【正文】 也不宜太快，電壓上升速率太高，需要較重的吸收電路才能使 IGBT正常工作，但同時也增大了開關(guān)應(yīng)力，使器件壽命縮短。 本系統(tǒng)的主電路 吸收電路 如圖 3— 7所示。 在有緩沖電路的情況下， IGBT 開通時緩沖電容 C 先通過 R 向 IGBT 放電，使電流 Ci 先上一個臺階，以后因為有 dtdi/ 抑制電路的 R， Ci 的上升速度減慢。緩沖電路可以分為關(guān)斷緩沖電路和開通緩沖電路。當 MOSFET 的溝道形成后，從 P+ 基極注入到 N－ 層的空穴（少子），對 N－ 層進行電導(dǎo)調(diào)制，減小 N－ 層的電阻，使 IGBT 在高電壓時，也具有低的通態(tài)電壓。 C 。 IGBT 的驅(qū)動方法和 MOSFET 基本相同，只需控制E C G ID + RN VJ1 + + 。 圖 36 N 溝道增強型絕緣柵雙極晶體管結(jié)構(gòu) IGBT 的開關(guān)作用是通過加正向柵極電壓形成溝道，給 PNP 晶體管提供基極電流，使 IGBT 導(dǎo)通。而在漏區(qū)另一側(cè)的 P+ 區(qū)稱為漏注入?yún)^(qū)，它是 IGBT 特有的功能區(qū)，與漏區(qū)和亞溝道區(qū)一起形成 PNP 雙極晶體管，起發(fā)射極的作用，向漏極注入空穴，進行導(dǎo)電調(diào)制，以降低器件的通態(tài)電壓。溝道在緊靠柵區(qū)邊界形成。 N+ 區(qū)稱為漏區(qū)。非常適合應(yīng)用于直流電壓為 600V 及以上的變流系統(tǒng)如交流電機、變頻器、開關(guān)電源、照明電 路、牽引傳動等領(lǐng)域 。 GTR 飽和壓降低，載流密度大，但驅(qū)動電流較大 ； MOSFET 驅(qū)動功率很小，開關(guān)速度快，但導(dǎo)通壓降大，載流密度小。uU NuU VUd UdO? tOOOOO? t? t? t? t? t2Ud?2Ud2Ud?2Ud2Ud3Ud32 Ud 15 將會使 IGBT 常失效，甚至無法工作 [7]。uV N 39。吸收電路的參數(shù) 設(shè)計合理，可以大大延長腳的使用壽命，提高設(shè)備的可靠性。 14 圖 35 三相橋式逆變主電路的預(yù)期工作波形 在逆變主電路中，功率半導(dǎo)體器件是電能轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵器件， IGBT是功率器件中目前發(fā)展最快且很有發(fā)展前途的一種混合器件，由于其具有開關(guān)速度快、驅(qū)動功率小、電流容量大、電壓等級高且價格低等優(yōu)點，使其應(yīng)用范圍越來越廣泛，特別在開關(guān)電源、逆變焊機、 UPS、變頻調(diào)遣器等領(lǐng)域中更是大量應(yīng)用。輸出信號的電壓和頻率都是由 IGBT的門極控制脈沖決定的，因此，利用調(diào)節(jié) SA8282的輸出 SPWM脈沖的占空比就可以得到所需要的輸出電壓。而此時 IGBT的門極將有脈沖出現(xiàn)，使 IGBT開通，在門極脈沖連續(xù)變化時，六只 IGBT將按一定的規(guī)律導(dǎo)通。 主回路通電后，逆變電源開始工作，同時輔助電源也通電。 圖 34 系統(tǒng)主電路圖 圖 34是逆變主電路， 直流輸入經(jīng)開關(guān)器件組成的橋式逆變輸出三相交流電a、 b、 c，經(jīng)變壓器隔離變換后得到所需的三相交流 A、 B、 C。 保護電路的主要保護功能包括：過電壓、過電流保護，完善的保護能確保逆變系統(tǒng)穩(wěn)定、安全和可靠工作地保障。 圖 32 逆變器的數(shù)字控制電路基本框圖 圖 33 逆變器的數(shù) 字控制電路具體框架 (4) 逆變 電路 這部分電路是逆變電源的主體部分，主要由各種開關(guān)器件組成，用來實現(xiàn)主要的 DC—AC 變換。圖 32給出了控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。 (3) 控制電路 控制電路的功能是按要求調(diào)節(jié)并產(chǎn)生一系列控制脈沖來控制逆變開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷，從而配合逆變主電路完成逆變功能。 (2) 輸出電路 輸出回路將逆變器變換的交流電作進一步處理，以得到諧波含量較少的交流輸出。 