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　　0 引言

　　電能分為交流電能與直流電能，由交流電能變?yōu)橹绷麟娔艿倪^程稱為整流，由直流電能變?yōu)榻涣麟娔艿倪^程稱為逆變。逆變器就是一種完成直流電能向交流電能變換的裝置。

　　交流電機(jī)一般采用交-直-交逆變電源的供電方式，即現(xiàn)在電網(wǎng)提供的交流電通過整流、濾波變成直流電，再通過逆變器將直流電變成所需要的交流電源，給電機(jī)供電。因此逆變器是其中較關(guān)鍵的技術(shù)裝置之一。隨著半導(dǎo)體器件的發(fā)展，IGBT越來越多的被應(yīng)用到交流傳動(dòng)技術(shù)中。本文主要分析IGBT構(gòu)成的交流傳動(dòng)用逆變器的主電路結(jié)構(gòu)，包括主電路形式、驅(qū)動(dòng)電路與緩沖吸收保護(hù)電路的實(shí)現(xiàn)。

　　1 主電路結(jié)構(gòu)原理圖

　　圖1為典型的逆變器結(jié)構(gòu)原理圖。它由三部分組成：逆變電路、驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路、控制與信號(hào)采集電路。

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　　逆變電路主要負(fù)責(zé)電能轉(zhuǎn)化，即將輸入的直流電能轉(zhuǎn)化為電機(jī)負(fù)載可用的三相交流電能，為電機(jī)提供能源。圖2所示為逆變電路原理圖，這個(gè)逆變電路由6個(gè)絕緣柵雙極晶體管T1～T6及續(xù)流二極管D1～D6組成。通過控制IGBT管T1～T6的通關(guān)斷將輸入的直流電源逆變成頻率可調(diào)的矩形波交流電輸出到三相電機(jī)。其續(xù)流二極管D1～D6的作用是當(dāng)T1～T6由導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r(shí)，為儲(chǔ)存在電動(dòng)機(jī)線圈中的電能提供釋放通道;當(dāng)電動(dòng)機(jī)制動(dòng)時(shí)，為再生電流提供回流到直流電源的通道。

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　　2 保護(hù)吸收電路結(jié)構(gòu)

　　由于電路中分布電感的存在，加之IGBT開關(guān)速度較高，當(dāng)IGBT關(guān)斷時(shí)及與之并接的反向恢復(fù)二極管逆相恢復(fù)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很大的浪涌電壓Ldi/dt，從而威脅IGBT的安全。因此必須采取措施抑制浪涌電壓，保護(hù)IGBT不被損壞。可以采用加裝保護(hù)吸收電路的辦法來抑制浪涌電壓。其原理圖如圖3所示，該保護(hù)吸收電路有良好的抑制效果，具有保護(hù)吸收中發(fā)生損耗小的優(yōu)點(diǎn)。

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　　2.1 保護(hù)電路原理分析

　　以開關(guān)管T1關(guān)斷時(shí)刻為起點(diǎn)來分析吸收電路的工作原理，其工作過程可分為：線性化換流、母線寄生電感Lp諧振能量和吸收電容Cs放點(diǎn)共3個(gè)階段。

　　線性化換流階段從開關(guān)管T1接收關(guān)斷信號(hào)開始到開關(guān)管T1全截止結(jié)束。流過母線寄生電感Lp的母線電流經(jīng)T1和吸收電路2條支路分流。

　　在線性化換流階段結(jié)束后，開關(guān)管T1完全截止。此時(shí)，主回路寄生電感Lp與吸收電容Cs產(chǎn)生諧振，Lp中儲(chǔ)存的能量向Cs轉(zhuǎn)移。當(dāng)吸收電容上電壓達(dá)到最大值，即諧振峰值時(shí)，諧振電流i為零，吸收電路二極管D2截止，箝位電壓防止有振蕩。

　　在第二階段結(jié)束之后，吸收電容Cs上過沖能量通過吸收電阻R、電源和負(fù)載放電。在放電過程中，近似認(rèn)為負(fù)載是恒流源。

　　2.2 元件參數(shù)選取

　　a.緩沖電容Cs選取

　　緩沖電路中緩沖電容Cs的電容取值為：

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　　其中，L是主電路的寄生電感，Io為IGBT關(guān)斷時(shí)的集電極電流，VCEP是緩沖電容器電壓最終到達(dá)值，Ed為直流電源電壓。

　　b.緩沖電阻Rs的取值

　　緩沖電阻的作用是在IGBI下一次關(guān)斷前，將緩沖電容器電荷釋放。因此在IGBT進(jìn)行下一次動(dòng)作之前，在儲(chǔ)存電荷的90%放電條件下，緩沖電阻取值公式應(yīng)滿足下列公式：

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　　其中，f為交換頻率。