单相桥式无源逆变电路

黄石理工学院课程设计

绪论

电力电子技术是一门新兴的应用于电力领域的电子技术，是建立在电子学、电工原理和自动控制三大学科上的新兴学科，就是使用电力电子器件（如晶闸管，GTO，IGBT 等）对电能进行变换和控制的技术。电力电子技术所变换的“电力”功率可大到数百MW 甚至GW，也可以小到数W 甚至1W 以下，和以信息处理为主的信息电子技术不同电力电子技术主要用于电力变换。此技术的应用已深入到国家经济建设，交通运输，空间技术，国防现代化，医疗，环保和人们日常生活的各个领域。进入新世纪后电力电子技术的应用更加广泛。以计算机为核心的信息科学将是21 世纪起主导作用的科学技术之一，有人预言，电力电子技术和运动控制一起，将和计算机技术共同成为未来科学的两大支柱。

电力电子技术是应用于电力领域的电子技术。具体地说，就是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。通常把电力电子技术分为电力电子制造技术和变流技术（整流，逆变，斩波，变频，变相等）两个分支。其中，变流技术也称为电力电子器件的应用技术，它包括用电力电子器件构

成各种电力变换电路和对这些电路进行控制的技术，以及由这些电路构成电路电子装置和电力电子系统的技术。“变流”不仅指交直流之间的交换，也包括直流变直流和交流变交流的变换。

将直流电转换为交流电的电路称为逆变电路，本课程设计主要介绍单相桥式无源逆变电路。

1 逆变器的性能指标与分类

1.1 有源逆变的基本定义及其应用

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。它用于直流电机的可逆调速、绕线型异步电机的串级调速、高压直流输电和太阳能发电等方面。

1.2 无源逆变电路的基本定义及应用

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。

1.3 逆变器的性能指标

1.3.1 谐波系数HF

谐波系数HF 定义为谐波分量有效值同基波分量有致值之比，即

U HF =n

U

1（1-1）

式中n=1、2、3…，表示谐波次数，n=1 时为基波。

1.3.2 总谐波系数THD

总谐波系数表征了一个实际波形同其基波的接近程度。THD 定义为

THD =

1

U

1

∞

2

∑U n

n =2,3.4???

(1-2)

1.4 无源逆变电路的主要功能及工作原理

主要功能是将直流电逆变成某一频率或可变频率的交流电供给负载。

基本的单相桥式无源逆变电路的工作原理如图1 所示，图中Ud 为直流电压电源，R 为逆变器输出负载，T1～T1 为四个高速开关。该电路有两种工作状态

（1）当开关T1、T4 闭合，T2、T3 断开时，逆变器输出电压u

0 =Ud；

（2）当开关T1、T4 断开，T2、T3 闭合时，逆变器输出电压u

0 =－Ud；

当以频率f

s交替切换开关T1、T4 和T2、T3 时，则在电阻R 上获得如图

所示的交变电压波形，其周期Ts=1/ f

s，这样，就将直流电压E 变成了交流电

压u0 。u0 含有各次谐波，如果想得到正弦波电压，则可通过滤波器滤波获得。

图1-1 中主电路开关T1~T4，它实际是各种半导体开关器件的一种理想模型。逆变电路中常用的开关器件有快速晶闸管、可关断晶闸管（GTO）、功率晶体管（GTR）、功率场效应晶体管（MOSFET）、绝缘栅晶体管（IGBT）。

图1-1 单相桥式无源逆变电路的工作原理

o 2 主电路的设计

采用全控型器件——绝缘栅晶体管（IGBT）取代上图的T1 ，得到如下图2-1 所示的单相桥式无源逆变电路。从图中可看出，它由两对桥臂组合而成，VT1 和VT4 构成一对导电臂，VT2 和VT3 构成另一对导电臂，两对导电臂交替导通180，其输出电压、输出负载波形如下所示。工作过程如下：

t=0 时刻以前，VT2、VT3 导通，VT1、VT4 关断，电源电压反向加在负载上，u0 =-Ud。

在t=0 时刻，负载电流上升到负的最大值，此时关断VT2、VT3，同时驱动VT1 、VT4，由于感性负载电流不能立即改变方向，负载电流经VD1、VD4 续流，

此时，由于VD1 、VD4 导通，VT1 、VT4 受反压而不能导通。负载电压u

0 =+Ud

图2-1 单相桥式无源逆变电路

图2-2 输出电压、输出电流

0 在 t=t 1 时刻，负载电流下降到 0，VD1、VD4 自然关断，VT1、VT4 在正向

电压作用下开始导通。负载电流正向增大，负载电压u 0 =+Ud 。

在 t=t 2 时刻负载电流上升到正的最大值，此时关断 VT1、VT4，并驱动 VT2、

VT3，同样，由于负载电流不能立即换向，负载电流经 VD2、VD3 续流，负载

电压 u 0 =-Ud 。

在 t= t 3 时刻，负载电流下降到 0，VD2、VD3 自然关断，VT2、VT3 开通，

负载电流反向增大时，u 0 =-Ud 。

在 t= t 4 时刻，负载电流上升到负的最大值，完成一个工作周期。

从图 2-2 知，单相全桥逆变电路的输出电压为方波，定量分析时，将u 0 展开

成傅立叶级数，得

4U ? 1 1 ? u =

d s in ω + sin 3ωt + sin 5ωt + ??? π ? 3 5 ?

