逆变器散热器怎么一直转的-逆变器散热器

这里介绍的逆变器（见图）主要由MOS?场效应管，普通电源变压器构成。其输出功率取决于MOS?场效应管和电源变压器的功率，免除了烦琐的变压器绕制，适合电子爱好者业余制作中采用。下面介绍该逆变器的工作原理及制作过程。

电路图

工作原理

这里我们将详细介绍这个逆变器的工作原理。?

方波信号发生器（见图3）

这里采用六反相器CD4069构成方波信号发生器。电路中R1是补偿电阻，用于改善由于电源电压的变化而引起的振荡频率不稳。电路的振荡是通过电容C1充放电完成的。其振荡频率为f=1/2.2RC。图示电路的最大频率为：fmax=1/2.2×3.3×103×2.2×10-6=62.6Hz;最小频率fmin=1/2.2×4.3×103×2.2×10-6=48.0Hz。由于元件的误差，实际值会略有差异。其它多余的反相器，输入端接地避免影响其它电路。

场效应管驱动电路

这里采用六反相器CD4069构成方波信号发生器。电路中R1是补偿电阻，用于改善由于电源电压的变化而引起的振荡频率不稳。电路的振荡是通过电容C1充放电完成的。其振荡频率为f=1/2.2RC。图示电路的最大频率为：fmax=1/2.2×3.3×103×2.2×10-6=62.6Hz;最小频率fmin=1/2.2×4.3×103×2.2×10-6=48.0Hz。由于元件的误差，实际值会略有差异。其它多余的反相器，输入端接地避免影响其它电路。

场效应管驱动电路

由于方波信号发生器输出的振荡信号电压最大振幅为0~5V，为充分驱动电源开关电路，这里用TR1、TR2将振荡信号电压放大至0~12V。如图4所示。

MOS场效应管电源开关电路。?

这是该装置的核心，在介绍该部分工作原理之前，先简单解释一下MOS?场效应管的工作原理。

图5

MOS?场效应管也被称为MOS?FET，?既Metal?Oxide?Semiconductor?Field?Effect?Transistor（金属氧化物半导体场效应管）的缩写。它一般有耗尽型和增强型两种。本文使用的为增强型MOS?场效应管，其内部结构见图5。它可分为NPN型PNP型。NPN型通常称为N沟道型，PNP型也叫P沟道型。由图可看出，对于N沟道的场效应管其源极和漏极接在N型半导体上，同样对于P沟道的场效应管其源极和漏极则接在P型半导体上。我们知道一般三极管是由输入的电流控制输出的电流。但对于场效应管，其输出电流是由输入的电压（或称电场）控制，可以认为输入电流极小或没有输入电流，这使得该器件有很高的输入阻抗，同时这也是我们称之为场效应管的原因。

图6

为解释MOS?场效应管的工作原理，我们先了解一下仅含有一个P—N结的二极管的工作过程。如图6所示，我们知道在二极管加上正向电压（P端接正极，N端接负极）时，二极管导通，其PN结有电流通过。这是因为在P型半导体端为正电压时，N型半导体内的负电子被吸引而涌向加有正电压的P型半导体端，而P型半导体端内的正电子则朝N型半导体端运动，从而形成导通电流。同理，当二极管加上反向电压（P端接负极，N端接正极）时，这时在P型半导体端为负电压，正电子被聚集在P型半导体端，负电子则聚集在N型半导体端，电子不移动，其PN结没有电流通过，二极管截止。

图7a?图7b

对于场效应管（见图7），在栅极没有电压时，由前面分析可知，在源极与漏极之间不会有电流流过，此时场效应管处与截止状态（图7a）。当有一个正电压加在N沟道的MOS?场效应管栅极上时，由于电场的作用，此时N型半导体的源极和漏极的负电子被吸引出来而涌向栅极，但由于氧化膜的阻挡，使得电子聚集在两个N沟道之间的P型半导体中（见图7b），从而形成电流，使源极和漏极之间导通。我们也可以想像为两个N型半导体之间为一条沟，栅极电压的建立相当于为它们之间搭了一座桥梁，该桥的大小由栅压的大小决定。图8给出了P沟道的MOS?场效应管的工作过程，其工作原理类似这里不再重复。

