正弦波逆变器的课程设计
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1.21概述
逆变器的原理早在1931年就在文献中提到过。1948年，美国西屋电气公司用汞弧整流器制成了3000HZ的感应加热用逆变器。
1947年，第一只晶体管诞生，固态电力电子学随之诞生。1956年，第一只晶体管问世，这标志着电力电子学的诞生，并开始进入传统发展时代。在这个时代，逆变器继整流器之后开始发展。首先出现的是SCR电压型逆变器。1961年，B.D.Bedford提出了改进型SCR强迫换向逆变器，为SCR逆变器的发展奠定了基础。1960年以后，人们注意到改善逆变器波形的重要性，并开始进行研究。1962年，A.Kernick提出了“谐波中和消除法”，即后来常用的“多重叠加法”，这标志着正弦波逆变器的诞生。1963年，F.G.Turnbull提出了“消除特定谐波法”，为后来的优化PWM法奠定了基础，以实现特定的优化目标，如谐波最小，效率最优，转矩脉动最小等。
20世纪70年代后期，可关断晶闸管GTO、电力晶体管GTR及其模块相继实用化。80年代以来，电力电子技术与微电子技术相结合，产生了各种高频化的全控器件，并得到了迅速发展，如功率场效应管Power MOSFET、绝缘门极晶体管IGT或IGBT、静电感应晶体管SIT、静电感应晶闸管SITH、场控晶闸管MCT，及MOS晶体管MGT等。这就是、使电力电子技术由传统发展时代进入到高频化时代。在这个时代，具有小型化和高性能特点的新逆变技术层出不穷。特别是脉宽调制波形改善技术得到了飞速的发展。
3.21电压型逆变器....................................................................................9
3.22电流型逆变器...................................................................................10
1964年，由A.Schonung和H.Stemmler提出的、把通信系统调制技术应用到逆变技术中的正弦波脉宽调制技术（Sinusoida-PWM，简称SPWM），由于当时开关器件的速度慢而未得到推广。直到1975年才由Bristol大学的S.R.Bowse等把SPWM技术正式应用到逆变技术中，使逆变器的性能大大提高，并得到了广泛的应用和发展，也使正弦波逆变技术达到了一个新高度。此后，各种不同的PWM技术相继出现，例如注入三次谐波的PWM、空间相量调制（SVM）、随机PWM、电流滞环PWM等，成为高速器件逆变器的主导控制方式。至此，正弦波逆变技术的发展已经基本完善。
参考文献..................................................................................................................17
第一章绪论
1.1正弦波逆变器的概念
所谓逆变器，是指整流器的逆向变换装置。其作用是通过半导体功率开关器件（例如GTO,GTR,功率MOSFET和IGBT等）的开通和关断作用，把直流电能换成交流电能，它是一种电能变换装置逆变器。
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。
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。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。
1.1正余弦波逆变器的概念............................................................................2
1.2正余弦波逆变器的发展历史....................................................................2
第四章SPWM逆变器的应用.....................................................................16
4.1SPWM逆变器的概况.................................................................................16
3.32总控制电路.......................................................................................13
3.33控制局部电路....................................................................................15
2.3功率场效应晶体管（Power MOSFET）....................................................6
2.4绝缘栅双极晶体管（IGBT）...................................................................7
2.5小结............................................................................................................8
第三章正弦波逆变器设计总体思路.... .........................................................9
第二章正弦波逆变器中的开关器件及其基本工作原理
2.1可关断晶体管（GTO）
可关断晶闸管GTO（Gate Turn-Off Thyristor）亦称门控晶闸管。其主要特点为，当门极加负向触发信号时晶闸管能自行关断。普通晶闸管（SCR）靠门极正信号触发之后，撤掉信号亦能维持通态。欲使之关断，必须切断电源，使正向电流低于维持电流IH，或施以反向电压强近关断。这就需要增加换向电路不仅使设备的体积重量增大，而且会降低效率，产生波形失真和噪声。可关断晶闸管克服了上述缺陷，它既保留了普通晶闸管耐压高、电流大等优点，以具有自关断能力，使用方便，是理想的高压、大电流开关器件。GTO的容量及使用寿命均超过巨型晶体管（GTR），只是工作频纺比GTR低。目前，GTO已达到3000A、4500V的容量。大功率可关断晶闸管已广泛用于斩波调速、变频调速、逆变电源等领域，显示出强大的生命力。
1.22正余弦波逆变器的器件概述
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。
1.2.1概述.................................................................................................2
1.2.2正余弦波逆变器器件概述.....................................................3
第二章正弦波逆变器中的开关器件及其基本工作原理.........................4