（2-1）

其中，基波分量的幅值 Uolm 和有效值 Uol 分别为：

U = 4U d

≈ 1.27Ud

olm π

（2-2）

U =

2 2U d

≈ 0.9Ud

ol π

（2-3）

3 驱动电路的设计

3.1 电力电子器件驱动电路概述

电力电子器件的驱动电路时电力电子主电路与控制电路之间的接口，是电力电子装置的重要环节，对整个装置的性能有很大的影响。采用性能良好的驱动电路，可使电流电子器件工作在较理想的开关状态，缩短开关时间，减小开关损耗，对装置的运行效率、可靠性和安全都有重要的意义。另外，对电力电子器件或整个装置的一些保护措施也往往就近设在驱动电路中，或者通过驱动电路来实现，这使得驱动电路的设计更为重要。

驱动电路还要提供控制电路与主电路之间的电气隔离环节。一般采用光隔离和磁隔离。光隔离一般采用光耦合器。光耦合器由发光二极管和光敏晶体管组成，封装在一个外壳内。其类型有普通、高速和高传输比三种，内部电路和基本接法分别如图3-1 所示。

图3-1 光耦合器的类型及接法

a）普通型b）高速型c）高传输比型

按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间信号的性质，可以将电力电子器件分为电流驱动型和电压驱动型两类。晶闸管虽然属于电流驱动型器件，但是它是半控型器件。晶闸管的驱动电路通常称为触发电路。对于典型的全控型器件GTO、GTR、电力MOSFET 和IGBT，则将按电流驱动型和电压驱动型。GTO、GTR 是电流驱型动器件，电力MOSFET、IGBT 时电压驱动型器件。GTO 和GTR 是双极型电流驱动器件，由于具有电导调制效应，所以其通流能力很强，但开关速度较低，所需驱动功率大，驱动电路复杂。而电力MOSFET 是

+ - -

单极型电压驱动器件，开关速度快，输入阻抗高，热稳定好，所需驱动功率小而

且驱动电路简单。将这两类器件相互取长补短适当结合而成的复合器件，通常成 为 Bi —MOS 器件。绝缘栅双极晶体管（IGBT 或 IGT ）综合了 GTR 和 MOSFET 的优点，因而具有良好的特性。

3.2 IGBT 的介绍及工作原理

IGBT —绝缘栅双极晶体管，将 MOSFET 和 GTR 优点集于一身，既具有输 入阻抗高、工作速度快、热稳定性好和驱动电路简单的特点，又具有通态电压低、 耐压高和承受电流大等优点，因此，发展很快，在电机控制、中频和开关电源以

及要求快速、低损耗的领域倍受青睐。

在功率 MOSFET 的基础上,IGBT 增加了一个 P +

层发射极，形成ＰＮ结 J1，

并由此引出集电极Ｃ、栅极Ｇ和发射极Ｅ。IGBT 相当于一个由 MOSFET 驱动的 厚基区 GTR 。Ｎ沟道 IGBT 的图形符号如图 2-1 所示。P 沟道 IGBT 图形符号中 的箭头方向恰好相反。IGBT 的开通和关断是由栅极电压来控制的。栅极施以正

电压时，MOSFET 内形成沟道，并为 PNP 晶体管提供基极电流，从而使 IGBT

导通。此时，从 P 区注入到 N 区的空穴（少子）对 N -

区进行电导调制，减小

N 区的电阻 Rdr ，使高电压的 IGBT 也具有低的通态压降。在栅极上施以负电压 时，MOSFET 内的沟道消失，PNP 晶体管的基极电流被切断，IGBT 即为关断。

图 3-2 IGBT 等效电路、电气符号

3.3 IGBT 的基本特性

（1）静态特性包括转移特性和输出特性。图2-2（b）所示为IGBT 的转移特性，它是描述集电极电流Ic 与栅极电压U GE 之间关系，开启电压U GE (th)时IGBT 能实现电导调制而导通的最低栅射电压。U GE (th)随温度升高而略有下降，温度每升高1℃，其值下降5Mv 左右，在+25℃时，U GE (th)的值一般为2～6V。

当栅极电压U GE 小于开启电压U GE (th)时，IGBT 处于关断状态。在IGBT 导通后的大部分范围内，Ic 与U GE 呈线性关系。

图3-3 IGBT 的输出特性、转移特性

（a）输出特性（b）转移特性

图3-3（b）所示为IGBT 输出特性，也称伏安特性，它描述的是以栅极电压为参考变量时，集电极电流Ic 与集射级间电压U GE 之间的关系，它与GTR 的

输出特性基本相似，也分为饱和区、放大区、击穿区和截止区。当U GE < U GE (th)

时IGBT 处于截止区，仅有极小的漏电流存在。当U GE >U GE (th)时IGBT 处于放大区，在该区中，Ic 与U GE 几乎呈线性关系而与U CE 无关，故又称线性区。饱和区是指输出特性比较明显弯曲的部分，此时集电极电流Ic 与栅极电压U GE 不再呈线性关系。

（2）动态特性IGBT 的动态特性也称开关特性，包括开通和关断两个部分。

IGBT 的开通时间t on 由开通延迟时间t d (on)和电流上升时间t r 两部分组成。通常开通时间为0.5～1.2 μs 。IGBT 在开通过程中大部分时间是作为MOSFET 工作的。

只是在集-射极电压U CE 下降过程后期（t

fv 2 ），PNP 晶体管才由放大区转到饱和

区，因而增加了一段延缓时间，使集-射电压U CE 波形分成两段t

fv1 和

t

fv 2 。

IGBT 的关断过程是从正向导通状态转换到正向阻断状态过程。关断过程所

需要的时间为关断时间t

off 。

t

off 包括关断延迟时间

t

d (o ff ) 和电流下降时间

t

f 两部

分，在t

f 内，集电极电流的波形分为两段

t

fi1 和

t

fi 2 对应IGBT 内部MOSFET 的关

断过程，两段时间内Ic 下降较快；t

fi 2 对应于IGBT 内PNP 晶体管的关断过程，

由于MOSFET 关断后，PNP 晶体管中的储存电荷难以迅速消除，所以这段时间内Ic 下降较慢，造成集电极电流较长的尾部时间。通常关断时间为0.55～1.5 μs 。

