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1、本科生课程设计（论文） 辽 宁 工 业 大 学交流调速控制系统课程设计（论文）题目：5kW三相电压源型逆变电路设计院（系）： 电气工程学院 专业班级： 自动化104 学 号： 100300111 学生姓名： 张飞 指导教师： （签字）起止时间： 6.24-7.7 课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院 教研室：自动化 学 号100300111学生姓名张飞专业班级自动化104课程设计（论文）题目5kW三相电压源型逆变电路设计课程设计（论文）任务课题完成的功能：本课程设计是完成微机控制下的三相电压源型逆变电路，该逆变电路中以绝缘栅双极晶管IGBT作为开关器件，采用单片机作为微机控制核心，
2、实现IGBT驱动信号的设计。设计任务及要求：（1）完成电压源型逆变电路主电路设计，包括直流电压源输入、分立搭建IGBT器件、三相逆变电路输出及相关辅助电路。（2）完成IGBT驱动电路设计，要求选择东芝公司的TLP系列、（如三菱公司的M597系列、富士公司的EXB系列、东芝公司的TLP系列、法国汤姆森公司的UA4002系列等），完成驱动电路与主电路的接口设计及相关保护电路的设计。（3）完成控制电路设计，包括单片机最小系统、与上面驱动电路的控制接口及软件流程图设计。（4）撰写课程设计说明书（论文）。技术参数：额定输入电压：直流DC220V；输入电压范围：15%；输入最大电流值：30A；连续工作功率
3、输出：5kW；逆变输出电压：三相380VAC2%；逆变输出波形：全正弦波；逆变输出频率值：50Hz0.5%；转换效率：93%；功率因数：0.99进度计划（1）布置任务，查阅资料，确定系统的组成（2天）（2）对系统各组成部件进行功能分析（3天）（3）系统电气电路设计及调试设计（3天）（4）撰写、打印设计说明书及答辩（2天）指导教师评语及成绩平时： 论文质量： 答辩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算摘要 三项电压源逆变电路从出现到发展已经有很多年了，它的应用也已经不只是普通的应急设备了，它在节能、变频调速以及改善电源质量等很多方面
4、被广泛利用。随着电力电子器件的不断更新换代，更高耐压更大功率更低损耗是逆变电源的发展趋势。利用现有的功率模块设计出优秀的电源是研发人员的工作方向。国外在这方面比我们领先了近十年，想要迎头赶上，首先必须清楚的了解它的设计思路，弄懂每一部分的电路原理，在这基础上改善现有的设计，才能达到创新的目的。 本文详细地分析了在逆变电源主电路中，各个元器件的作用以及其具体的选择方法。 逆变电路是与整流电路（Rectifier）相对应，将低电压变为高电压，把直流电变成交流电的电路称为逆变电路。逆变电路是通用变频器核心部件之一，起着非常重要的作用。它的基本作用是在控制电路的控制下将中间直流电路输出的直流电源转换为
5、频率和电压都任意可调的交流电源。将直流电能变换为交流电能的变换电路。可用于构成各种交流电源，在工业中得到广泛应用。生产中最常见的交流电源是由发电厂供电的公共电网（中国采用线电压方均根值为380V，频率为50Hz供电制）。由公共电网向交流负载供电是最普通的供电方式。IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件, 兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大;MOSFET驱动功率很小，开关
6、速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。关键词： 三相；逆变电路 ； IGBT；目录第1章 绪论4第2章 课程设计方案52.1 电压源逆变电特点52.2 电路基本原理52.3 主电路设计62.3.1 主电路图72.3.2 主电路原理分析72.4 IGBT驱动电路72.5 保护电路112.5.1 过电流保护电路112.5.2 过电压保护电路11第3章 驱动电路设计123.1 驱动芯片的选择123.2 驱动信号的控制选择123.3 驱动芯片EX