2.1可关断晶体管（GTO）............................................................................4
2.2电力晶体管（GTR）................................................................................5
特别是弦波逆变器，其主要用途是用于交流传动，静止变频和UPS电源。逆变器的负载多半是感性负载。为了提高逆变效率，存储在负载电感中的无功能量应能反馈回电源。因此要求逆变器最好是一个功率可以双向流动的变换器，即它既可以把直流电能传输到交流负载侧，也可以把交流负载中的无功电能反馈回直流电源。
1.2弦波逆变器的发展历史
目录..................................................................................................................1
第一章绪论...........................................................................................................2
GTO是一种PNPN四层结构的半导体器件，它的结构，等效电路图及图形符号示于图2.1-1中。
图中A、G和K分别表示GTO的阳极，门极和阴极。α1为P1N1P2晶体管的共基极电流放大系数，α2为N2P2N1晶体管的共基极电流放大系数，图中的箭头表示各自的多数载流子运动方向。通常α1比α2小，即P1N1P2晶体管不灵敏，而N2P2N1晶体管灵敏。GTO导通时器件总的放大系数α1+α2稍大于己于1，器件处于临界饱和状态，为用门极负信号去关断阳极电流提供了可能性。
3.1总体框架图................................................................................................9
3.2局部电路....................................................................................................9
4.2 SPWM逆变器的应用场合.........................................................................16
总结........................................................................................................பைடு நூலகம்...................17
2.2电力晶体管（GTR）
电力晶体管是一种双极型大功率高反压晶体管，由于其功率非常大，所以，它又被称作为巨型晶体管，简称GTR。GTR是由三层半导体材料两个PN结组成的，三层半导体材料的结构形式可以是PNP，也可以是NPN。大多数双极型功率晶体管是在重掺质的N+硅衬底上，用外延生长法在N+上生长一层N漂移层，然后在漂移层上扩散P基区，接着扩散N+发射区，因之称为三重扩散。基极与发射极在一个平面上做成叉指型以减少电流集中和提高器件电流处理能力。
3.3正弦脉宽调制逆变器...............................................................................11
3.31PWM逆变电路及其工作原理.......................................................11
逆变器的原理早在1931年就在文献中提到过。1948年，美国西屋电气公司用汞弧整流器制成了3000HZ的感应加热用逆变器。
1947年，第一只晶体管诞生，固态电力电子学随之诞生。1956年，第一只晶体管问世，这标志着电力电子学的诞生，并开始进入传统发展时代。在这个时代，逆变器继整流器之后开始发展。首先出现的是SCR电压型逆变器。1961年，B.D.Bedford提出了改进型SCR强迫换向逆变器，为SCR逆变器的发展奠定了基础。1960年以后，人们注意到改善逆变器波形的重要性，并开始进行研究。1962年，A.Kernick提出了“谐波中和消除法”，即后来常用的“多重叠加法”，这标志着正弦波逆变器的诞生。1963年，F.G.Turnbull提出了“消除特定谐波法”，为后来的优化PWM法奠定了基础，以实现特定的优化目标，如谐波最小，效率最优，转矩脉动最小等。
20世纪70年代后期，可关断晶闸管GTO、电力晶体管GTR及其模块相继实用化。80年代以来，电力电子技术与微电子技术相结合，产生了各种高频化的全控器件，并得到了迅速发展，如功率场效应管Power MOSFET、绝缘门极晶体管IGT或IGBT、静电感应晶体管SIT、静电感应晶闸管SITH、场控晶闸管MCT，及MOS晶体管MGT等。这就是、使电力电子技术由传统发展时代进入到高频化时代。在这个时代，具有小型化和高性能特点的新逆变技术层出不穷。特别是脉宽调制波形改善技术得到了飞速的发展。
3.21电压型逆变器....................................................................................9
3.22电流型逆变器...................................................................................10
1964年，由A.Schonung和H.Stemmler提出的、把通信系统调制技术应用到逆变技术中的正弦波脉宽调制技术（Sinusoida-PWM，简称SPWM），由于当时开关器件的速度慢而未得到推广。直到1975年才由Bristol大学的S.R.Bowse等把SPWM技术正式应用到逆变技术中，使逆变器的性能大大提高，并得到了广泛的应用和发展，也使正弦波逆变技术达到了一个新高度。此后，各种不同的PWM技术相继出现，例如注入三次谐波的PWM、空间相量调制（SVM）、随机PWM、电流滞环PWM等，成为高速器件逆变器的主导控制方式。至此，正弦波逆变技术的发展已经基本完善。
参考文献..................................................................................................................17
第一章绪论
1.1正弦波逆变器的概念
所谓逆变器，是指整流器的逆向变换装置。其作用是通过半导体功率开关器件（例如GTO,GTR,功率MOSFET和IGBT等）的开通和关断作用，把直流电能换成交流电能，它是一种电能变换装置逆变器。
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。
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。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。
1.1正余弦波逆变器的概念............................................................................2
