IGBT单相桥式无源逆变电路设计(纯电阻负载)

湖北民族学院科技学院

信息工程系

课程设计报告书题目: IGBT单相全桥无源逆变电路设计

课程：电力电子技术课程设计

专业：电气工程及其自动化

班级：K0312417

学号：K*********

学生姓名：***

指导教师：***

2015年 01月06日

信息工程系课程设计任务书

1、李先允主编电力电子技术北京中国电力出版社2006

2、佟纯厚主编电力电子学南京东南大学出版社2000

3、王兆安黄俊主编电力电子技术第4版北京机械工业出版社2004

4、黄俊王兆安主编电力电子交流技术第3版北京机械工业出版社

1994

5、石玉王文郁主编电力电子技术题解与电路设计指导北京机械工业出版社

2000

6、百度文库。

2015年 01月 06日

信息工程学院系设计成绩评定表

摘要

本次课程设计的主要目的是设计一个带纯电阻负载的单相全桥逆变电路，然后得到负载两端的电压电流波形。

本次所设计的单相全桥逆变电路采用IGBT作为开关器件，将直流电压Ud逆变为频率为1KHZ的方波电压，并将它加到负载电路。负载电路是由纯电阻构成的电路，通过电阻的电流波形也为方波。而IGBT的导通，则由脉冲电路产生的触发脉冲来触发其导通。

在进行主电路的设计时，根据主电路的输入、输出参数来确定各个电力电子器件的参数，并进行器件的选择，以使设计的主电路能够达到要求的技术指标。

关键词：IGBT单相全桥无源逆变电路设计MATLAB仿真

目录

1.单相全桥逆变电路的设计 (1)

2.MATLAB仿真 (4)

3.总结 (6)

4.参考文献 (7)

1单相全桥逆变电路的设计

1.1主电路及工作原理

单相桥式逆变电路由4个全控型开关器件（本实验采用IGBT）、电阻构成，直流侧采用一个电容器即可，其电路图如下图所示：

全控型开关器件T1和T4构成一对桥臂，T2和T3构成一对桥臂, T1和T4同时通、断，T2和T3同时通、断。当T1、T4闭合，T2、T3断开时，负载电压为正，当T1、T4 断开，T2、T3闭合时，负载电压为负，其波形如图a所示，因为是纯电阻负载，所以，电压电流波形相同，如图b所示。

实验时T1与T2，T3与T4的驱动信号需要互补，即当T1和T4有驱动信号时，T2，和T3无驱动信号，T2和T3有驱动信号时，T1和T4无驱动信号，两对桥臂各交替导通180°。

这样，就把直流电变成了交流电，改变两组开关的切换频率，就可以改变输出交流电的频率。

1.2负载端输出电压电流波形图

当负载为纯电阻时：

（1）.负载端电压波形分析：

当/2Tt00期间，T1、T4导通，T2、T3关断，这时U0=Ud

当00Tt/2T期间,T2、T3导通，T1、T4关断，这时U0=-Ud

则逆变电路输出的电压U0为180°宽（T0/2）的方波，方波幅值为Ud，如图（a）所示。

将0U用傅里叶级数展开得:

输出方波电压瞬时值：

式中：w=2πf0为输出电压基波角频率；f0=1/T0为输出电压基波频率。

输出方波电压有效值

基波分量的有效值

（2）负载端电流分析

该电路为纯电阻负载，所以负载电流的波形与电压波形一样也是方波。如图（b）所示

电阻阻值的确定：

电阻R的取值可以根据公式

与单相半桥逆变电路相比，在相同负载的情况下，其输出电压和输出电流的幅值为单相半桥逆变电路的两倍。

1.4、换流方式

利用全控型器件自身所具有的自关断能力进行换流称为器件换流。本实验采用的是IGBT，所以采用的换流方式即为器件换流。

1.5、逆变电路的主要特点

1直流侧为电压源，或接有大电容，相当于电压源。电流测电压基本无脉动，直流回路呈现低阻抗。

2由于直流电压源的钳位作用，交流侧电压波形为矩行波，并且与阻抗角无关。而交流侧电压波形和相位因负载阻抗角而异。

3当交流侧为阻感性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。为了给交流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂都并联反馈二极管。

2 MATLAB仿真

运用Matlab仿真软件设计出电路图

为了能够满足条件，对IGBT提供的脉冲，周期为0.001s，而且2个脉冲之间需要延迟，不能同时提供脉冲。

脉冲设置

第一个脉冲

第二个脉冲

负载两端电压电流波形如下图：

3 总结

本次课程设计的内容是IGBT单相全桥逆变电路，了解了逆变电路的工作原理，对单相全桥逆变电路在纯负载时做了详细的分析。

该单相全桥逆变电路最大的特点是：在原有的单相全桥逆变电路的基础上，通过改变驱动IGBT的脉冲，将直流电压Ud 逆变成频率为1KHZ的方波电压，并将它加到负载电路两端。而负载电路则由纯电阻电路构成。

另外，为了使IGBT开关管能够两两工作，驱动其工作的两个脉冲之间必须要有延迟。

通过本次课程设计，加深了我对课程《电力电子技术》理论知识的理解，特别是有关逆变电路方面的知识。同时也培养了以下几点能力：

第一：提高了自己完成课程设计报告水平，提高了自己的书面表达能力。具备了文献检索的能力，特别是如何利用Intel网检索需要的文献资料。

第二：提高了运用所学的各门知识解决问题的能力，在本次课程设计中，涉及到很多学科，包括：电力电子技术、电路原理等，学会了如何整合自己所学的知识去解决实际问题。

第三：深刻理解了单相全桥逆变电路的原理及应用。