汽車電工電子技術(shù)課件 任務(wù)2逆變電路

8.2逆變電路演講人

8.2.1逆變電路介紹1.逆變的概念與整流相對應，逆變就是將直流電轉(zhuǎn)化交流電。交流側(cè)接電網(wǎng)，為有源逆變。交流側(cè)接負載，為無源逆變。（本章主要講述無源逆變）

2.逆變與變頻

變頻電路：分為交交變頻和交直交變頻兩種。

交直交變頻由交直變換（整流）和直交變換兩部分組成，后一部分就是逆變。

3.逆變電路的主要應用

交流電機調(diào)速用變頻器、不間斷電源、感應加熱電源等電力電子裝置的核心部分都是逆變電路。4.逆變電路的基本工作原理以單相橋式逆變電路為例說明最基本的工作原理。

8.2.1逆變電路介紹圖8.16逆變電路及其波形舉例如圖8.16所示，

是橋式電路的4個臂，由電力電子器件及輔助電路組成。當開關(guān)

閉合，斷開時，負載電壓為正；當開關(guān)斷開，閉合時，為負，這樣就把直流電變成了交流電。改變兩組開關(guān)的切換頻率，即可改變輸出交流電的頻率。電阻負載時，負載電流和的波形相同，相位也相同。阻感負載時，相位滯后于，波形也不同。

8.2.2三相逆變電路1..三相逆變電路介紹如圖8.17所示，三相逆變電路可由三個單相逆變電路構(gòu)成。它包含六個橋臂，同一相橋臂的單臂與另外兩相橋臂的單臂輪番交替120°導通。在三相輸出負載上可得到頻率可變的三相交流電。圖8.17三相橋式逆變電路

8.2.2

三相逆變電路2.三相逆變電路工作波形如圖8.18所示對于U相輸出來說，當橋臂1導通時，

，當橋臂4導通時，，

的波形是幅值為的矩形波，V、W兩相的情況和U相類似。圖8.18電壓型三相橋式逆變電路的工作波形

8.2.2三相逆變電路負載線電壓

、

、可由下式求出負載各相的相電壓分別為

8.2.2三相逆變電路當使用三相逆變器進行電機控制時，經(jīng)常需要獲取相電流以進行閉環(huán)控制，這就涉及到一個電流采樣問題。盡管現(xiàn)在有許多電流檢測方法，但低成本、大批量應用中常見的只有三種，其它都是昂貴的實驗室系統(tǒng)、新興技術(shù)或很少使用的方法。常用技術(shù)包括:采樣電阻、霍爾元件與電流互感器。這些技術(shù)又可進一步細分，詳見圖8.19。圖8.19

三相逆變電路的檢測方法分支圖

8.2.2三相逆變電路下面對采樣電阻高端采樣相電流檢測進行分析。在絕大部分低成本應用中，都是使用采樣電阻來進行電流采樣的，故此方法可以說是最重要的電流采樣方案。其阻值一般較小，在1mΩ~1Ω之間，選了5mΩ。在簡單的應用中，一般使用兩個觸點電阻即可。根據(jù)功率不同可選擇不同形式的電阻，如貼片電阻、康銅絲、水泥電阻等。然而，在需要進行精確電流采樣的場合，使用普通的兩觸點電阻就不合適了。由于采樣電阻本身的阻值很小，焊料的電阻并不能忽略，它們不確定，且隨溫度變化，會影響測量輸出。此時，應該選用4觸點的采樣電阻。不過在三相逆變器相電流采樣的過程中，一般是不需要考慮這個問題的，使用普通的兩觸點電阻即可。

8.2.3IGBT模塊介紹1.IGBT的認知IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)，即絕緣柵雙極型晶體管，是由BJT(雙極型三極管)和MOS(絕緣柵型場效應管)組成的半導體器件，它相當于一個非通即斷的開關(guān)，導通時可以看成是導線。在新能源汽車的電機驅(qū)動器系統(tǒng)中，IGBT的作用是交流電和直流電的轉(zhuǎn)換，同時IGBT還承擔電壓的高低轉(zhuǎn)換功能。當外界充電的時候是交流電，需要通過IGBT轉(zhuǎn)變成直流電，同時要把220V電壓轉(zhuǎn)換成適當?shù)碾妷翰拍芙o電池組充電。電池放電的時候，通過IGBT把電池的直流電轉(zhuǎn)變成交流電機使用的交流電，同時起到對交流電機的變壓和變頻控制。IGBT是大功率半導體器件，其好壞直接影響電動汽車功率的釋放速度，是電動汽車的的核心技術(shù)之一。如圖8.20所示為單管分立和集成IGBT元件。

8.2.3IGBT模塊介紹圖8.20IGBT單管及模塊

8.2.3IGBT模塊介紹2.IGBT的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理IGBT模塊的內(nèi)部由若干個IGBT串并聯(lián)，以達到所需要的電流規(guī)格，可以視為大電流規(guī)格的IGBT單管。受機械強度和熱阻的限制，IGBT的管芯面積不能做得太大，大電流規(guī)格的IGBT需要將多個管芯裝配到一塊金屬基板上。單管模塊外部標簽上的等效電路如圖8.21所示，副發(fā)射極（第二發(fā)射極）連接到柵極驅(qū)動電路，主發(fā)射極連接到主電路中。圖8.21復合型IGBT與單管內(nèi)部電路圖