图8

下面简述一下用C-MOS场效应管（增强型MOS?场效应管）组成的应用电路的工作过程（见图9）。电路将一个增强型P沟道MOS场效应管和一个增强型N沟道?MOS场效应管组合在一起使用。当输入端为低电平时，P沟道MOS场效应管导通，输出端与电源正极接通。当输入端为高电平时，N沟道MOS场效应管导通，输出端与电源地接通。在该电路中，P沟道MOS场效应管和N沟道MOS场效应管总是在相反的状态下工作，其相位输入端和输出端相反。通过这种工作方式我们可以获得较大的电流输出。同时由于漏电流的影响，使得栅压在还没有到0V，通常在栅极电压小于1到2V时，MOS场效应管既被关断。不同场效应管其关断电压略有不同。也正因为如此，使得该电路不会因为两管同时导通而造成电源短路。

由以上分析我们可以画出原理图中MOS场效应管电路部分的工作过程（见图10）。工作原理同前所述。这种低电压、大电流、频率为50Hz的交变信号通过变压器的低压绕组时，会在变压器的高压侧感应出高压交流电压，完成直流到交流的转换。这里需要注意的是，在某些情况下，如振荡部分停止工作时，变压器的低压侧有时会有很大的电流通过，所以该电路的保险丝不能省略或短接。

制作要点

电路板见图11。所用元器件可参考图12。逆变器用的变压器采用次级为12V、电流为10A、初级电压为220V的成品电源变压器。P沟道MOS场效应管（2SJ471）最大漏极电流为30A，在场效应管导通时，漏-源极间电阻为25毫欧。此时如果通过10A电流时会有2.5W的功率消耗。N沟道MOS场效应管（2SK2956）最大漏极电流为50A，场效应管导通时，漏-源极间电阻为7毫欧，此时如果通过10A电流时消耗的功率为0.7W。由此我们也可知在同样的工作电流情况下，2SJ471的发热量约为2SK2956的4倍。所以在考虑散热器时应注意这点。图13展示本文介绍的逆变器场效应管在散热器（100mm×100mm×17mm）上的位置分布和接法。尽管场效应管工作于开关状态时发热量不会很大，出于安全考虑这里选用的散热器稍偏大。

逆变器的性能测试?

测试电路见图14。这里测试用的输入电源采用内阻低、放电电流大（一般大于100A）的12V汽车电瓶，可为电路提供充足的输入功率。测试用负载为普通的电灯泡。测试的方法是通过改变负载大小，并测量此时的输入电流、电压以及输出电压。其测试结果见电压、电流曲线关系图（图15a）。可以看出，输出电压随负荷的增大而下降，灯泡的消耗功率随电压变化而改变。我们也可以通过计算找出输出电压和功率的关系。但实际上由于电灯泡的电阻会随受加在两端电压变化而改变，并且输出电压、电流也不是正弦波，所以这种的计算只能看作是估算。以负载为60W的电灯泡为例：?

假设灯泡的电阻不随电压变化而改变。因为R灯=V2/W=2102/60=735Ω，所以在电压为208V时，W=V2/R=2082/735=58.9W。由此可折算出电压和功率的关系。通过测试，我们发现当输出功率约为100W时，输入电流为10A。此时输出电压为200V。

纯正弦波逆变器(高效稳定的电力转换器)