图3-4 IGBT 的动态开关特性

3.4 IGBT 主要参数及容量

（1）额定电压IGBT 的额定电压由逆变器（交-直-交逆变器）的交流输入电压决定，因为它决定了后面的环节可能出现的最大电压峰值。再考虑两倍裕量，即：

元件的额定电压=2ⅹ 2 ⅹ电网电压（单相为相电压，三相为线电压）交流

输入电压与IGBT 额定电压的关系如下表2.1 所示：

表3-1

（2）电流额定值IGBT 的额定电流取决于逆变器的容量，而逆变器的容量与其所驱动的电动机密切相关。设电动机的输出功率为P，则逆变器的容量为：

式中，cos φ为电动机功率因数。

S =P / cosφ （3-1）由上式可得逆变器的电流有效值为：

I =S 3U

式中，U 为交流电源电压的有效值。

（3-2）由于IGBT 是工作在开关状态，故计算其电流额定值时，应考虑其在整个运

行过程中可能承受的最大峰值电流I

CM 为：

I

CM

= 2IK

1

K

2（3-3）

式中，K1 为过载系数（裕量），取K1=2；K2 为考虑电网电压波动等因素，取K2=1.2。

综合上述式子得

I

CM =

P

? 2K

1

K

2

3U cosφ （3-4）

逆变器所接交流电源电压为220V，该逆变器向3.7kW 电动机供电，电动机功率因数cos φ=0.75，则该逆变器中的IGBT 的最大峰值电流I CM 为：

I CM =

3.7 ?10 3

? 2 ? 2 ?1.2 = 44.5( A)

3 ? 220 ? 0.75

则该逆变器中IGBT 的容量为600V、50A。型号为2MB150N-60。

表3-2 IGBT 型号列表

3.5 电压驱动型器件的驱动电路

电子器件的驱动电路是电力电子主电路与控制电路之间的接口，是电力电子装置的重要环节，对整个装置的性能有很大的影响。采用性能良好的驱动电路，可使电流电子器件工作在较理想的开关状态，缩短开关时间，减小开关损耗，对装置的运行效率、可靠性和安全都有重要的意义。另外，对电力电子器件或整个装置的一些保护措施也往往就近设在驱动电路中，或者通过驱动电路来实现，这使得驱动电路的设计更为重要。

按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间信号的性质，可以将电力电子器件分为电流驱动型和电压驱动型两类。晶闸管虽然属于电流驱动型器件，但是它是半控型器件。晶闸管的驱动电路通常称为触发电路。对于典型的全控型器件GTO、GTR、电力MOSFET 和IGBT，则将按电流驱动型和电压驱动型。GTO、GTR 是电流驱型动器件，电力MOSFET、IGBT 时电压驱动型器件。

IGBT 的驱动电路有阻尼滤波门极驱动电路，光耦合器门极驱动电路，脉冲变压器直接驱动IGBT 电路，定时器555 组成的IGBT 驱动电路和IGBT 专用驱动模块

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图3-5 IGBT 门极驱动电路

(a)阻尼滤波门极驱动电路（b）光耦合器门极驱动电路

(c)脉冲变压器直接驱动IGBT 电路（d）555 组成的驱动电路

3.6 电压驱动型器件的驱动电路—IGBT 驱动

IGBT 的驱动多采用专用的混合集成驱动器。常用的有三菱公司的M579 系列（如M57962L 和M57959L）和富士公司的EXB 系列（如EXB840、EXB841、EXB850 和EXB851）。同一系列的不同型号其引脚和接线基本相同，只是适用被驱动器件的容量和开关频率以及输入电流幅值等参数有所不同。图9 给出了M57962L 的原理和接线图。这些混合集成驱动器内部都具有退饱和检测和保护环节，当发生过电流时能快速响应但慢速关断IGBT，并向外部电路给出故障信号。M57962L 输出的正驱动电压均为+15V ，左右，负驱动电压为-10V 。

图3-6 M57962L 型IGBT 驱动器的原理和接线图

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4 反馈二极管的选择

电力二极管可以在交流-直流交换电路中作为整流元件，也可以在电感元件上根据电能需要适当释放的电路中作为续流元件，还可以在逆变电路中作为反向充电和能量传输，在各类变流器中作为隔离、钳位、保护和高频整流。应用时，应根据不同场合的不同需要，选择不同类型的电力二极管。

4.1 电力二极管的基本特性

（1）电力二极管的伏安特性

电力二极管的伏安特性曲线如图4-1 所示。当外加电压大于门槛电压U TO 时，正向电流开始迅速增加，二极管开始导通。正向导通时其管压降仅1V 左右，且

不随电流的大小而变化。当二极管承受反向电压时，只有很小的反向漏电流I RR 流

过，器件反向截止。但当反向电压增大到U B 时，PN 结内产生雪崩击穿，反向电流急剧增大，可导致二极管击穿损坏。

图4-1 电力二极管伏安特性曲线

（2）电力二极管的开关特性

电力二极管工作状态转换时的特性称为开关特性，包括两个部分：关断特性和开通特性。

1）关断特性

关断特性指的是电力二极管由正向偏置的通态转换为反向偏置的断态的特

性，关断过程中电压、电流的波形如图所示。当原来处于正向导通的电力二

极管外加电压在t

f 时刻突然从正向变为反向时，正向电流

i

f 开始下降，到

t

0 时刻

二极管电流将为零，此时PN 结两侧存有大量的少子，器件并没有恢复反向阻断能力，直到t1 时刻PN 结内储存的少子被抽尽时，反向电流达到最大值I RM 。在t1时刻后二极管开始恢复反向阻断，反向恢复电流迅速减小。外电路中电感产生的高感应电动势使器件承受很高的反向电压U RM 。当电流降到基本为零的t2 时刻（反向电流降为10% I RM ），二极管两端的反向电压才降到外加反向电压U R ，电力二极管完全恢复反向阻断能力。