圖 31 逆變系統(tǒng)原理框圖 (1) 輸入電 路 逆變電路的主回路輸入可以是直流電或交流電。用 XC164產(chǎn)生三相 SPWM 的應(yīng)用如圖25可以看出，利用專用單片機，可省去大量外部輔助器件，降低硬件成本，軟件開銷也明顯下降。其結(jié)構(gòu)原理是在原來通用單片機的基礎(chǔ)上，增加了 PWM 產(chǎn)生電路， 同時還增加了相關(guān)的輔助電路，如 A／ D電路、專用通訊口等。 tM 1sin ?BA tti?eTE 圖 24 規(guī)則采樣法 (4) 單片機產(chǎn)生 SPWM 波 單片機 (包括 DSP)在近年來發(fā)展很快，其強大的功能使其當然成為正弦脈寬調(diào)制控制器的主角。其原理是，在三角載波的負峰值時刻求得 iM ?sin 之值 E，并以此值在三角載波上截得 A， B兩點，從而確定了脈 10 寬值 。 tM 1sin ?BA tti?eT 圖 23 自然采樣法 (3) 規(guī)則采樣算法 規(guī)則采樣算法是對自然采樣法的近似，根據(jù)近似的方法不同有不同的計算方法。圖中Tc表示載波周期， i? 表示脈沖寬度。 在載頻 PWMf 固定，且輸出頻率 outf 已知的情況下， n = OUTPWM ff / ，從 而可以求得第 i個脈沖的寬度 i? 。同樣正弦波的負半周也可 用該方法來等效。 9 (1) 等效面積算法 等效面積算法具有計算量小、精度高、輸出電壓波形接近正弦波、諧波損耗小等優(yōu)點。如圖2— 2所示，設(shè)矩形脈沖高度為 2/sU ，寬度為 i? ， 中點角度為 i? ， mU 為調(diào)制正弦波的振幅， n 以為載波比，則等效面積原理可以表示為： ??? ? ?? ttdUU nnmsi ii??? ?? ?? 22 1s in2 im nU ?? sin2sin2 (21) 當 n 較大時， nn 22sin ?? ? ，并令 MUUsm ?2則可得： ii Mn ??? s in??? (22) t1sin ?t1?OOi?NU 圖 22 等效回路算法原理圖 由 圖 22式可以明顯看出，在載頻固定，且給定輸出角頻率 1? (n=常量 )情況下，等效脈沖寬度和調(diào)制度 M成正比，和脈沖所在位置的正弦值 i?sin 成正比。 正弦脈寬調(diào)制技術(shù) 正弦脈 寬調(diào)制 (SPWM)技術(shù)，就是產(chǎn)生與正弦波等效的一系列等幅不等寬矩形脈沖波形。由于載波三角波的上下寬度都是線性變化的，故這種調(diào)制方式也是線性的。而 PWM 脈寬調(diào)制式逆變器，既有簡單的的電路，又可使輸出電壓波形的諧波含量大大減少，亦即具有較低的 THD 輸出電壓波形，因而得到廣泛應(yīng)用。 逆變技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，在交流電機的變頻調(diào)速、不間斷電源、開關(guān)電源、變頻電源、風(fēng)力發(fā)電等 方面取得了很大的成就。 PWM 軟開關(guān)逆變技術(shù)是當今電力電子學(xué)領(lǐng)域最活躍的研究內(nèi)容之一，是實現(xiàn)電力電子技術(shù)高頻化的最佳途徑。 20世紀 80年代初，美國弗吉尼亞電力電子技術(shù)中心（ VPEC）對諧振技術(shù)進行了改進，提出了準諧振變換技術(shù)，即把 LC 回路在一個開關(guān)周期中的全諧振改為半諧振或部分諧振，這才使得軟開關(guān)技術(shù)與 PWM 技術(shù)的結(jié)合成為可能。解決這些問題最有效地辦法有兩個：一個是提高開關(guān)器件的速度，二是用諧振或準諧振的方式使逆變器開關(guān)工作在軟開關(guān)狀態(tài)。但逆變器的高頻化也存在一些問題，如使開關(guān)損耗增加，電磁干擾增大。 在當今的 PWM 逆變器中，輸出變壓器和交流濾波器的體積重量占主要部分。 逆變技術(shù) 所謂逆變技術(shù)，就是將直流電能變換成交流電能的技術(shù)。隨著石油、煤和天然氣等主 要能源的日益緊張，新能源的開發(fā)和利用越來越得到人們的重視。這就是逆變電路最基本的工作原理。當開關(guān) 1S 、 4S 閉合， 2S 、 3S 斷開時，負載電壓 0u 為正；當開關(guān) 1S 、 4S 斷開， 2S 、3S 閉合時，負載電壓 0u 為負。根據(jù)不同的分類角度，逆變的方式多種多 樣，從而逆變電路的結(jié)構(gòu)也復(fù)雜多變，下面介紹一種簡單的典型的單相橋式逆變電路以說明逆變的基本原理，單相半橋式逆變電路如圖 21所示。