7、B84112第4章 控制电路的设计154.1 采用单片机控制154.2 三相电压源逆变电路的链接19第5章 系统软件设计205.1 系统的结构框图205.2 系统的流程图21第6章 课程设计总结22参考文献23 第1章 绪论逆变电路直流侧电源是电压源的称为电压型逆变电路， 三相电压型逆变电路的主电路。直流电源采用相控整流电路，由普通晶闸管组成。逆变电路由6个导电臂组成,每个导电臂均由具有自关断能力的全控型器件及反并联二极管组成，所以实际上也是一种全控型逆变电路。电压型逆变电路主要用于两方面：笼式交流电动机变频调速系统。IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor
8、)，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件, 兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大;MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。第2章 课程设计方案2.1 电压源逆变电特点 直流侧为电压源或并联大电容，直流侧电压基本无脉冲；输出电压为矩形波，输出电流因负载阻抗不同而不同；
9、阻感负载时需提供无功。为了给交流侧向直流侧反馈的无功提供通道，逆变桥各臂并联反馈二极管。2.2 电路基本原理 在三相逆变电路中，应用最广的是三相桥式逆变电路，采用IGBT作为开光器件的电压型三相桥式逆变电路如下图1所示。 图1 三相电压型桥式逆变电路 三相电压型PWM逆变电路只要实现功能就是将直流电压变换成交流电压。图1中U、V、M三相的PWM控制通常公用一个三角波载波，三相调制信号uru、urV、urw一次相差。U、V、W各相功率开关器件的控制规律相同，现以U相为例。 当uru时，给上桥臂以导通信号，给下桥臂以关断信号，则U相相对于直流电源假想中点输出电压。 当uru时，给以导通信号，给以关
10、断信号，则。但V1与的驱动信号始终是互补的，当给V1（）加以导通信号时，可能（）导通，也可能是二极管续流导通，这是有阻感负载中电流方向决定，这就是三相桥式电路的双极型调制特性。由上分析，的波形是幅值为的矩形波，V、M两相情况跟U相类似。所以负载线电压、为负载相电压、为负载中点和电源中点间电压为 负载三相对称时有，于是。所以也是矩形波，其频率为的3倍，幅值为其，即。 三相逆变输出的电压与电流分析类似，负载参数已知，以U相为例，负载的阻抗角不一样，的波形形状和相位都有所不同，在阻感负载下时，从通态转换到断态时，因负载电感中电流不能突变，先导通续流，待负载电流降为零，才开始导通。负载阻抗角越大，导通
11、时间越长。在时，时为导通，时为导通；在时，时导通，时为导通。 、的波形与形状相同，相位一次相差。将三个桥臂电流相加可得到直流侧电流。 在上述导电方式逆变器中，我们采用“先断后通”的方法来防止同一相上下两桥臂的开关器件同时导通而引起直流侧电压短路，使得在通断信号之间留有一个短暂的死区时间。2.3 主电路设计逆变电路的作用是将直流电压转换成梯形脉冲波，经低通滤波器滤波后，从而使负载上得到的实际电压为正弦波。2.3.1 主电路图 图2三相电压型桥式逆变电路2.3.2 主电路原理分析图2是采用IGBT作为开光器件的电压型三相桥式逆变电路，可以看成由三个半桥逆变电路组成。图1的直流侧通常只有一个电容就可
12、以了，但为了分析方便，画作串联的两个电容器并标出假象中点N。和单相半桥、全桥逆变电路相同，三相电压型桥式逆变电路的基本工作方式也是180导电方式，即每个桥臂的导电角度为180，同一相（即同一半桥）上下两个臂交替导电，各相开始导电的角度依次相差120。这样，在任一瞬间，将有三个桥臂同时导通。可能是上面一个臂下面两个臂，也可能是上面两个臂下面一个臂同时导通。因为每次换流都是在同一相上下两个桥臂之间进行，因此也被称为纵向换流 2.4 IGBT驱动电路2.4.1 IGBT特点IGBT是MOSFET与双极晶体管的复合器件。它既有MOSFET易驱动的特点，又具有功率晶体管电压、电流容量大等优点。其频率特性介于MOSFET与功率晶体管之间，可正常工作于几十kHz频率范围内，故在较高频率的大、中功率应用中占据了主导地位。 IGBT是电压控制型器件，在它的栅极-发射极间施加十几V的直流电压，只有A级的漏电流流过，基本上不消耗功率。但IGBT的栅极-发射极间存在着较大的寄生电容（几千至上万pF），在驱动脉冲电压的上升及下降沿需要提供数A的充放电电流，才能满足开通和关断的动态要求，这使