2）开通特性

开通特性是指电力二极管由零偏置转换为正向偏置的通态特性。开通过程中

的电压、电流波形如图7 所示。开通过程中二极管两端也会出现峰值电压U

fp

（几伏至几十伏）。经过一段时间才接近稳态值（约2 伏）。上述时间被称为正向

恢复时间t

fr 。通常正向恢复时间

t

fr 比反向恢复时间t rr 短。

图4-2 电力二极管的开关特性

（a）关断特性（b）开通特性4.2 电力二极管的参数计算及其选择

（1）正向平均电流I

F ( AV ) (额定电流)。在该电流下管子的正向压降造成管子

有损耗，结温升高不超过最高允许结温。该值是按电流的发热效应定义的，因此，

P 在计算时按有效值相等条件来选取二极管的电流定额，并留有 1.5～2 倍的裕量。

计算公式如下，其中

I F 为流过管子的额定电流有效值，即

I F

I F ( AV ) = （1.5～2）

1.57

(4-1)

（2）反向重复峰值电压U RRM （额定电压）。指管子反向所施加最高峰值电 压。通常是反向击穿电压的 2/3。计算时按二极管可能承受的最高反向峰值电压 的 2～3 倍来选取二极管的定额，即

U RRM =（2～3）U RM

(4-2)

取相应标准系列值。

（3）正向通态压降U F 。指二极管在指定温度下，流过某一指定的稳态正向

电流时对应的正向压降。有时参数表中也给出在指定温度下流过某一瞬态正向大

电流时器件的最大瞬时正向压降。

（4）反向恢复时间 t rr 。从二极管正向电流过零到反向电流下降到其峰值 10%

时的时间间隔。它与反向电流上升率、结温、开关前的最大正向电流等因素有关。

（5）最高允许结温T Jm 。指在 PN 结不损坏的前提下能承受的最高温度。通

常在 125℃～175℃.

（6）正向浪涌电流

I FSM 。由于电路异常情况引起的，并使结温超过额定结

温的不重复性最大正向过载电流。

本电路中，

I F =

U d

= 1= 50 A

=1.5A (4-3)

U RM = U d =100V

(4-4)

I F I F ( AV ) = （1.5～2） 1.57 = 1.5 （1.5～2）× 1.57

= 1.43～1.91A ，取 3A 。 (4-5)

U RRM =（2～3）U RM =200～300V ，取 200V 。

(4-6)

所以选择 31DF2 型电力二极管。

5 保护电路的设计

在电力电子电路中，除了电力电子器件参数选择合适、驱动电路设计良好外，采用合适的过电压保护、过电流保护、du/dt 保护和di/dt 保护也是必要的。这里主要讲述IGBT 的保护。

5.1 过电压保护

电力电子装置中可能发生的过电压分为外因过电压和内因过电压两类。外因过电压主要来自雷击和系统中的操作过程等外部原因，包括：

1）操作过电压：由分闸、合闸等开关操作引起的过电压。

2）雷击过电压：由雷击引起的过电压。

内因过电压主要来自电力电子装置内部器件的开关过程，包括：

1）换相过电压：由于晶闸管或者与全控型器件反并联的续流二极管在换相结束后不能立刻恢复阻断能力，因而有较大的反向电流流过，使残存的载流子恢复，因而其恢复了阻断能力时，反向电流急剧减小，这样的电流突变会因线路电感而在晶闸管阴阳极之间或续流二极管反并联的全控型器件两端产生过电压。

2）关断过电压：全控型器件在较高频率下工作，当器件关断时，因正向电流的迅速降低而由线路电感在器件两端感应出的过电压。

图5-1 过电压抑制措施及配置位置

图5-1 所示出了各种保护措施及其配置位置，各电力电子装置可见具体情况只采用其中的几种。其中RC3 和RCD 为抑制内因过电压的措施。在抑制外因过电压的措施中，采用RC 过电压抑制电路是最为常见的，其典型联结方式见图5-1。RC 过电压抑制电路可接于供电变压器的两侧（通常供电网一侧称网侧，电力电

子电路一侧称为阀侧），或电力电子电路的直流侧。对于大容量电力电子装置，可采用图5-3 所示的反向阻断式RC 电路。有关保护电路的参数计算可参照相关的工程手册。采用雪崩二极管、金属氧化物压敏电阻、硒堆和转折二极管（BOD）等非线性元器件来限制或吸收过电压也是较常用的措施。

a）b）

图5-2 RC 过电压抑制电路联结方式

a)单相b）三相

图5-3 反向阻断式过电压抑制用RC 电路

5.2 过电流保护

电力电子电路运行不正常或者发生故障时，可能会发生过电流。过电流分过载和短路两种情况。图5-4 给出了各种过电流保护措施及其配置位置，其中采用快速熔断器、直流快速断路器和过电流继电器是较为常见的措施。一般电力电子

