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igbt单向电路

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。 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: 它的开通和关断是由栅极和发射极间的电压所决定的。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号时,MOSFET内的沟道消失,晶体管的积极电流被切断,使得IGBT关断。 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 IGBT单相电压型全桥无源逆变电路原理分析 单相逆变电路主要采用桥式接法。它的电路结构主要由四个桥臂组成,其中每个桥臂都有一个全控器件IGBT和一个反向并接的续流二极管,在直流侧并联有大电容而负载接在桥臂之间。其中桥臂1,4为一对,桥臂2,3为一对。可以看成由两个半桥电路组合而成。其基本电路连接图如下所示: 由于采用绝缘栅晶体管(IGBT)… …这样一直循环下去。 3 主电路设计及参数选择 3.1 主电路仿真图 在本次设计中,主要采用单相全桥式无源逆变电路 电阻负载 作为设计的主电路。由于软件上的电源等器件都是理想器件,故可将直流侧并联的大电容直接去掉。由以上工作原理概论的分析可得其主电路仿真图如下所示: 3.2.1 参数设置 电阻负载,直流侧输入电压 100V, 脉宽为θ 90°的方波,输出功率为300W,电容和电感都设置为理想零状态。频率为1000Hz 3.2.2计算 由频率为1000Hz即可得出周期为T 0.001s,由于V3的基波信号比V1的落后了90度(即相当1/4个周期)。 通过换算得: t3 0.001/4 0.00025s,而t1 0s。 同理得: t2 0.001/2 0.0005S, 而t4 0.00075S。 由理论情况有效值: Uo Ud/2 50V。 又因为P 300W 所以有电阻: R Uo*Uo/P 8.333Ω 则输出电流有效值: Io P/Uo 6A 则可得电流幅值为 Imax 12A,Imin -12A 电压幅值为 Umax 100V,Umin -100V 晶闸管额定值计算,电流有效值: Ivt Imax/4 3A。 额定电流In额定值: In (1.5-2)*3 (4.5-6)A。 最大反向电压 Uvt 100V 则额定电压 Un (2—3)*100V (200-300) VT1的触发电平参数设置 VT2的触发电平参数设置 VT3的触发电平参数设置 VT4的触发电平参数设置 仿真电路结果的分析 4.1 仿真电路图 4.1.1 触发电平的波形图 从上到下依次为VT1,VT2,VT3,VT4的触发电压,幅值为5V. 4.1.2 负载输出波形图 从上到下依次为输出电流(最大值为12A),输出电压波形(最大值为100V)VT1电流波形(最大值12A,最小值0A)VT1电压波形(最大值100V,最小值0V)VT2电流波形(最大值12A,最小值0A)VT2电压波形(最大值100V,最小值0V)VT3电流波形(最大值12A,最小值0A)VT3电压波形(最大值100V,最小值0V)VT4电流波形(最大值12A,最小值0A)V

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