东北石油大学。
课程设计。2023年 11 月 15 日。
东北石油大学课程设计任务书。
课程电力电子技术课程设计。
题目基于igbt的ups设计。
专业电气工程及其自动化姓名学号 070603140225
主要内容、基本要求、主要参考资料等。
主要内容：主要介绍绝缘栅双极晶体管（igbt）在不间断电源ups系统中的应用情况，运用电子**软件matlab进行建模**，并分析igbt 在ups 中损坏的主要原因和实际应用中应注意的问题。
基本要求：设计系统和各环节原理清楚，电路图正确。对系统进行matlab建模**得出正确波形。
参考资料：1] 王兆安，黄俊。电力电子技术[m].北京：机械工业出版社，2005.9.
2] 陈伯时．电力拖动自动控制系统[m]．北京：机械工业出版社，2003．4．
3] 孙流芳，牛新国，边萌．电气传动自动化技术手册[m]．北京：机械工业出版。
社，1992．9．
[4] 李维波。熟悉powergui和multimeter功能模块[j].matlab在电气工程中的应用，2006，(1):330-336.
完成期限 2010.11.8至2010.11.15
指导教师高金兰姚建红
专业负责人。
2023年 11 月 5 日。
目录。1 设计内容 1
2 方案设计 1
2.1方案介绍 1
2.2主电路设计 1
3 各主要部分工作原理 2
3.1 整流器部分 2
3.2 逆变器和充电器部分 3
3.3 蓄电池部分 5
3.4 转换开关部分 6
3.5 对方案的matlab** 7
4 igbt常见损坏及解决对策 9
4.1 igbt常见损坏形式 9
4.2 igbt损坏的解决对策 9
7 结论 10
参考文献 11
介绍绝缘栅双极晶体管（igbt）在不间断电源系统中的应用情况，运用电子**软件matlab进行建模**，分析igbt 在ups 中损坏的主要原因和实际应用中应注意的问题。
2.1方案介绍。
在ups 中使用的功率器件有双极型功率晶体管、功率mosfet、可控硅和igbt，igbt 既有功率mosfet 易于驱动，控制简单、开关频率高的优点，又有功率晶体管的导通电压低，通态电流大的优点、使用igbt 成为ups 功率设计的首选，只有对igbt的特性充分了解和对电路进行可靠性设计，才能发挥igbt 的优点。本文介绍ups 中的igbt 的应用情况和使用中的注意事项。
绝缘栅双极型晶体管（igbt）是一种mosfet 与双极晶体管复合的器件。它既有功率mosfet 易于驱动，控制简单、开关频率高的优点，又有功率晶体管的导通电压低，通态电流大，损耗小的显著优点。据东芝公司资料，1200v/100a 的igbt 的导通电阻是同一耐压规格的功率mosfet 的1/10，而开关时间是同规格。
gtr 的1/10。由于这些优点，igbt广泛应用于不间断电源系统（ups）的设计中。这种使用igbt 的**式ups 具有效率高，抗冲击能力强、可靠性高的显著优点。
ups 主要有后备式、**互动式和**式三种结构。**式ups 以其可靠性高，输出电压稳定，无中断时间等显著优点，广泛用于通信系统、税务、金融、**、电力、铁路、民航、**机关的机房中。本文以**式为介绍对象，介绍ups 中的igbt 的应用。
2.2主电路设计。
如图2.1 所示：当市电正常时，经滤波，分3路去控制后级电路：
第1路是交流电整流变换为直流电，经充电器对蓄电池组进行浮充电；第2路是经过整流器和大电容滤波变为较为平稳的直流电，再由逆变器变换为稳压稳频的交流电，通过转换开关输送给负载；第3路是转换开关的控制，如果逆变器出现故障，在逻辑控制电路调控下，ups转为市电直接给负载供电。
当市电出现故障(供电中断、电压过高或过低)，ups工作程序如下：关闭充电器，停止对蓄电池充电；逆变器改为由蓄电池供电，维持负载电能的连续性。
图2.1 设计方案——**式不间断电源主电路。
3.1 整流器部分。
图3.1 单桥式整流。
1）部件组成：降压（升压）变压器，单相桥式全控整流电路。经过变压器的合适交流电，送入桥式全控整流电路，在桥式全控中触发电路的控制下，进行整流。输出直流电压。
2）说明：整流器是ups的重要组成部分，它具有两个主要功能：第一，将市电交流电转换为直流电，经滤波后供给逆变器；第二，给蓄电池提供充电电压，因此可起到充电器的作用。
通常，ups中的整流器有如下几方面的要求：
(1)整流器的输出电压的大小要能调节，以满足对蓄电池进行浮充电和均衡充电的要求。
(2)整流器的输出要稳定，一般稳态精度要达到1％。
(3)具有一定的过载能力。
(4)整流器的输出电压的纹波要小，一般要求在额定负载时小于额定输出电压的1％。
(5)具有过载、短路、过热、过电压、欠电压等保护和报警功能。
(6)启动要平稳，运行要稳定可靠。
3.2 逆变器和充电器部分。