2 装置均采用几种过电流保护措施，以提高保护的可靠性和合理性。在选择各种保

护措施时应注意相互协调。通常，电子电路作为第一保护措施，快速熔断器仅作 为短路时的部分区段的保护，直流快速断路器整定在电子电路动作之后实现保 护，过电流继电器整定在过载时动作。

图 5-4 过电流保护措施及配置位置

采用快速熔断器是电力电子装置中最有效、应用最广的一种过电流保护措

施。在选择快速熔断器时应考虑：

（1）电压等级应根据熔断后快熔实际承受的电压来确定。

（2）电流容量应按其在主电路的接入方式和主电路联结形式确定。快熔一

般与电力半导体器件串联连接，在小容量装置中也可串接于阀侧交流母线或直流

母线中。

（3）快熔的 I 2 t 值应小于被保护器件的允许 I 2

t 值。

（4）为保证熔体在正常过载情况下不熔化，应考虑其时间-电流特性。

5.3 IGBT 保护电路的选择

○1 电容

C s 的选择

一般按布线电感磁场能量全部转化为电场能能量估算。即

1 L I

2 = 1 C (U

- U )2 2 b o 2

s cep o （5-1）

L I 2

C ≥ b o

s (U 得

cep

- U o ) （5-2）

这里取

I o 为电路电压 I o =3A ；为电感值 L b = L =14.7mH; U cep 为保证保护可

2 靠，

可取稍低于 IGBT 耐压值为宜，这里取 200V 进行计算；取

U 0 = 50V ；

L I 2

C ≥

b o

s (U 则

cep

- U o ) =0.0588uF

取 C s = 0.06uF ，耐压 300V 。

○2 缓冲电阻

R s 的计算

要求 IGBT 关断信号到来之前，将缓冲电容器所积蓄的电荷放完，以关断信 号之前放电 90%为条件，其计算公式如下；

1 R s ≤

6 fC

s ，有

R s = 5k Ω 。

○3 缓冲电路二极管VD s 因为 VD

s 用于高频电路中，故应选用快速恢复二极管，

以保证 IGBT 导通时很快关断。

VD s 电流额定可按

IGBT 通过电流的 0.1 试选，然后调试决定。

图 5-5 IGBT 保护电路

5.4 缓冲电路

缓冲电路又称吸收电路。其作用是抑制电力电子器件的内因过电压、du/dt 或者过电流和 di/dt ，减小器件的开关损耗。缓冲电路可分为关断缓冲电路和开通 缓冲电路。关断缓冲电路又称为 du/dt 抑制电路，用于吸收器件的关断过电压和

换相过电压，抑制 du/dt ，减小关断损耗。开通缓冲电路又称为 di/dt 抑制电路，

用于抑制器件开通时的电路过冲和di/dt，减小器件的开通损耗。可将关断缓冲电路和开通缓冲电路结合在一起，称其为复合缓冲电路。还可以用另外的分类方法：缓冲电路中储能元件的能量如果消耗在其吸收电阻上，则称其为损耗能式缓冲电路；如果缓冲电路能将其储能元件的能量回馈给负载或电源，则称其为馈能式缓冲电路，或称为无损吸收电路。

图5-6 di/dt 抑制电路和充放电型RCD 缓冲电路及波形

单相桥式有源逆变电路设计

长江职业学院 电力电子技术课程设计报告 学院：机电学院 学生姓名：余鸿 指导教师：李莎 专业：电气自动化 班级：电气1401 日期： 2015.12 单相桥式有源逆变电路设计 摘要：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和方法已成熟十几年了，随 件。基本原理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。在逆变电路

中，把直流电能经过直交变换，向交流电源反馈能量的变换电路称之为有源逆变电路，相应的装置称为有源逆变器。 关键词：整流逆变桥式有源逆变。 1前言 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。逆变与整流相对应，直流电变成交流电。交流侧接电网，为有源逆变。交流侧接负载，为无源逆变。有源逆变的条件：负载侧存在一个直流电源E，由他提供能量，其电势极性与变流器的整流电压相反，对晶闸管为正向偏置电压；变流器在起直流侧输出应有一个与原整流电压相反的逆变电压U，其平均值U

单相桥式全控整流及有源逆变电路的MATLAB仿真

单相桥式全控整流及有源逆变电路的MATLAB 仿真 图1 单相桥式全控整流 知识点回顾： 整流(AC/DC)就是将交流变化为方向不变，大小为纹波的直流，相信大家都很清楚，这里就不详细介绍整流啦！ 逆变(DC/AC)，按负载性质的不同，逆变分为有源逆变和无源逆变。如果把逆变电路的交流侧接到交流电源上，将直流电能经过直—交变换，逆变成与交流电源同频率的交流电返回到电网上去，叫有源逆变，其相应的装置是有源逆变器。而将直流电能经过变换逆变成交流电能直接消耗在非电源性负载上者，叫无源逆变，其相应的装置是变频器。 逆变与整流是变流装置的两种不同工作状态，能在同一套变流装置上实现，只是其工作条件不一样而已。首要条件是变流装置内部，使直流电压d U 改变极性，从而使功率的流向有可能发生逆转。当控制角?<≤ 900α时， 变流装置工作在整流状态，直流电压d U 与直流电流d I 是同一方向，装置将交流电能转换成直流电能供给直流负载；当控制角?≤< ?18090α时，变流装置工作在逆变状态，由于晶闸管的单向导电性，电流d I 方向不变，而直流 电压d U 改变了极性，装置将直流电能转换成交流电能输向电网或非电源性负载。其次是外部调件，必须是提供直流能源，而且是d U E > 。 仿真环境： MATLAB (R2009b) 实验一：电感性负载整流 1.电路搭建

