”与“P型”的MOSFET，通常又称为NMOSFET与PMOSFET，其他简称尚包括NMOS FET、PMOS FET、nMOSFET、pMOSFET等。其特点是用栅极电压来控制漏极电流，驱动电路简单，需要的驱动功率小，开关速度快，工作频率高，热稳定性优于GTR，但其电流容量小，耐压低，一般只适用于功率不超过10kW 的电力电子装置。 2.电压型无源逆变电路简介 把直流电变成交流电称为逆变。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。 如果将逆变电路的交流侧接到交流电网上，把直流电逆变成同频率的交流电反送到电网去，称为有源逆变。 无源逆变是指逆变器的交流侧不与电网连接，而是直接接到负载，即将直流电逆变为某一频率或可变频率的交流电供给负载。它在交流电机变频调速、感应加热、不停电电源等方面应用十分广泛，是构成电力电子技术的重要内容。 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。

电压型单相全桥逆变电路讲课稿

电压型单相全桥逆变 电路

1.引言 逆变电路所谓逆变，就是与整流相反，把直流电转换成某一固定频率或可变频率的交流电(DC/AC)的过程。 当把转换后的交流电直接回送电网，即交流侧接入交流电源时，称为有源逆变；而当把转换后的交流电直接供给负载时，则称为无源逆变。通常所讲的逆变电路，若不加说明，一般都是指无源逆变电路。 1. 电压型逆变器的原理图 当开关S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压u o为正；当开关S1、S4断开，S2、S3闭合时，u o为负，如此交替进行下去，就在负载上得到了由直流电变换的交流电，u o的波形如图7.4(b)所示。输出交流电的频率与两组开关的切换频率成正比。这样就实现了直流电到交流电的逆变。 t (b) (a) u o t3 t2 t1 i o u o Z u o i o U d _ + S3 S2S 4 S1

2. 电压型单相全桥逆变电路 它共有4个桥臂，可以看成由两个半桥电路组合而成。 两对桥臂交替导通180°。 输出电压和电流波形与半桥电路形状相同，幅值高出一倍。 改变输出交流电压的有效值只能通过改变直流电压U d 来实现。 输出电压定量分析 u o 成傅里叶级数 基波幅值 基波有效值 ?? ? ??+++= t t t U u ωωωπ5sin 513sin 31sin 4d o d d o1m 27.14U U U ==π d d 1o 9.022U U U ==π

当u o为正负各180°时，要改变输出电压有效值只能改变U d来实现 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T1和T2互补，T3和T4互补关系不变。T3的基极信号只比T1落后q ( 0