一．产生机理

逆变器输出电压可分解为正序、负序以及零序。正序电压和负序电压为差模电压，将会产生电机的磁通和转矩，而零序电压为共模电压将会产生转矩波动和噪声。较大的差模(即线电压，包括正序和负序)dv/dt会导致长线传输时电机端电压及电缆内电压的加倍升高，对电机绝缘和电缆绝缘构成严重威胁；较大的共模(即零序电压)dv/dt，通过定子和转子间的电容耦合产生较大的电机轴承电流或对地电流，导致电机因轴承电流过大而损坏或对邻近电气设备构成干扰。高频共模电压作用于电机上，电机高频寄生电容会在转轴上耦合出轴电压，轴电压将作用在轴承上，产生轴承电流，这将影响轴承润滑剂绝缘。定子绕组和接地机壳间的耦合电容将会在共模电压下产生漏电流，漏电流将通过接地导体流回电网。

图1为由逆变器产生的共模与差模电压及对地漏电流路径

逆变器不同的开关状态，导致逆变器每个时刻三相输出的相电压不平衡，同时区时间、开关管压降、驱动脉冲延时对共模电压影响不大，如果区增大，会增大共模电压。

差模电压存在于逆变器两相输出之间，而共模电压则存在于逆变器输出与参考地之间。任何电压源 PWM 逆变器驱动系统中都存在共模电压，而共模电流的大小取决于系统、电路结构、控制策略和接地器的共模阻抗。由于寄生电容的存在，由共模电压引发的共模电流还会流过负载。

三相两电平系统PWM逆变器输出的共模电压的值定义为 , ，一般认为 可忽略不计，故三相逆变器的共模电压可表示为:

其中Va、Vb、Vc为电机定子三相绕组对参考点的相电压。

也可理解为：共模电压是逆变器输出侧三相星形负载中性点对参考地点的电位差。

两电平三相逆变器的共模电压为：

从表可以看出，UNg的幅值存在Ed/6和Ed/2两种状态，且零矢量状态的共模电压幅值为Ed/2，其它矢量状态的共模电压幅值为Ed/6。因此三相交流伺服系统的共模电压是随着开关状态的不断变化，在正负Ed/6和Ed/2两种状态下不断的跳变的。

对于变频器系统，Vcm_inv、Vcm_rec分别表示功率变换器整流器侧和逆变器侧产生的共模电压; Cp1、Cp分别表示功率变换器整流桥和逆变器与散热器之间的寄生电容。可将传播途径描述为:回路①: 逆变器→电缆→电机→寄生电容→电机地线→系统地线→主电源→整流器→逆变器; 回路②:逆变器→电缆→电机寄生电容→电机地线→散热片地线→散热片→器件寄生电容→逆变器; 回路③: 逆变器→器件寄生电容→散热片→散热片地线→系统地线→主电源→整流器→逆变器。

电机中性点对地电压为共模电压，通常电机中性点没有引出，用电机相对地电压，或电机三相对地电压之和/3表示对共模电压，严格来讲是对直流中性点的电压为共模电压。

由于网侧调制以及网侧变压器中性点接地，导致网侧相对地的电压决定了机侧相对地的电压

机侧三相电流和与机侧地线电流存在差异的问题经分析是由如下问题造成的：

下图是风机变流器整机系统图：

如上图所示，变流器机侧三相电流和（即机侧三相对地共模电流）中有部分电流通过发电机对外壳和底座存在的寄生电容到发电机底座再到机舱平台和塔筒回到大地，从而导致机侧地线上返回大地的共模电流减少。

二．抑制硬件方案

抑制CMV硬件方案通常是增加滤波器，常见的有RLC滤波器和共模抑制器。

RLC滤波器常能用来抑制差模干扰，虽然对共模电压幅值和高频干扰也有一定的抑制作用，但抑制效果方面不明显，但将电容中性点与直流中性点连接在一起，对共模电压的 dv/dt 起到抑制作用，消除共模电压的尖峰，消除电机端的过电压。也有机侧采用DUDT滤波器，网侧交流输出端接磁环，磁环对共模电压几乎无影响，但会减小共模电流。

共模滤波器一般是采用共模电感+电容，并且电容中点应该是接到直流中点的。在逆变器和电动机之间安装共模变压器，共模变压器(Common mode transformer，CMT)是在共模扼流圈的基础上，加入一个次级线圈,并将该线圈通过一个电阻短接。由于共模变压器的四个线圈共用一个环形铁心，因此体积较小。加入共模变压器后可以有效地抑制共模电流.

