【正文】 15kVA逆變電源設(shè)計(jì)直流斬波電路和三相全橋逆變電路的工作原理目 錄摘要 IABSTRACT II第1章 緒論 1 課題背景 1 現(xiàn)代逆變技術(shù) 1 本課題的主要內(nèi)容和意義 2第2章 逆變功率器件的選擇 4 逆變器用功率開關(guān)器件介紹 4 功率器件的選擇 5 IGBT的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理 5 IGBT的基本特性 6 IGBT的主要參數(shù) 9 IGBT的擎住效應(yīng)和安全工作區(qū) 10 IGBT驅(qū)動(dòng)電路的基本要求 11 IGBT的保護(hù)方式 11 逆變電路的選擇 12 逆變電路的介紹 12 單相電壓型逆變電路 13 三相電壓型逆變電路 15 逆變電路的選擇 16第3章 系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì) 18 系統(tǒng)的主電路設(shè)計(jì)及其工作原理 18 主電路的主要設(shè)計(jì)參數(shù) 18 系統(tǒng)組成 18 系統(tǒng)的主電路圖 19 系統(tǒng)的工作原理 20 主電路的參數(shù)設(shè)計(jì) 20 斬波器的設(shè)計(jì) 20 整流與逆變電路的設(shè)計(jì) 21第4章 控制電路設(shè)計(jì) 24 控制電路的設(shè)計(jì) 24（SPWM）的產(chǎn)生原理 24 SA8282特性特點(diǎn) 25 29 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) 30 EXB840功能介紹 30 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) 31第5章 保護(hù)電路設(shè)計(jì) 32 過流保護(hù)回路設(shè)計(jì) 32 產(chǎn)生原因及危害 32 過流保護(hù)電路 32 工作原理 33 泵升電壓保護(hù)回路設(shè)計(jì) 33 過（欠）壓保護(hù)回路的設(shè)計(jì) 33 過壓保護(hù)電路 33 緩沖吸收回路設(shè)計(jì) 34結(jié)束語 37參考文獻(xiàn) 38致謝 39附錄 系統(tǒng)電氣原理圖 4015kVA逆變電源設(shè)計(jì)摘要：本次設(shè)計(jì)的容量15kVA，頻率為50Hz的逆變電源，在分析以IGBT為主要器件的逆變器基礎(chǔ)上，給出了直流斬波電路和三相全橋逆變電路的工作原理。該逆變電源通過斬波電路將輸入的750V直流電壓轉(zhuǎn)換為440V直流電壓后經(jīng)過逆變電路逆變成交流電壓，最后經(jīng)過變壓器得到380/220V交流電壓。逆變器中的IGBT驅(qū)動(dòng)電路由SPWM進(jìn)行控制，通過對主要的驅(qū)動(dòng)電路以及控制電路的設(shè)計(jì)，使得該逆變電源得以實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)中說明了對各元件的參數(shù)計(jì)算和選擇，并且還提出了IGBT的保護(hù)電路方案。關(guān)鍵詞：IGBT；逆變器；斬波電路；SPWM；短路保護(hù) Designing of 15kVA Inverter PowerABSTRACT: This paper has designed a inverter power supply of volume 15kVA, working frequency 50HZ, based on that has analyzed the characteristic of IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). It was provided the working theory of DC Chopper and bridge type invert circuit. The inverter power supply first turn the 750 DC volt into 440 DC volt by Buck Converter, then The inverter control can invert 440 DC volt into 380/220 AC volt. The drive circuit of IGBT in the inverter was controlled by SPWM. The design of drive circuit and control circuit can make the inverter power supply working, There are introductions of design and chosen about every ponent, also shot circuit protection of IGBT was advanced.Keywords: IGBT。 