8.2.3IGBT模塊介紹在IGBT使用過程中，可以通過控制其集-射極電壓UCE和柵-射極電壓UGE的大小，從而實現(xiàn)對IGBT導通和關(guān)斷狀態(tài)的控制。1）當IGBT柵-射極加上加0或負電壓時，MOSFET內(nèi)溝道消失，IGBT呈關(guān)斷狀態(tài)。2）當集-射極電壓UCE＜0時，IGBT呈反向阻斷狀態(tài)。3）當集-射極電壓UCE＞0時，且柵-射極電壓UGE＞Uth（開啟電壓），柵極溝道形成，IGBT呈導通狀態(tài)；若柵-射極電壓UGE＜Uth，溝道不能形成，IGBT呈正向阻斷狀態(tài)。3.IGBT電路的特點IGBT模塊是通過特定的電路橋接封裝而成的模塊化半導體產(chǎn)品，具有電路結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、安裝維修方便、散熱穩(wěn)定等優(yōu)點，非常適合用在高電壓、大電流的電力電子線路中，但其工作頻率較低，價格昂貴，在電動汽車上其成本要占到整車成本的7%-10%左右。

8.2.3IGBT模塊介紹4.單管IGBT引腳的檢測識別IGBT管檢測好壞可以用數(shù)字萬用表和指針式萬用表檢測IGBT管的好壞，具體方法如下(以指針式萬用表測量)。①確定三個電極(此時假定管子是好的)。如圖8.22所示，先確定柵極G。將萬用表撥在Rx10k擋，若測量到某一極與其他兩極電阻值為無窮大，調(diào)換表筆后測得該極與其他兩極的電阻值仍為無窮大，則可判斷此極為柵極(G)。再測量其余兩極。若測得電阻值為無窮大，而調(diào)換表筆后測得電阻值較小，此時紅表筆(實為負極)接的為集電極(C)，黑表筆(實為正極)接的為發(fā)射極(E)。

8.2.3IGBT模塊介紹②確定管子的好壞。將萬用表撥在Rx10k擋，用黑表筆接C極，紅表筆接E極，此時萬用表的指針在零位，用手指同時觸及一下G和C極，萬用表的指針擺向電阻值較小的方向(IGBT被觸發(fā)導通)，并指示在某一位置；再用手指同時觸及一下G極和E極，萬用表的指針回零(IGBT被阻斷)，即可判斷IGBT是好的。如果不符合上述現(xiàn)象，則可判斷IGBT是壞的。圖8.22單管IGBT模塊外形

8.2.3IGBT模塊介紹5.雙管IGBT模塊的檢測方法如圖8.23所示，以兩單元為例，用模擬萬用表測量。靜態(tài)測量：把萬用表放在R×100檔，測量黑表筆接C1端子、紅表筆接E1端子，顯示電阻應為無窮大；表筆對調(diào)后，顯示電阻應在400?左右。用同樣的方法，測量黑表筆接C2、E1端子、紅表筆接E2端子，顯示電阻應為無窮大；表筆對調(diào)，顯示電阻應在400?左右。若符合上述情況，表明此IGBT的兩個單元沒有明顯的故障。圖8.23雙管IGBT內(nèi)部電路圖

8.2.3IGBT模塊介紹將萬用表撥在R×10KΩ擋，用黑表筆接IGBT的漏極(C1)，紅表筆接IGBT的源極(E2)，此時萬用表的指針指在無窮處。用手指同時觸及一下柵極(G1、E1)和漏極（G2、E2），這時IGBT被觸發(fā)導通，萬用表的指針擺向阻值較小的方向，并能站住指示在某一位置。然后再用手指同時觸及一下柵極(G1、E1)和漏極（G2、E2），這時IGBT被阻斷，萬用表的指針回到無窮處。此時即可判斷IGBT是好的。注意：若進行第二次測量時，應短接一下源極(C1)和柵極(E1

)。任何指針式萬用表皆可用于檢測IGBT。注意判斷IGBT好壞時，一定要將萬用表撥在R×10KΩ擋，因R×1KΩ擋以下各檔萬用表內(nèi)部電池電壓太低，檢測好壞時不能使IGBT導通，而無法判斷IGBT的好壞。其他類型IGBT模塊的測試方法詳見IGBT生產(chǎn)企業(yè)官網(wǎng)介紹，具體方法請咨詢廠家。

應用案例8-2【案例概況】1.無源逆變電路和有源逆變電路有何不同？2.換流方式各有哪幾種？各有什么特點？【案例解析】1.答：兩種電路的不同主要是：有源逆變電路的交流測接電網(wǎng)，即交流側(cè)接有電源。而無源逆變電路的交流側(cè)直接和負載聯(lián)接。2.答：換流方多有4種：器件換流：利用全控器件的自關(guān)斷能力進行換流。全控型器件采用此換流