【正文】 前， GTO 的最高研究水平為 6000V/6000A 以及 9000V/10000A。 IGCT 可以較低的成本，緊湊、可靠、高效率地用于 ～ 10MVA 變流器，而不需要串聯(lián)或并聯(lián)。 功率變換技術是現代逆變系統(tǒng)中最重要的技術，決定著逆變器的性能。第三階段，是以采用軟開關、無損緩沖電路、功率因數校正、消除諧波和考慮電磁兼容為特征。這就為數字信號處理算法的實現打下了堅實的基礎。他可分為三相電壓型逆變電路和電流型逆變電路，其中電壓型的直流側通常是并一個電容器，而電流型通常是在直流側串一個電感。和單相半橋，全橋逆變電路相同，三相電壓型橋式逆變電路的基本工作方式也是 180? 導電方式，即每個橋臂的導電角度為 180? ，同一相上下橋臂交替導通。 在采樣控制理論中有一個重要的結論，沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同。按照計算結果控制逆變電路中各開關器件的通斷，就可以得到所需要的 PWM 波形， 把上述脈沖序列利用相同數量的等幅而不等寬的矩形脈沖代替，使矩形脈沖的中點和相應正弦波部分的中點重合，且使矩形脈沖和相應的正弦波部分面積（沖量）相等，這就是 PWM 波形。 其用 PWM 波代替正弦波的說明圖如圖 21 所示。 單極性 PWM 控制方式 調制信號 ur 為正弦波，載波 uc在 ur 的正半周為正極性的三角波，在 ur的負半周為負極性的三角波。 u r u c u O w t O w t u o u of u o U d U d 武漢理工大學《電力電子 裝置及系統(tǒng) 》課程設計說明書 7 雙極性 PWM 控制方式在調制信號 ur和載波信號 uc的交點時刻控制各開關器件的通斷。 圖 23 雙極性 PWM控制方式 采用雙極性方式時，在 Ut 的半個周期內，三角波載波不再是單極性的，而是有正有負，所得到的 PWM 波也是有正有負。 PWM 控制就是對脈沖的寬度進行調制的技術，即通過一系列脈沖的寬度進行調制，來等效地獲得所需要的波形。由信息電子電路組成的控制電路 按照系統(tǒng)的工作要求形成控制信號，通過驅動電路去控制主電路中電力電子器件的導通或者關斷，來完成整個系統(tǒng)的功能。 設計思路 本次系統(tǒng)設計的是一個輸入 220V 直流電壓，輸出 220V 三相交流電，容量為 3KVA的三相逆變器， 因此，先將輸入直流電進行逆變，采用三相橋式 PWM型逆變電路，得到PWM 波，再通過濾波得到交流電壓，最后通過三相變壓器升壓得到 220V 交流電壓。 電壓 型逆變電路輸出 電壓波形為矩形波 ，輸出 電流波形近似正弦調制波、載波 SPWM 波 觸發(fā)脈沖 AC220Vpk IGBT 三相橋式逆變電路 三相變壓器 SPWM 信號發(fā)生器 DC220V AC220Vrms LC 濾波電路 驅動電路 武漢理工大學《電力電子 裝置及系統(tǒng) 》課程設計說明書 9 波 。和單相半橋，全橋逆變電路相同，三相電壓型橋式逆變電路的基本工作方式也是 180? 導電方式，即每個橋臂的導電角度為 180? ，同一相上下橋臂交替導通。 直流側電流基本無脈動，直流回路呈現高阻抗 ； 交流側輸出電流為矩形波 ； 當交流側為阻感負載時需要提供無功功率，直流側電感起緩沖無功能量的作用 ， 反饋無功能量時直流電流并不反向等特點。 其優(yōu)點是所得SPWM 波形最接近正弦波 ， 但由于三角波與正弦波交點有任意性 ， 脈沖中心在一個周期內不等距 ， 從而脈寬表達式是一個超越方程 ， 計算繁瑣 ， 難以實時控制 。 其中非對稱規(guī)則采樣法因階數多而更接近正弦 ， 故選擇 規(guī)則采樣法 。 圖中 Vl— V6 是逆變器的六個功率開關器件，各由一個續(xù)流二極管反并聯(lián)，整個逆變器由恒值直流電壓 U 供電。 