Inverter Power。 Buck Converter。 SPWM。 Short Protection第1章 緒論 課題背景電源設(shè)備廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究、經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國防設(shè)施及人民生活等各個(gè)方面，是電子設(shè)備和機(jī)電設(shè)備的基礎(chǔ)，她與國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門相關(guān)，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用得最為廣泛。可以說，凡是涉及電子和電工技術(shù)的一切領(lǐng)域都要用到電源設(shè)備，她不僅提供優(yōu)質(zhì)電能，還對科學(xué)技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生巨大的影響，例如由于超小型、高效率的高頻開關(guān)電源的出現(xiàn)，促進(jìn)了航空航天和艦船技術(shù)的發(fā)展。不間斷電源(UPS)的研制成功大大提高了計(jì)算機(jī)、通信、導(dǎo)航、醫(yī)療等設(shè)備的可靠性。脈沖電源廣泛應(yīng)用于電焊、電鍍等行業(yè)，節(jié)省了大量的電能和原材料。從而可以看出電源技術(shù)的研究對國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重大意義。電源分為三大類：1）把其他能量轉(zhuǎn)換成電能，例如水力、火力、風(fēng)力及核能發(fā)電等，一般稱這種電源為一次電源(即供電電源，俗稱電網(wǎng)或市電)。2）在電能傳輸過程中，在供電電源和負(fù)載之間對電能進(jìn)行變換或穩(wěn)定處理，一般稱這種電源為二次電源(即對已有的電源進(jìn)行控制)。3）平時(shí)把能量以某種形式儲存起來，使用時(shí)再變成電能供給負(fù)載，典型的器件就是人們常見的各種蓄電池，一般稱此為化學(xué)電源。其中，二次電源起著很重要的作用。二次電源，就是把輸入電源(由電網(wǎng)、蓄電池或燃油發(fā)電機(jī)供電等)變換成在電壓、電流、頻率、波形及在穩(wěn)定性、可靠性(含電磁兼容、絕緣散熱、不間斷供電、智能藍(lán)控)等方面符合要求的電能供給負(fù)載，這是目前應(yīng)用最廣泛的電源技術(shù)領(lǐng)域，主要研究如何利用電子技術(shù)對電功率進(jìn)行變換及控制，它廣泛運(yùn)用電磁技術(shù)、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和材料技術(shù)等學(xué)科理論，具有較強(qiáng)的綜合性。本課題所做的電源即屬于此類。 現(xiàn)代逆變技術(shù)逆變技術(shù)，逆變技術(shù)就是電力電子技術(shù)上的使直流變成交流(DC/AC)的一門技術(shù)， 是電力電子學(xué)四種變換技術(shù)中最主要的一種。它的基本功能是是使交流電能(AC)與直流電能(DC)(SCR、GTO、GTR、IGBT和功率MOSFET模塊等)開通和關(guān)斷作用,實(shí)現(xiàn)逆變的電能轉(zhuǎn)換裝置?，F(xiàn)代逆變技術(shù)主要包括半導(dǎo)體功率集成器件的應(yīng)用、功率變換電路和逆變控制技術(shù)三部分內(nèi)容。逆變技術(shù)的分類方式很多，主要分類方式敘述如下。1）按逆變器輸出交流的頻率分為：工頻（50—60Hz）、中頻（400H—幾十kHz）逆變和高頻（幾十kHz—幾MHz）逆變；2）按逆變器輸出交流能量的去向分為：無源逆變和有源逆變；3）按逆變器功率的流動(dòng)方向分為：單向逆變和雙向逆變；4）按逆變器輸出電壓的波形分為：正弦波逆變和非正弦波逆變；5）按逆變器輸出電壓的電平分為：二電平逆變和多電平逆變；6）按逆變器輸出的交流的相數(shù)分為：單相逆變、三相逆變和多相逆變；7）按逆變器輸入與輸出的電氣隔離分為：非隔離型逆變、低頻鏈逆變和高頻鏈逆變；8）按逆變器輸入直流電源的性質(zhì)分為：電壓源逆變和電流源逆變；9）按逆變器的電路結(jié)構(gòu)分為：單端式逆變、推挽式逆變和全橋式逆變；10）按逆變器的功率開關(guān)管分為：大功率晶體管（GTR）逆變；晶閘管（SCR）逆變、可關(guān)斷晶閘管（GTO）逆變、功率場效應(yīng)管（MOSFET）逆變和絕緣柵雙極晶體管（IGBT）逆變；11）按逆變器的功率開關(guān)管工作方式分為：硬開關(guān)逆變、諧振式逆變和軟開關(guān)逆變；12）按逆變器的控制方式分為：脈寬調(diào)制（PWM）逆變、脈頻調(diào)制（PFM）逆變和數(shù)字逆變。 