三．抑制软件方案

通过调整逆变器的开关控制信号或调制算法来实现，有对空间矢量调制策略（SVPWM）的改进型，对基于载波调制策略（CBPWM）的改进型，对谐波消除调制策略（SHEPWM）的改进型等。

无零矢量的调制算法，可以降低CMV主要有NSPWM、AZSPWM，RSPWM、VSVM、相邻四矢量等。

四．测量方式

1.三相输出电压对地

2.三相输出电压之和对地

3. RC滤波电容中性点对地

4.直流电压中性点作为参考地

5.电机中性点对地电压。

如图：

cvcf系统逆变器是怎么样的逆变器

纯正弦波逆变器是一种高效稳定的电力转换器，它能将直流电转换成交流电，并输出纯正弦波的电流。它广泛应用于太阳能发电、风力发电、电动汽车、UPS等领域。本文将介绍纯正弦波逆变器的操作步骤以及其优点。

操作步骤

步骤一：准备工作

在使用纯正弦波逆变器之前，需要进行一些准备工作。首先，检查逆变器的电源线和输出线是否连接正确。其次，检查逆变器的输入电压和输出电压是否符合要求。最后，检查逆变器的散热器是否清洁，以确保散热效果良好。

步骤二：开机操作

在准备工作完成后，按下逆变器的开机按钮，逆变器将开始工作。在工作过程中，可以通过逆变器的显示屏来监测电压、电流、频率等参数。

步骤三：输出电流调节

纯正弦波逆变器可以通过输出电流调节来控制输出功率。在调节输出电流时，需要注意不要超过逆变器的额定输出功率，以免损坏逆变器。

步骤四：关闭逆变器

在使用完毕后，需要按下逆变器的关闭按钮，将逆变器关闭。在关闭逆变器之前，需要先将输出电流调节至最小值，然后再关闭逆变器。

优点

高效稳定

纯正弦波逆变器可以输出纯正弦波的电流，其输出效率高达90%以上。同时，由于其输出电流稳定，可以保证电器设备的正常工作。

低噪音

纯正弦波逆变器的输出电流具有低噪音的特点，可以减少电器设备的噪音干扰，提高使用体验。

适用范围广

纯正弦波逆变器可以适用于太阳能发电、风力发电、电动汽车、UPS等领域，具有很广的应用前景。

IGBT综述　　1．1 IGBT的结构特点　　IGBT是大功率、集成化的“绝缘栅双极晶体管”(Insulated Gate Bipolar Transistor)。它是80年代初集合大功率双极型晶体管GTR与MOSFET场效应管的优点而发展的一种新型复合电子器件，兼有MOSFET的高 输入阻抗和GTR的低导通压降的优点。图1所示为N沟道增强型垂直式IGBT单元结构，IGBT采用沟槽结构，以减少通态压降，改善其频率特性。并采用 NFT技术实现IGBT的大功率。IGBT用MOSFET作为输入部分，其特性与N沟道增强型。MOS器件的转移特性相似，形成电压型驱动模式，用GTR 作为输出部件，导通压降低、容量大，不同的是IGBT的集电极IC受栅一射电压UCE的控制，导通、关断由栅一射电压UCE决定。　　目前大部分逆变器都采用IGBT和IPM作为开关器件，由IGBT基本组合单元与驱动、保护以及报警电路共同构成的智能功率模块(IPM)已成为IGBT智能化的发展方向，将IGBT的驱动电路、保护电路及部分接口电路和功率电路集成于一体的功率器件。35 kW等级的DC 600 V逆变器一般采用1 200 V／300 A模块，IGBT和IPM分为单单元和双单元，3只双单元模块可构成i相逆变器主电路，如图2所示。　　1．2 IGBT轨道车辆在供电系统中的应用　　轨道车辆中广泛采用IGBT模块构成牵引变流器以及辅助电源系统的恒压恒频(CVCF)逆变器。