元件路径 晶闸管T SimPowerSystems/Power Electronics/Thyristor 交流电源AC100V SimPowerSystems/Electrical Sources/AC Voltage Source 脉冲发生器Pulse Generator Simulink/Sources/Pulse Generator 支路RLC SimPowerSystems/Elements/Series RLC Branch 电压测量Vd SimPowerSystems/Measurements/Voltage Measurement 电流测量SimPowerSystems/Measurements/Current Measurement 示波器Scope Simulink/Sinks/Scope 选择器Selector Simulink/Signal Routing/Selector 3.参数设置

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；

1单相桥式全控整流和有源逆变电路实验实验报告

实验报告 课程名称：现代电力电子技术 实验项目：单相桥式全控整流及有源逆变电路实验实验时间： 2012/10/19 实验班级： 总份数： 指导教师：朱鹰屏 自动化学院电力电子实验室 二〇〇年月日

广东技术师范学院实验报告 学院：自动化学院专业：电气工程及其自 动化 班级：成绩： 姓名：学号：组别：组员： 实验地点：电力电子实验室实验日期：10/19指导教师签名： 实验（一）项目名称：单相桥式全控整流及有源逆变电路实验1.实验目的和要求 (1)加深理解单相桥式全控整流及逆变电路的工作原理。 (2)研究单相桥式变流电路整流的全过程。 (3)研究单相桥式变流电路逆变的全过程，掌握实现有源逆变的条件。 (4)掌握产生逆变颠覆的原因及预防方法。 2.实验原理 图3-8为单相桥式整流带电阻电感性负载，其输出负载R用D42三相可调电阻器，将两个900Ω接成并联形式，电抗Ld用DJK02面板上的700mH，直流电压、电流表均在DJK02面板上。触发电路采用DJK03-1组件挂箱上的“锯齿波同步移相触发电路Ⅰ”和“Ⅱ”。 图3-9为单相桥式有源逆变原理图，三相电源经三相不控整流，得到一个上负下正的直流电源，供逆变桥路使用，逆变桥路逆变出的交流电压经升压变压器反馈回电网。“三相不控整流”是DJK10上的一个模块，其“心式变压器”在此做为升压变压器用，从晶闸管逆变出的电压接“心式变压器”的中压端Am、Bum，返回电网的电压从其高压端A、B输出，为了避免输出的逆变电压过高而损坏心式变压器，故将变压器接成Y/Y接法。图中的电阻R、电抗Ld和触发电路与整流所用相同。有关实现有源逆变的必要条件等内容可参见电力电子技术教材的有关内容。 3.主要仪器设备

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

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。

单相桥式全控整流电路实验及有源逆变电路

单相桥式全控整流电路 实验及有源逆变电路 Document serial number【NL89WT-NY98YT-NC8CB-NNUUT-NUT108】

重庆三峡学院 实验报告 课程名称电力电子技术 实验名称单相桥式全控整流电路实验 实验类型验证学时 2 系别电信学院专业电气工程及自动化 年级班别 2015级2班开出学期 2016-2017下期 学生姓名袁志军学号 4228 实验教师谢辉成绩 2017 年 5 月 14 日

U2(V)220220220220 U d(计算值)(V)99 计算公式:U d＝(1+cosα)/2 （2）60゜（3）90゜（1）30゜ U d ＝(1+cosα)/2 = U d ＝(1+cosα)/2 =99V U d ＝(1+cosα)/2 =

（3）120゜ 七、注意事项 （1）在本实验中，触发脉冲是从外部接入DJKO2面板上晶闸管的门极和阴极，此时,应将所用晶闸管对应的正桥触发脉冲或反桥触发脉冲的开关拨向“断”的位置，并将U lf 及U lr 悬空，避免误触发。 （2）为了保证从逆变到整流不发生过流，其回路的电阻R 应取比较大的值，但也要考虑到晶闸管的维持电流，保证可靠导通。 八、思考题 实现有源逆变的条件是什么 1）外部条件：一定要有直流电源，其极性必须和晶闸管导通方向一致，其值应稍大于变流器直流侧平均电压。 2）内部条件：要求晶闸管的控制角a>90度，使Ud 为负值。 3）充分条件：电路支流回路中必须要有足够大的电感，以保证有源逆变连续进行。 九、实验总结 此次试验，进行了单相桥式全控整流电路实验，有四只晶闸管，两只桥臂，两两一组，分别采用互差180度的正反脉冲，由于要求各组晶闸管触发时间一致，对于实验精度高，要求严格。 实验前首先检查各个器件的完好性，避免接好线后盲目查找错误，特别是检查触发脉冲的情况。在实验中，出现了加脉冲后，晶闸管未工作的情况，经检查发现诸多晶闸管损坏，导致脉冲不起作用。 总之，在做实验时，要对实验熟悉，做到心中有数，严格按照实验步骤，切不可怀侥幸心理而不检查器件；在出现实验现象有误时，不要慌乱，借助实验仪器检查仪器，培养自己查错纠错的能力。 最后，我们用matlab 仿真完成了实验，完整观察了晶闸管，负载的电流，电压波形。 教师评语： U d ＝(1+cosα)/2 =

