三相逆变电源研究11.ppt

1、三相逆变电源研究,小组成员：林燕贞 丁仲侣 郁舒雁 指导老师：李强（自动化院）,课题背景,逆变器就是一种将低压（12伏或24伏或48伏）直流电转变为220伏交流电的电子设备。 因为我们通常是将220伏交流电整流变成直流电来使用，而逆变器的作用与此相反，因此而得名。,现代逆变技术,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。 1）按逆变器输出交流的频率分为：工频、中频、和高频逆变； 2）按交流侧与电网相接或与负载分为：无源逆变和有源逆变； 3）按逆变器输出电压的波形分为：正弦波逆变和非正弦波逆变； 4）按逆变器输出的交流

2、的相数分为：单相逆变、三相逆变和多相逆变； 5）按逆变器输入直流电源的性质分为：电压源逆变和电流源逆变； 6）按逆变器的控制方式分为：脉宽调制（PWM）逆变、脉频调制（PFM）逆变和数字逆变。,逆变器用功率开关器件,主要功率开关器件 晶闸管 电力场效应管 电力（GTR）晶体管 绝缘栅双极晶体管,器件的选择,通过对各种功率器件的分析，对于本次逆变电源设计将选用IGBT场效应晶体管作为逆变器用功率开关器件,IGBT的结构和特点,IGBT的基本特性,静态特性 动态特性,静态特性,输出伏-安特性 转移特性,输出伏-安特性,转移特性,高温特性,IGBT具有优良的高温通态特性，在环境温度（散热片温度）达到

3、200左右时，仍能正常工作。,动态特性,导通特性 关断特性,导通特性,一般情况下，IGBT的栅极加有一个负偏压以保证IGBT可靠地处于关断状态。当栅极电压由这个负偏压开始往正方向变化时，由于栅极电容有个充电过程，在经过一段时间后，达到栅极开启电压，IGBT的集电极电流才有漏电流开始增加。这段时间称为导通延迟时间。,关断特性,在IGBT处于导通状态时，栅极电容上充有正电压，当向负方向变化时，由于栅极电容有个放电过程，在经过一段时间后，减小到栅极开启电压，集电极电流开始下降。这段时间称为存储时间。,IGBT的擎住效应和安全工作区,因为集电极电流过大（静态擎住电流），可能是因为duce/dt过大（动

4、态擎住效应），温度升高会加重发生擎主效应的危险。由于动态擎住电流比静态擎住电流所允许的集电极电流还要小，因此器件给出的通常按动态擎住效应来规定,IGBT驱动电路的要求,电压足够陡的上升沿和下降沿，使IGBT开关时间短，开关损耗小。 由驱动电路提供的驱动电压和驱动电流要有足够的幅值，一般选取15V. 在关断过程中，施加一定幅值的负驱动电压（一般取-5-15V）有利于减小关断时间和关断损耗。 IGBT内部存在寄生晶闸管，当集电极电流IC过大或IGBT关断过程中 太高时，都可能使寄生晶闸管误导通，形成静态和动态擎住效应，使IGBT失控。故应注意限制IGBT集电极电流的最大值。,逆变电路的选择,电压型

5、逆变电路 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。 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。为了给交流侧向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。,单相电压型逆变电路,半桥逆变电路 全桥逆变电路,半桥逆变电路,优点 其电路中所使用的功率开关晶体管的耐压较低，绝不会超过输入电压的峰值； 晶体管的饱和电压也降至最低； 输入滤波电容的耐压也可以减小。,全桥逆变电路,4个桥臂。高频变压器T连接在它们中间。相对臂的驱动电路激励而交

6、替导通，将直流输入电压变换成高频方波交流电压。,三相电压型逆变电路,本课题设计采用IGBT作为开关器件的电压型三相桥式逆变电路 基本工作方式是180度导电方式,即每个桥臂的导电度数为180度,同一相上下两个臂交替导电,个相导电的角度依次相差120度,这样,在任一瞬间,将三个桥臂同时导通。,逆变电路的选择,本系统选择三相电压型逆变电路作主电路 采取“先断后通”的方法。即先给应关断的器件关断信号，待其关断后留一定的时间裕量，然后再给应导通的器件发出开通信号，即在两者之间留一个短暂的死区时间,主电路设计,斩波器的设计 整流与逆变电路,斩波器的设计,该电路使用一个全控型器件V，本设计采用的是IGBT。

7、为在V关断时给负载中的电感电流提供通道，设置了续流二极管VD。,整流与逆变电路,整流电路 逆变电路,整流电路,由六个二极管组成三相整流桥，将电源的三相交流电全波整流成直流电。,逆变电路,器件换流和强迫换流是由于器件本身或变流器自身的原因而实现换流，属于自换流； 电网换流和负载换流不是依靠变流器内部的原因而实现换流，属于外换流。,电压型逆变电路,控制电路的设计,正弦脉宽调制波（SPWM）的产生原理 SPWM波形的产生方法 正弦脉宽调制的调制算法,正弦脉宽调制波的产生原理,面积等效原理,脉宽调制的控制方式,参加调制的载波和参考信号的极性不变，称为单极性调制; 三角载波信号和正弦波信号具有正负极性，

8、则称为双极性调制。,SPWM波形的产生方法,自然采样法 按照SPWM控制的基本原理，在正弦波与三角波的交点进行脉冲宽度和间隙的采样，去生成SPWM波形，成为自然采样法。 规则采样法 为使采样法的效果既接近自然采样法，没有过多的复杂运算，又提出了规则采样法。,正弦脉宽调制的调制算法,在SPWM逆变器中，载波频率fc与调制信号频率fr之比N=fc/fr，称为载波比。根据载波和信号波是否同步及载波比的变化情况，SPWM逆变器调制方式分为异步调制和同步调制。,异步调制,当调制信号频率fr变化时，载波比N是变化的 。 特注：在采用异步调制方式时，希望尽量提高载波频率，以使在调制信号频率较高时仍能保持较大的载波比，从而改