国外的地铁或轻轨车辆辅助系统都采用方案多样的 IGBT器件。德国针对机车牵引需开发适用于750 V电网的1．7 kVIGBT和用于1 500 V电网的3．3 kV IGBT模块，简化了牵引逆变器主电路的结构。日本的700系电动车组的三点式主变流器．采用大功率平板型IGBT(2 500 V／1 800 A)，整流器和逆变器的每个桥臂可用1个IGBT元件，从而使IGBT组件在得到简化的同时，功率单元总体结构也变得紧凑。　　我国引进法国Alstom公司的200 km／h动车组中，主变流器的开关使用耐压高达6 500 V／600 A的IGBT器件，辅助变流器采用开关频率为1 950 Hz的PWM技术，由3台双IGBT和相关反并联二极管组成，每台双IGBT组成三相中的一相；上海轨道交通3号线车辆是其辅助系统由电压等级为330 V的IGBT构成2点式逆变器直接逆变；广州地铁1号线车辆上的辅助系统采用IGBT双重直-直变换器带高频变压器实现电气隔离；深圳地铁一期采用6个用 作牵引逆变器的IGBT模块和2个用于制动斩波器的IGBT模块完成牵引逆变功能：天津滨海动车组主电路采用IGBT电压型三相直一交逆变器，辅助电源的 逆变器采用IGBT元件的逆变器，开关容量为3 300 V／800 A。　　2 IGBT在DC 600 V中的应用　　2．1 DC 600 V客车供电系统简介　　DC 600 V空调客车供电系统采用机车集中整流，客车分散逆变方式，构成了整个列车的交一直一交变流供电系统。工作过程为：电力机车将25 kV电网单相交流电降压、整流、滤波成DC 600 V后给客车供电，客车根据用电设备的需要，将机车提供的DC 600 V变换成单、三相交流电及DC 110 V。系统采用两套独立供电。具有一定的冗余，客车供电的基本原理图如图3所示。　　2．2 IGBT在DC 600 V供电系统逆变器中的应用　　空调客车使用2个由IGBT模块组成的35 kW逆变器供电，逆变器主电路原理如图4所示，主要由下功能模块构成：　　(1)由KMl、KM3电磁接触器组成的输入输出隔离电路，主要功能是在逆变器、输入电路或输出负载发生故障时实施隔离，防止故障扩散。　　(2)由滤波电容C1，C2组成的中间支撑电路，主要功能是滤平输入电路的电压纹波，当负载变化时，使直流电压平稳。由于逆变器功率较大，因此 滤波电容的容量较大，一般使用电解电容。由于电容自身参数的离散，使得串联的2只电容电压无法完全一致．采用电容两端并联均压电阻的方法，图4中的R1、 R2，其另一个作用是在逆变器停止工作时，放掉电容器的电荷。　　(3)由R0和KM2组成的缓冲电路，工作原理为：在输入端施加电压时，先通过缓冲电阻R0对电容充电。当电容电压充到一定值时(比如540 V)，KM2吸合，将R0短路。只有电阻R0短路，三相逆变电路才能启动工作。　　(4)由L1～L3和C1～C3，组成的交流滤波电路，可将逆变器输出的PWM波变成准正弦波。　　(5)由V1～V6组成的桥式三相逆变主电路是逆变器的核心电路。图4为三相逆变器的主电路图，输入端为A、B，输出为U、V、W。图5中V1～V6的导通顺序，阴影部分为各个IGBT的导通时间。每一格的时间为π／3，三相线电压的波形如图5所示。 　由图4看出，U、V、W三者之间的相位差为2π／3，幅值与直流电压Ud相等。由此可见，只要按照一定的顺序控制6个逆变器的导通与截止，就可把直流电逆变成三相交流电。　　