本課題的主要內(nèi)容和意義理解逆變電源的工作原理,確定系統(tǒng)主電路,確定系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電路,設(shè)計(jì)系統(tǒng)的控制電路,要求設(shè)計(jì)出輸出電壓為三相380/220V，輸出頻率50Hz，容量15kVA，并設(shè)計(jì)出完善的保護(hù)功能裝置。本課題的目的就是研制多功能、智能化、高性能逆變電源，要求該逆變電源具有各種保護(hù)和運(yùn)行控制功能，具有完善的運(yùn)行參數(shù)顯示和實(shí)時(shí)監(jiān)控，具有遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通訊能力，具體如下：1）通用性：不僅可以作為獨(dú)立電源使用，還可以實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)電壓的相位同頻，實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)電壓的相互切換，作為后備式正弦波UPS使用，可以廣泛應(yīng)用于電力、郵電鐵路等領(lǐng)域。2）智能化：系統(tǒng)有實(shí)時(shí)的監(jiān)控系統(tǒng)，可以隨時(shí)對對象進(jìn)行監(jiān)控，對工作參數(shù)進(jìn)行修改調(diào)節(jié)。3）高性能：立足于產(chǎn)品化設(shè)計(jì)，采用先進(jìn)合理的控制策略，實(shí)現(xiàn)逆變電源的高效率、高可靠性、高品質(zhì)。第2章 逆變功率器件的選擇 逆變器用功率開關(guān)器件介紹下面介紹當(dāng)前主要功率開關(guān)器件的特性及其應(yīng)用情況。1）晶閘管：這是最早應(yīng)用的一種功率開關(guān)器件，其特點(diǎn)是功率最大，應(yīng)用最廣。普通型SCR的電壓高達(dá)6000V，電流達(dá)數(shù)千安培，開通僅需要在控制級上加一個(gè)小觸發(fā)脈沖即可，但關(guān)斷時(shí)必須用電感、電容和輔助開關(guān)器件組成的強(qiáng)迫換向電路。其工作頻率不大于400Hz。由于其工作頻率低，關(guān)斷電路復(fù)雜，效率低，功耗大，因此在PWM調(diào)制中產(chǎn)生的正弦波不夠完善，并且噪聲大。目前，逆變器中已經(jīng)基本不再用SCR作為功率開關(guān)器件，SCR主要用做UPS的靜態(tài)開關(guān)。2）功率場效應(yīng)管（MOSFET）：功率MOSFET是一種全控型三端開關(guān)器件。其特點(diǎn)是開關(guān)速度快，安全工作區(qū)寬，熱穩(wěn)定性好，線性控制能力強(qiáng)，采用電壓控制，易于實(shí)現(xiàn)數(shù)控，因此常常作為開關(guān)器件實(shí)現(xiàn)電量的逆轉(zhuǎn)換。MOSFET的缺點(diǎn)是輸入阻抗高，抗靜電干擾能力差，承載能力和工作電壓比較低，多用于電壓為500V以下的低功率高頻開關(guān)逆變器。由于受功率的限制，因此它只適用于小功率逆變器。3）BJT（功率GTR）晶體管：BJT直到1985年實(shí)現(xiàn)達(dá)林頓模塊后才達(dá)到300A、1000V和增益100的水平。若采用多重達(dá)林頓晶體管提高增益，則開關(guān)時(shí)間增長，自身電壓降會(huì)增大。由于其開通狀態(tài)必須飽和，因此電流增益很低，往往要求驅(qū)動(dòng)電路輸出很大的電流，使功率消耗增大，在20世紀(jì)80年代中期，它曾用于中小功率逆變器中，現(xiàn)在已經(jīng)基本不使用了。4）絕緣柵雙極晶體管（IGBT）：IGBT是一種新發(fā)展起來的復(fù)合型功率開關(guān)器件，它既有單極型電壓驅(qū)動(dòng)的MOSFET的優(yōu)點(diǎn)，又結(jié)合了雙極型開關(guān)器件BJT耐高壓，電流大的優(yōu)點(diǎn)。其開關(guān)速度顯然比功率MOSFET低，但遠(yuǎn)高于BJT，又因?yàn)樗请妷嚎刂破骷?，故控制電路簡單、穩(wěn)定性好。IGBT的最高電壓為1200V，最大電流為1000A，工作頻率高達(dá)1000kHz。它具有電壓控制和開關(guān)時(shí)間（約為300ns）極短的優(yōu)點(diǎn)。其正向壓降約為3V。在現(xiàn)代的UPS中IGBT普遍被用作逆變器或整流器開關(guān)器件。它是全控型開關(guān)器件，通過數(shù)控技術(shù)控制IGBT的通斷，能有效地將輸入電壓與輸入電流保持同步，使功率因數(shù)等于1，從而減小了UPS整流器對市電電源的干擾。 功率器件的選擇通過對各種功率器件的分析，對于本次15kVA逆變電源