1.2正余弦波逆变器的发展历史....................................................................2
第四章SPWM逆变器的应用.....................................................................16
4.1SPWM逆变器的概况.................................................................................16
3.32总控制电路.......................................................................................13
3.33控制局部电路....................................................................................15
2.3功率场效应晶体管（Power MOSFET）....................................................6
2.4绝缘栅双极晶体管（IGBT）...................................................................7
2.5小结............................................................................................................8
第三章正弦波逆变器设计总体思路.... .........................................................9
第二章正弦波逆变器中的开关器件及其基本工作原理
2.1可关断晶体管（GTO）
可关断晶闸管GTO（Gate Turn-Off Thyristor）亦称门控晶闸管。其主要特点为，当门极加负向触发信号时晶闸管能自行关断。普通晶闸管（SCR）靠门极正信号触发之后，撤掉信号亦能维持通态。欲使之关断，必须切断电源，使正向电流低于维持电流IH，或施以反向电压强近关断。这就需要增加换向电路不仅使设备的体积重量增大，而且会降低效率，产生波形失真和噪声。可关断晶闸管克服了上述缺陷，它既保留了普通晶闸管耐压高、电流大等优点，以具有自关断能力，使用方便，是理想的高压、大电流开关器件。GTO的容量及使用寿命均超过巨型晶体管（GTR），只是工作频纺比GTR低。目前，GTO已达到3000A、4500V的容量。大功率可关断晶闸管已广泛用于斩波调速、变频调速、逆变电源等领域，显示出强大的生命力。
1.22正余弦波逆变器的器件概述
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。
1.2.1概述.................................................................................................2
1.2.2正余弦波逆变器器件概述.....................................................3
第二章正弦波逆变器中的开关器件及其基本工作原理.........................4
2.1可关断晶体管（GTO）............................................................................4
2.2电力晶体管（GTR）................................................................................5
特别是弦波逆变器，其主要用途是用于交流传动，静止变频和UPS电源。逆变器的负载多半是感性负载。为了提高逆变效率，存储在负载电感中的无功能量应能反馈回电源。因此要求逆变器最好是一个功率可以双向流动的变换器，即它既可以把直流电能传输到交流负载侧，也可以把交流负载中的无功电能反馈回直流电源。
1.2弦波逆变器的发展历史
目录..................................................................................................................1
第一章绪论...........................................................................................................2
GTO是一种PNPN四层结构的半导体器件，它的结构，等效电路图及图形符号示于图2.1-1中。
图中A、G和K分别表示GTO的阳极，门极和阴极。α1为P1N1P2晶体管的共基极电流放大系数，α2为N2P2N1晶体管的共基极电流放大系数，图中的箭头表示各自的多数载流子运动方向。通常α1比α2小，即P1N1P2晶体管不灵敏，而N2P2N1晶体管灵敏。GTO导通时器件总的放大系数α1+α2稍大于己于1，器件处于临界饱和状态，为用门极负信号去关断阳极电流提供了可能性。
3.1总体框架图................................................................................................9
3.2局部电路....................................................................................................9
4.2 SPWM逆变器的应用场合.........................................................................16
总结........................................................................................................பைடு நூலகம்...................17
2.2电力晶体管（GTR）
电力晶体管是一种双极型大功率高反压晶体管，由于其功率非常大，所以，它又被称作为巨型晶体管，简称GTR。GTR是由三层半导体材料两个PN结组成的，三层半导体材料的结构形式可以是PNP，也可以是NPN。大多数双极型功率晶体管是在重掺质的N+硅衬底上，用外延生长法在N+上生长一层N漂移层，然后在漂移层上扩散P基区，接着扩散N+发射区，因之称为三重扩散。基极与发射极在一个平面上做成叉指型以减少电流集中和提高器件电流处理能力。
3.3正弦脉宽调制逆变器...............................................................................11
3.31PWM逆变电路及其工作原理.......................................................11