由于它是通過半導(dǎo)體功率開關(guān)器件的開通和關(guān)斷來實現(xiàn)電能的，因此變換效率比較高，但變換輸出的波形則很差，是含有相當諧波成份的波形，因而還需要交流低通濾波器的濾波。在這種推動作用中 ，逆變將扮演重要角色 [3]。 電力電子技術(shù) 誕生于 20世紀 50年代，經(jīng)過半個多世紀的發(fā)展，現(xiàn)在已成為理論和科學(xué)體系比較完整，而且又相對獨立的一門科學(xué)藝術(shù)。 5 2． 逆變原理 逆變，是電力電子學(xué)變換技術(shù)中最主要的一種。系統(tǒng)對過壓、過流等故障具有功能強大的診斷系統(tǒng)，從而提高了系統(tǒng)的安全性和可靠性，同時也增強了系統(tǒng)的可維護性。其主電路采用 IGBT 的組合電路， 提高了整個系統(tǒng)的效率。 主要技術(shù)要求 4 (1) 裝置的輸入電壓為： DC 550V； (2) 裝置的輸出為： AC 380V 50HZ； 功率： 5KW。具有世界三大能源之稱的石油、天然氣和煤等化石燃料將逐漸被耗盡，氫能源與再生能源將逐漸取代化石燃料而成為人類使用的主題能源，這種能源的變遷將迫使發(fā)電方式產(chǎn)生一次大變革，使用氫能源與再生能源的高效低污染燃料電池發(fā)電方式，將成為主體發(fā)電方式。 逆變電源的應(yīng)用，特別是特種逆變電源的應(yīng)用將越來越重要。 近年來隨著電子信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，人們對逆變電源的需求與日俱增，逆變電源的開發(fā)、研制、生產(chǎn)已成為發(fā)展前景十分誘人的朝陽產(chǎn)業(yè)。 逆變 電源 是電源系統(tǒng)的重要組成部分，其性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到 整個系統(tǒng)運行的安全性和可靠性。 (2) 高性能化 ； 高性能主要指輸出電壓特性的高性能。 逆變電源之所以能得到廣泛應(yīng)用，是因為它能實現(xiàn)以下功能： (1) 逆變電源能將直流電轉(zhuǎn)換為交流電； (2) 變頻，逆變電源能將市電轉(zhuǎn)換為用戶所需頻率的交流電； (3) 變相，逆變電源能將單相交流電轉(zhuǎn)換為三相交流電， 也能將三相交流電轉(zhuǎn)換為單相交流電。 1981— 2020年高頻化新技術(shù)階段，這個階段的特點是，開關(guān)器件以高速器件為主，逆變器的開關(guān)頻率較高，波形改善以 PWM 為主，體積重量小，逆變效率較高，正弦波逆變技術(shù)的發(fā)展日趨完善。 一般認為，逆變技術(shù)的發(fā)展可分為如下三個階段。由于自關(guān)斷器件的使用，使得開關(guān)頻率得以提高，從而逆變橋輸出電壓中低次諧波的頻率比較高，使輸出濾波器的尺寸得以減小，而且對非線性負載的適應(yīng)性得以提高。隨著半導(dǎo)體技術(shù)和變流技術(shù)的發(fā)展，自關(guān)斷的電力電子器件脫穎而出，相繼出現(xiàn)了電力晶體管 (GTR)、可關(guān)斷晶閘管 (GTO)、功率場效應(yīng)晶體管 (MOSFET)、絕緣柵雙極型晶體管 (IGBT)等等。最初的逆變電源采用品閘管 (SCR)作為逆變器的開關(guān)器件，稱為可控硅逆變電源。 圖 11 接觸 網(wǎng) 特種逆變 電源的現(xiàn)狀及發(fā)展前景 特種逆變電源是專為窄軌 機車設(shè)計的一種直流變壓裝置，它將 窄軌 接觸網(wǎng)直流高壓電通過逆變電路 變成適合于機車低壓系統(tǒng)的電壓，為機車的車載空壓機 等設(shè)備 提供電源。 目前，我國窄軌機車上經(jīng)常會用到車載空壓機等輔助設(shè)備，但是 車載空壓機等設(shè)備需要工頻 50HZ 電壓 380V 的交流電，機車本身 并 沒有提供，就需要把 窄軌機車接觸網(wǎng)的高壓直流電轉(zhuǎn)化為空壓機等使用的交流電。 作者簽名： 日期： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 V 目 錄 1 緒論 1 課題背景介紹 1 特種逆變電源的現(xiàn)狀及發(fā)展前景 1 主要技術(shù)要求 3 逆變電源的設(shè)計思路 4 2 逆變原理