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

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

单相桥式全控整流电路

单相桥式全控整流电路 一、原理 图1.1为单相桥式全控整流带电阻电感性负载，图中DJK03是装置上的晶闸管触发装置。假设电路已工作于稳态。 在u2正半周期，触发角α处给晶闸管VT1和VT4加触发脉冲使其开通，ud=u2。负载中有电感存在时负载电流不能突变，电感对负载电流起平波作用，假设负载电感很大，负载电流id连续且波形近似为一水平线，u2过零变负时，由于电感的作用晶闸管VT1和VT4中仍流过电流id，并不关断。至ωt=π+α时刻，给VT3和VT2加触发脉冲，因VT3和VT2本已承受正电压，故两管导通。VT3和VT2导通后，u2通过VT3和VT2分别向VT1和VT4施加反压使VT1和VT4关断，流过VT1和VT4的电流迅速转移到VT3和VT2上，此过程成为换相，亦称换流。至下一周期重复上述过程，如此循环下去，其平均值为Ud=0.9U2。 图1.2为单相桥式有源逆变电路实验原理图，三相电源经三相不控整流，得到一个上负下正的直流电源，供逆变桥路使用，逆变桥路逆变出的交流电压经升压变压器反馈回电网。图中的电阻Rp、电抗Ld和触发电路与单相桥式整流电路相同。 产生有源逆变的条件如下： （1）要有直流电动势，其极性需和晶闸管的导通方向一致，其值应大于变流电路直流侧的平均电压。 （2）要求晶闸管的控制角α>π/2.，使Ud为负值。 两者必须同时具备才能实现有源逆变。 二、实验内容 （1）单相桥式全控整流电路带电阻性负载。 （2）单相桥式有源逆变电路带电阻电感性负载。 （3）有源逆变电路逆变颠覆现象的观察。 （4）单相桥式整流、单相桥式有源逆变电路带电阻电感性负载时MATLAB的仿真。 三、实验仿真 1.带电阻电感性负载的仿真 启动MATLAB，进入SIMULINK后新建文档，绘制单相桥式全控整流电路模型，如图1.3所示。双击各模块，在出现的对话框内设置相应的参数。

IGBT单相电压型全桥无源逆变电路设计.

电子技术课程设计 说明书 IGBT 单相电压型全桥无源逆变电路 设计 学生姓名： 学号： 学 院： 专 指导教师： 2013年01月 XXX 1005044245 信息与通讯工程学院 电气工程及其自动化

中北大学 电子技术课程设计任务书 2012/2013 学年第一学期 学院：信息与通讯工程学院 专业：电气工程及其自动化 学生姓名：胡定章学号： 1005044245 课程设计题目：IGBT单相电压型全桥无源逆变电路设计 起迄日期: 12月24日~ 01月4 日 课程设计地点:电气工程系软件实验室 指导教师:石喜玲 系主任：王忠庆 下达任务书日期: 2012 年 12 月 24日

课程设计任务书

课程设计任务书

目录 1 引言 (1) 2 工作原理概论 (1) 2.1 IGBT的简述 (1) 2.2 电压型逆变电路的特点及主要类型 (2) 2.3 IGBT单相电压型全桥无源逆变电路原理分析 (2) 3 主电路设计及参数选择 (3) 3.1 主电路仿真图 (3) 3.2参数设置及计算 (3) 3.2.1参数设置 (3) 3.2.2计算 (3) 3.2.3设置主电路 (4) 4 仿真电路结果的分析 (5) 4.1 仿真电路图 (5) 1.1.14.1.1 触发电平与负载输出波的波形图 (5) 4.1.2 IGBT电流电压波形图 (6) 4.2 仿真波形分析 (6) 5 总结 (7) 参考文献 (7)

2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。 3工作原理概论 2. 1 IGBT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错误！未找到引用源。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，使得电阻错误！未找到引用源。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

单相桥式全控整流及有源逆变电路实验实验报告记录

单相桥式全控整流及有源逆变电路实验实验报告记录

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实验报告 课程名称：现代电力电子技术 实验项目：单相桥式全控整流及有源逆变电路实验实验时间：2012/10/19 实验班级： 总份数： 指导教师：朱鹰屏 自动化学院电力电子实验室 二〇〇年月日

广东技术师范学院实验报告 学院： 自动化学院 专业： 电气工程及其自动化 班级： 成绩： 姓名： 学号： 组别： 组员： 实验地点： 电力电子实验室 实验日期： 10/19 指导教师签名： 实验 （一） 项目名称：单相桥式全控整流及有源逆变电路实验 1. 实验目的和要求 (1)加深理解单相桥式全控整流及逆变电路的工作原理。 (2)研究单相桥式变流电路整流的全过程。 (3)研究单相桥式变流电路逆变的全过程，掌握实现有源逆变的条件。 (4)掌握产生逆变颠覆的原因及预防方法。 2. 实验原理 图3-8为单相桥式整流带电阻电感性负载，其输出负载R 用D42三相可调电阻器，将两个900Ω接成并联形式，电抗Ld 用DJK02面板上的700mH ，直流电压、电流表均在DJK02面板上。触发电 路采用DJK03-1组件挂箱上的“锯齿波同步移相触发电路Ⅰ”和“Ⅱ”。 图3-9为单相桥式有源逆变原理图，三相电源经三相不控整流，得到一个上负下正的直流电 源，供逆变桥路使用，逆变桥路逆变出的交流电压经升压变压器反馈回电网。“三相不控整流” 是DJK10上的一个模块，其“心式变压器”在此做为升压变压器用，从晶闸管逆变出的电压接“心 式变压器”的中压端Am 、Bum ，返回电网的电压从其高压端A 、B 输出，为了避免输出的逆变电压过 高而损坏心式变压器，故将变压器接成Y/Y 接法。图中的电阻R 、电抗Ld 和触发电路与整流所用相同。有关实现有源逆变的必要条件等内容可参见电力电子技术教材的有关内容。 3. 主要仪器设备 预习情况 操作情况 考勤情况 数据处理情况