逆变器是ups的核心部分，负责把整流滤波后得到的直流电或蓄电池存储的直流电转化为用户所需的稳压稳频的交流电能。对于大多数ups来说，逆变器输出电压质量的高低，在很大程度上决定了整个ups的性能。
图3.2 ups中有源功率因数校正及半桥式逆变器主电路。
1）组成：如图3.2所示有：
可控硅q1,q2组成整流电路；开关t1,t2，和电感l1,l2以及直流电容c3,c4构成双boost功率因数校正pfc环节；开关管t3、t4，电容c3和c4构成半桥逆变电路；l3、c5构成低通滤波器。其中pfc环节在电池工作时用作电池升压，实现电池电压270v升到390v的转换。
2）电路工作说明：
1)市电模式工作原理。
正半周晶闸管q1开通整流：q1、l1和t1组成一个升压型apfc电路。igbt半桥上管t1工作，开通时经过l、l1、q1、n通路为电感l1储能，关断时经过l、 l1 、d1、c3、n通路为+bus充电。
负半周晶闸管q2开通整流：q2、l2和t2组成一个升压型apfc电路。igbt半桥下管t4工作，开通时经n、l2、t2、l为电感l2储能，关断时经n、l2、d2、c4、l为-bus充电。
工作原理为：正半周l1、t1、c3组成升压型功率因数校正电路，检测输入电压电流和+bus电压反馈来控制t1的开通关断实现功率因数校正；负半周l2、t2、c4组成升压型功率因数校正电路，检测输人电压电流和一bus电压反馈来控制t2的开通关断来实现功率因数校正。
2)电池模式工作原理。
电池模式下的丁作情况要复杂一些，可分为4种工作状态：
1)上下管一起开通，电池电压经t1和t2为电感上l1、l2储能。
2)上管通、下管断，电池电压经l1、t1、c4形成闭合回路，-bus电容c4充电。
3)上管断、下管通，电池电压经l2、t2、c3形成闭合回路，+bus电容c3充电。
4)上下管二起关断，bus电容为负载放电。
工作原理为：电池模式下通过同步信号使两管一起开通，然后根据+bus和－bus反馈信号的不同，决定关断的顺序，以达到调节两个bus电压平衡的目的。可以看出与市电模式下不同的是，市电情况下，t1的占空比决定了+bus的电压，而在电池模式下则相反，因而在电池模式下的控制也不同，是+bus的电压反馈用来控制t2， -bus的电压反馈用来控制t1。
这样才可以实现控制目的。
3）常规的ups对逆变器的要求如下：
1)能输出一个电压稳定的交流电，无论是输入电压出现波动还是负载发生变化，它都要达到一定的电压稳定精度，静态时一般小于±2％。
2)能输出频率稳定的交流电，要求该交流电能达到一定的频率稳定精度，静态时一般为土0.5％。
3)输出的电压及其频率，要在一定的范围内可以调节。一般输出电压可调范围不小于±5％，输出频率可调范围不小于±2hz。
4)具有一定的过载能力，一般能过载125％～150％，当过载150％时要能持续30s，过载125％时要能维持l min或更长时间。
5)输出电压的波形，含谐波成分应尽量小，一般输出波形的失真率控制在5％以内，这样有利于缩小滤波器的体积。具有短路、过载、过热、过电压、欠电压等保护和报警功能。
6)启动要平稳，起动电流要小，运行要稳定可靠。
7)应具有快速的暂态响应。
3.3 蓄电池部分。
1）蓄电池的种类及其工作原理。
ups电源要求蓄电池必须具有在短时间内输出大电流的特性，供电时间能维持10分钟左右。常用的蓄电池有3种，它们都属于铅酸电池：经济型的hs型电池和适合于低温工作的ahh型电池；适用于长放电时间要求的cs型电池；小型密封式m型电池。
目前在中小型ups电源中被广泛使用的是无需维护的密封式铅酸m型蓄电池，它的**比较贵，大约占ups电源总生产成本的1／4～2／5。
电力电子课程设计
课程设计任务书。设计题目 单相全控桥式晶闸管整流电路的设计。课程 电力电子技术 系 部 电气工程学院 专业。班级。学生姓名 学号 指导教师 赵瑞林 课程设计任务书。一 课题 单相全控桥式晶闸管整流电路的设计。二 设计意义及目的 通过课程设计，一方面使学生对本课程所学内容加深理解，另一方面让学生熟悉工...
电力电子课程设计
苏州市职业大学。课程设计说明书。名称 dc dc变换器的设计与调试。11年12月19日至 11年12月23日共 1 周。院系电子信息工程系 班级 10电气3班。姓名张帅。学号 107301342 系主任张红兵 教研室主任陆春妹 指导教师张波 目录。第一章绪论 3 1.1电力电子学基础介绍 3 1.2...
电力电子课程设计
烟台南山学院。课程题目 三相桥式全控整流电路的研究。学生姓名 王振文。学院 自动化工程学院。班级 07级电气统本一班。学号 2007080060 指导老师 李训杰。内容提要。全控整流电路技术在工业生产上应用极广。如调压调速直流电源 电解及电镀的直流电源等。把交流电变换成大小可调的单一方向直流电的过程...