逆变电源设计讲解

湖南工程学院

课 程 设 计

课程名称 电力电子技术 课题名称 逆变电源

专 业 电气工程及其自动化

班 级 电 气

学 号

姓 名

指导教师

蔡斌军

2013 年 6 月 30 日

湖南工程学院

课程设计任务书

课程名称电力电子技术

课题逆变电源设计

专业班级电气工程及其自动化

学生姓名

学号

指导老师蔡斌军

审批蔡斌军

任务书下达日期2013年5 月31 日任务完成日期2013 年6 月10 日

目录

一绪论 ............................................................................................. 错误!未定义书签。二系统总体方案设计 .. (8)

三逆变功率器件的选择 (9)

四逆变电路的设计 (10)

4.1逆变电路的介绍 (10)

4.2 三相电压源型逆变电路 (11)

五主电路的设计 (12)

5.1主电路 (12)

5.2 整流电路 (12)

六控制电路的设计 (14)

七驱动电路设计 (17)

八总结 (19)

九附录 (20)

9.1 总电路图 (20)

9.2 参考文献 (21)

一绪论

电源设备广泛应用于科学研究、经济建设、国防设施及人民生活等各个方面，是电子设备和机电设备的基础，她与国民经济各个部门相关，在工农业生产中应用得最为广泛。可以说，凡是涉及电子和电工技术的一切领域都要用到电源设备。

逆变技术，逆变技术就是电力电子技术上的使直流变成交流(DC/AC)的一门技术，是电力电子学四种变换技术中最主要的一种。它了基本功能是是使交流电能(AC)与直流电能(DC)进行相互变换.它是电力电子技术领域中最为活跃的部分.逆变器就是通过半导体功率开关器件(SCR、GTO、GTR、IGBT和功率MOSFET模块等)开通和关断作用,实现逆变的电能转换装置。

逆变电源具有各种保护和运行控制功能，具有完善的运行参数显示和实时监控，具有远程数据通讯能力，具体如下：

1）通用性：不仅可以作为独立电源使用，还可以实现与电网电压的相位同频，实现与电网电压的相互切换，作为后备式正弦波UPS使用，不可以广泛应用于电力、邮电铁路等领域。

2）智能化：系统有实时的监控系统，可以随时对对象进行监控，对工作参数进行修改调节。

3）高性能：立足于产品化设计，采用先进合理的控制策略，实现逆变电源的高效率、高可靠性、高品质。

本次课程设计要求设计一个输入为400V直流电压，输出三相电压正弦，相电压范围100~220V可以调节的逆变电源。

二系统总体方案设计

三相电压型PWM逆变电源系统原理框图如图2-1所示，它可以分为四个功能模块：逆变电路、输出滤波器、驱动电路和SPWM脉宽调制电路。整流电路是一个三相DC /AC变换电路，功能是把DC400V的电源进行三相逆变后转换成可在一定范围内调节电压的电源电路。逆变电路是该电源的关键电路，其功能是实现DC/AC的功率变换，即在逆变电路的控制下把直流电源转换成三相SPWM波形供给后级滤波电路，形成标准的正弦波。输出滤波器是由L、C组成，滤去SPWM波中高频成分。

图2-1 系统设计流程图

三逆变功率器件的选择

绝缘栅双极晶体管（IGBT）是一种新发展起来的复合型功率开关器件，它既有单极型电压驱动的MOSOFT的优点，又结合了双极型开关器件BJT 耐高压，电流大的优点。其开关速度显然比功率MOSFET低，但远高于BJT，又因为它是电压控制器件，故控制电路简单、稳定性好。IGBT的最高电压为1200V，最大电流为1000A，工作频率高达1000kHz。它具有电压控制和开关时间（约为300ns）极短的优点。其正向压降约为3V。

在现代的UPS中IGBT普遍被用作逆变器或整流器开关器件。它是全控型开关器件，通过数控技术控制IGBT的通断，能有效地将输入电压与输入电流保持同步，是功率因数等于1，从而减小了UPS整流器对市电电源的干扰。

本设计选用IGBT场效应晶体管作为逆变器用功率开关器件。下面就对绝缘栅双极晶体管（IGBT）做简单的介绍。

IGBT内部结构、等效电路和电气符号如图3-1示。图（a）为IGBT 内部结构，与MOSFET比较，IGBT是在MOSFET的漏极下又增加了一个P 区，J）。IGBT的等效电路如图3-1（b）所示。它是有MOSOFT 多了一个PN结（

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和双极型功率晶体管复合而成的。IGBT的电气符号如图( c )。

图3-1 IGBT的内部结构、等效电路和电气符号

IGBT具有正反向阻断电压高、通态电压大及通过电压来控制其导通或关断等特点。同时，由于采用MOS栅，其控制电路的功耗小，导通和关断时的静态功耗也很小，只是在状态转换过程中存在一定的动态损耗。这种动态损耗也可以通过软开关即使使其达到最小。由于IGBT具有这些特点，才使其被广泛地作为功率开关期间用于开关和逆变电路中。

四逆变电路的设计

4.1逆变电路的介绍

逆变电路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，直流侧是电流源的称为电流型逆变电路。当交流侧接在电网上，即交流侧接有电源时，称为有源逆变；当交流侧直接和负载链接时，称为无源逆变。

换流方式：

1）器件换流：利用全控型器件自关断能力进行换流。

2）电网换流：由电网提供换流电压。

3）负载换流：由负载提供换流电压。

4）强迫换流：设置附加的换流电路，给欲关断的晶闸管施加反向电压或反向电流的换流方式。通常利用附加电容上所储存的能量来实现，也称为电容换流。

电压型逆变电路有以下主要特点：

1）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。

2）由于支路电压源的箝位作用，交流侧输出电压波形位矩形波，并且与负载阻抗角无关。而交流侧输出电流波形和相位因负载阻抗情况的不同而不同。