(6)如果将方波电压按照正弦波的规律调制成一系列脉冲，即使脉冲系列的占空比按正弦规律排列，当正弦值为最大时，脉冲的宽度也最大；反之，当 正弦值为最小时．脉冲的宽度也最小，把脉冲的宽度调制的越细．即一个周期内脉冲的个数越多，调制后输出的波形越好，电动机负载的电流波形越接近于正弦波， 图6为负载波形。　　3 IGBT在DC 600 V供电系统中的保护　　由于IGBT的耐过压和耐过流能力较差，一旦出现意外就会损坏，因此必须对IGBT进行保护，客车DC 600 V供电系统逆变器的IGBT模块有过压、欠压保护，过流、过载、过热等保护功能。　　3．1 过压和欠压保护　　使用IGBT作开关时．由于主网路的电流突变，加到IGBT集电-发射问容易产生高直流电压和浪涌尖峰电压。直流过电压的产生是输入交流电或 IGBT的前一级输人发生异常所致。解决方法是在选取IGBT时进行降额设计；也可在检测m过压时分断IGBT的输入，IGBT的安全。目前，针对浪涌尖 峰电压采取的措施有：　　(1)在工作电流较大时，为减小关断过电压，应尽量使主电路的布线电感降到最小；　　(2)设置如图7所示的RCD缓冲电路吸收保护网络，增加的缓冲二极管使缓冲电阻增大，避免导通时IGBT功能受阻的问题。　　对于由接触网电压的波动而造成的输出欠压，逆变器可以不停止工作，而是采取降频降压的方式，即当输人电压低于540 V时，逆变器按照Y／F=C(常数)的规律降频降压工作。　　3．2 过流与过载保护　　空调客车的IGBT模块逆变器具备承受电动机负载突加与突减的能力：当输出侧和负载发生短路时，逆变器能立即封锁脉冲输出，并停止工 作，IGBT产生过电流的原因有晶体管或二极管损坏、控制与驱动电路故障或干扰引起的误动、输出线接错或绝缘损坏等形成短路、逆变桥的桥臂短路等。 IGBT承受过电流的时间仅为几微秒。通常采取的过流保护措施有软关断和降低栅极电压两种。　　软关断抗干扰能力差，一旦检测到过流和短路信号就关断，容易发生误动，往往启动保护电路，器件仍被损坏。降低栅极电压则是在检测到器件过流信号 时，立即将栅极电压降到某一电平，此时器件仍维持导通，使过电流值不能达到最大短路峰值，就可避免IGBT出现锁定损坏。若延时后故障信号仍然存在，则关 断器件；若故障信号消失，驱动电路可自动恢复正常工作状态．大大增强了抗干扰能力。　　当逆变器的输出超过其自身的输出能力，称为过载，逆变器的过载检测靠输出侧的电流或输入侧的直流电流传感器。一般情况下逆变器的过载保护为反时限特性。即设定过载电流为额定电流的1．5倍持续1 min后保护，而低于1．5倍可延长保护动作时间。而高于1．5倍时则保护动作的时间小于1 min。　　3．3 过热保护　　当逆变器的散热器温度超过允许温度时，散热器的热保护继电器给出信号让逆变器的控制电路自动封锁脉冲，停止工作。通常流过IGBT的电流较大， 开关频率较高，故器件的损耗较大。若热量不能及时散掉，器件的结温将会超过最大值125℃，IGBT就可能损坏。散热一般是采用散热器，可进行强迫冷却。 实际应用中，采用普通散热器与强迫冷却相结合的措施。并在散热器上安装温度开关，可在靠近IGBT处加装一温度继电器，以检测IGBT的工作温度。同时， 控制执行机构在发生异常时切断IGBT的输入，以保护其安全。　　4 结语　　IGBT模块开关具有损耗小、模块结构便于组装、开关转换均匀等优点。已越来越多地应用在铁路客车供电系统中。在应用IGBT时，应根据实际情况对过流、过压、过热等采取有效保护措施，以保证IGBT安全可靠地运行。