单相全桥逆变电路原理

单相全桥型逆变电路原理 电压型全桥逆变电路可看成由两个半桥电路组合而成，共4个桥臂，桥臂1和4为一对，桥臂2和3为另一对，成对桥臂同时导通，两对交替各导通180° , 电压型全桥逆变电路输出电压uo 的波形和半桥 电路的波形uo 形状相同，也是矩型波，但幅值 高出一倍，Um=Ud 输出电流io 波形和半桥电路的io 形状相同，幅值增加一倍 VD1 、V1、VD2、V2相继导通的区间，分别对应VD1和VD4、V1和V4、VD2和VD3、V2和V3相继导通的区间 + - U VD 3 VD 4

单相半桥电压型逆变电路工作波形 ￥ 全桥逆变电路是单相逆变电路中应用最多的， 对电压波形进行定量分析将幅值为Uo 的矩形波 uo 展开成傅里叶级数，得 其中基波幅值Uo1m 和基波有效值Uo1分别为 上述公式对半桥逆变电路也适用，将式中的ud 换成Ud /2 d d o1m 27.14U U U == π d d 1o 9.022U U U == π O O ON u o U - U m i o 《 VD 1 VD 2 VD 1 VD 2 ?? ? ??+++= t t t U u ωωωπ5sin 513sin 31sin 4d o

uo 为正负电压各为180°的脉冲时，要改变输出电压有效值只能通过改变输出直流电压Ud 来实现 / t 1时刻前V 1和V 4导通，输出电压u o 为u d t 1时刻V 3和V 4栅极信号反向，V 4截止，因i o 不能突变，V 3不能立即导通，VD 3导通续流，因V 1和VD 3同时 导通，所以输出电压为零 各IGBT 栅极信号uG1~uG4及输出电压uo 、输出电流io 的波形 u u u u u i o o °正偏， 12补，V 3和V 4栅极信号互补 ? V 3的基极信号不是比V 1落后 180°，而是只落后 ( 0< <180°) ? V 3、V 4的栅极信号分别比V 2、V 1 VD 3 VD 4

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。

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。

IGBT单相电压型半桥无源逆变电路设计

IGBT单相电压型半桥无源逆变电路设计

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1 引言 本次课程设计的题目是IGBT单相电压型半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。 电力电子技术课程设计是电力电子技术课程理论教学之后的一个实践教学环节。其目的是训练学生综合运用学过的各种变流电路原理的基础知识，独立完成查找资料、选择方案、设计电路、撰写报告的能力，使学生进一步加深对变流电路基本理论的理解和基本技能的运用，为今后的学习和工作打下坚实的基础。 2 工作原理概论 2.1 IGBT单相电压型半桥无源逆变电路 2.1.1单相电压型逆变电路 （1）半桥逆变电路结构及其工作原理 V 1和V 2 栅极信号各半周正偏、半周反偏，二者互补。输出电压u o 为矩形波，幅 值为Um=Ud/2，输出电流i o 波形随负载而异，感性负载时，V 1 或V 2 通时，i o 和u o 同方向，直流侧向负载提供能量，VD 1或VD 2 通时，i o 和u o 反向，电感中贮能向直流 侧反馈，VD 1、VD 2 称为反馈二极管，还使i o 连续，又称续流二极管。 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。 2.1.2 IGBT绝缘栅双极型晶体管 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件, 兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR 饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大;MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。 2.2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 根据设计题目要求的指标，通过查阅有关资料分析其工作原理，确定各器件参数，设计电路原理图； 设计条件： =100V 1.电源电压：直流U d 2.输出功率：300W

单相桥式PWM逆变电路设计说明

文理学院芙蓉学院课程设计报告 课程名称： 系部：电气与信息工程学院 专业班级：自动化0902班 学生：小龙 指导教师：熬章洪 完成时间： 报告成绩：

目录 一、课程设计任务 (2) 二、SPWM逆变器的工作原理 (2) 1.工作原 理 (3) 2.控制方式 (4) 3.单片机电源与程序下载模块 (7) 4.正弦脉宽调制的调制算法 (8) 5.基于STC系列单片机的SPWM波形实现 (11) 三、总结 (14) 四、心得体会 (15) 五、附录： (17) 1.程序 (17) 2.模拟电路图 (19)

3.电路图 (22) 摘要： 单片机控制逆变电路，以逆变器为主要元件，稳压、稳频输出的电源保护设备。采用面积等效的SPWM波，又单片机为主导，输出三角波和正弦波再由这两个波相叠加输出spwm波来控制逆变电路的触发，使其把直流编程频率可变的交流电 关键字：单片机逆变电源正弦波脉冲触发 单相桥式PWM逆变电路设计 一、课程设计任务 对单相桥式pwm逆变电路的主电路及控制电路进行设计，参数要求如下：直流电压为12 V，L=1mH，要求频率可调，输出为5V的正弦交流电。 设计要求：1.理论设计：了解掌握单相桥式PWM逆变电路的工作原理，设计单相桥式PWM逆变电路的主电路和控制电路。包括： IGBT电流，电压额定的选择 驱动电路的设计 画出完整的主电路原理图和控制原理图 列出主电路所用元器件的明细表 二、SPWM逆变器的工作原理 由于期望的逆变器输出是一个正弦电压波形，可以把一个正弦半波分作N 等分。然后把每一等分的正弦曲线与横轴所包围的面积都用个与此面积相等的等高矩形脉冲来代替，矩形脉冲的中点与正弦波每一等分的中点重合。这样，由N 个等幅不等宽的矩形脉冲所组成的波形为正弦的半周等效。同样，正弦波的负半周也可用相同的方法来等效。