該電路采用雙極性控制方式， U、 V和 W三相的 PWM 控制通常公用一個三角載波 cu ，三相的調制信號 rUu 、 rVu 和 rWu 依 次相差 120 度。當 cRUUU? 時，給 V1 導通信號，給 V4 關斷信號， 39。UNUU? 得出，當 1和 6 通時， UV dUU?? ，當 3和 4通時， UV dUU?? ，當 1和 3或 4和 6通時， UVU =0。 圖 31 三相電壓型橋式 PWM 型逆變電路 V1V4V3V6V5V2VD1 VD3 VD5VD2VD6VD4R調制控制電路三相負載ucuuurUrVrWN39。 脈寬控制電路的設計 本次設計采用 ICL8038產生正弦波給 SG3524集成 PWM控制器產生控制信號。 振蕩器腳 7須外接電容 CT，腳 6 須外接電阻 RT。 R2R1RES1234567 891011121314ICL8038ICL8038R+15V15VC正弦波三角波方波 圖 34 ICL8038用于正弦波信號發(fā)生 正弦波的頻率由 1R 、 2R 和 C 來決定 ，其中： 12= +RR（ ） C ， 為了調試方便，將 1R 、 2R 都用可調電阻， 2R 和 R 是用來調整正弦波失真度用的。 驅動電路的設計 IR2110 芯片 由于產生的 SPWM 信號不能直接驅動 IGBT，故逆變橋的驅動采用專用芯片 IR2110。由 IR2110 構成的驅動電路如圖 36 所示。針對這一點，本次課設在驅動電路中的功率管柵極限流電阻上反向并聯(lián)了二極管。 LC濾波電路如圖 38所示。 UVWNUOUTVOUTWOUTNOUT1mHL21mHL31mHL4C10C9C8 圖 38 LC 濾波電路 變壓器升壓模塊 變壓器升壓電路如圖 39所示。則電路各元件選取如下： 開關管和二極管的選擇 (1)開關管的選擇 最大輸出情況下，電流有效值為 AV PI o sm a x ????? ? 開關管額定電流 CEI AII CE m a x ????? 開關管額定電壓 CERV 2 2 2 2 0 4 4 0C E R MV V V? ? ? ? ? (2)二極管的選擇 二極管 額定電壓 RRV 220RRMVV? 最大允許的均方根正向電流 FRFRfrm s III ?? ? 二極管的額定電流為 AII FR m a x ??? L、 C 濾波器的設計 最低 次諧波為 12 ?p 次。框圖中包括 IGBT 三相逆變半橋模塊， LC濾波器模塊， SPWM 產生模塊，其中三相電壓幅值控制采用的閉環(huán)控制。 武漢理工大學《電力電子 裝置及系統(tǒng) 》課程設計說明書 20 圖 52 SPWM波形圖 系統(tǒng)仿真 后，其濾波前的 AB 線電壓的仿真結果圖如圖 53所示。 在課程設計過程中，先按照課本上的知識畫出設計的系統(tǒng)框圖，選擇合適的方案，然后根據框圖對 電路各個模塊進行設計，最后確定各器件的參數。也找到我在某些方面的不足，另外在本次設計前，我通過MATLAB 通系統(tǒng)原理進行了仿真，所以加強了我基于 MATLAB 的電力電子 方面的仿真設計能力?？墒?，畢竟課上時間有限，不能深入的完成實驗。通過翻閱課本以及查閱資料，我都一一的解決了問題，受益良多。 武漢理工大學《電力電子 裝置及系統(tǒng) 》課程設計說明書 24 參考文獻 [1] 王兆安，劉進軍 .電 力電子技術 （第 5版 ）， 機械工業(yè) 出版 社 ， 2020 [2] 劉力 .PWM 技術在電源中的應用 ,武漢大學出版社， 2020 [3] 楊蔭福 .電力電子裝置及系統(tǒng) ,清華大學出版社， 2020 [4] 徐向民 .Altium Designer 快速入門 (第 2 版 ),北京航空航天大學出版社 ,2020 [5] 石玉 ,栗書賢 .電力電子技術題例與電路 設計指導 ,機械工業(yè)出版社 ,2020