三相半波有源逆变电路
三相半波有源逆变器（电阻负载）原理图
二、模型参数设置
1、电压源
三相交流电源通过三个频率为 两两相差120° , A 相的设置如右图所示， 另外两相设置为 B
三相半波有源逆变电路仿真
亠、电路图及工作原理
当α>90°时I d 的方向如图所示， E m 的极性与晶闸管的导通方向 致，且丨E m l > I U L 丨，此时
的U b 极性为负，电流由直流侧 送到交流侧，电网吸收功率，实 现逆变
U
i :
U a U
)
U i
I d
i
V3
50Hz 、幅值为 220V 、相位
相相位滞后A相120 ° , PhaSe设置为-120 ° , C相相位超前
A 相120 ° , PhaSe 设置为120 °,测量“ measurements”三
相都要选Voltage ,以便使用万用表测量电压
BlOCk Parameters: A§ S3
2、电压电流测量
由于同步6脉冲触发器的AB,BC,CA端为同步线电压输入端，而三相电源提供的是相电压所以要通过三个电压表进行转换，其他电流电压测量无需设置直接使用
3、常量
本系统使用两个常量模块，一个提供触发角α的值，一
个设置为0连接同步6脉冲触发器的使能端Block ,使其能
正常工作。如下图所示:
4、分路器和多路选择器
分路器输出 NumberS OfOutPutS 选3 多路选择器输入 NUmberS of inputs 选3
5、同步6脉冲触发器
频率设置为50Hz ，脉冲用宽脉冲设置为
10 如图所示：
如图所示
寸
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三、仿真结果
设置触发脉冲α分别为100 °、120 °、150 °、170°。
其产生的相应波形分别如图所示。在波形图中第一列为VT1、VT3、VT5脉冲电压波形，第二列列为负载电流i d波形，第三
列为负载电压U d波形，第四列为三相电源相电压L A、U B、U C
波形，
电阻负载触发角a =100
单相桥式有源逆变电路设计
长江职业学院 电力电子技术课程设计报告 学院：机电学院 学生姓名：余鸿 指导教师：李莎 专业：电气自动化 班级：电气1401 日期： 2015.12 单相桥式有源逆变电路设计 摘要：整流与逆变一直都是电力电子技术的热点之一。桥式整流 是利用二极管的单向导通性进行整流的最常用的电路。常用来将 交流电转化为直流电。从整流状态变到有源逆变状态，对于特定 的实验电路需要恰到好处的时机和条和方法已成熟十几年了，随 件。基本原理着我国交直流变换器市场迅猛发展，与之相应的核 型技术应用于发展比较将成为业内企业关注的焦点。在逆变电路
中，把直流电能经过直交变换，向交流电源反馈能量的变换电路称之为有源逆变电路，相应的装置称为有源逆变器。 关键词：整流逆变桥式有源逆变。 1前言 目前，整流设备的发展具有下列特点：传统的相控整流设备已经被先进的高频开关整流设备所取代。系统的设计已经由固定式演化成模块化，以适应各种等级、各种模块通信设备的要求。加上阀控式密封铅酸蓄电池的广泛应用，为分散供电创造了条件。从而大大提高了通信网运行可靠和通信质量。高频开关整流器采用模块化设计、N1配置和热插拨技术，方便了系统的扩展，有利于设备的维护。由于整流设备和配电设备等配备了微机监控器，使系统设备具有了智能化管理功能和故障保护及自保护功能。新旗舰、新技术、新材料的应用，使高频开关整流器跃上了一个新台阶。逆变与整流相对应，直流电变成交流电。交流侧接电网，为有源逆变。交流侧接负载，为无源逆变。有源逆变的条件：负载侧存在一个直流电源E，由他提供能量，其电势极性与变流器的整流电压相反，对晶闸管为正向偏置电压；变流器在起直流侧输出应有一个与原整流电压相反的逆变电压U，其平均值U 单相桥式全控整流及有源逆变电路的MATLAB 仿真 图1 单相桥式全控整流 知识点回顾： 整流(AC/DC)就是将交流变化为方向不变，大小为纹波的直流，相信大家都很清楚，这里就不详细介绍整流啦！ 逆变(DC/AC)，按负载性质的不同，逆变分为有源逆变和无源逆变。如果把逆变电路的交流侧接到交流电源上，将直流电能经过直—交变换，逆变成与交流电源同频率的交流电返回到电网上去，叫有源逆变，其相应的装置是有源逆变器。而将直流电能经过变换逆变成交流电能直接消耗在非电源性负载上者，叫无源逆变，其相应的装置是变频器。 逆变与整流是变流装置的两种不同工作状态，能在同一套变流装置上实现，只是其工作条件不一样而已。首要条件是变流装置内部，使直流电压d U 改变极性，从而使功率的流向有可能发生逆转。当控制角?<≤ 900α时， 变流装置工作在整流状态，直流电压d U 与直流电流d I 是同一方向，装置将交流电能转换成直流电能供给直流负载；当控制角?≤< ?18090α时，变流装置工作在逆变状态，由于晶闸管的单向导电性，电流d I 方向不变，而直流 电压d U 改变了极性，装置将直流电能转换成交流电能输向电网或非电源性负载。其次是外部调件，必须是提供直流能源，而且是d U E > 。 仿真环境： MATLAB (R2009b) 实验一：电感性负载整流 1.电路搭建 元件路径 晶闸管T SimPowerSystems/Power Electronics/Thyristor 交流电源AC100V SimPowerSystems/Electrical Sources/AC Voltage Source 脉冲发生器Pulse Generator Simulink/Sources/Pulse Generator 支路RLC SimPowerSystems/Elements/Series RLC Branch 电压测量Vd SimPowerSystems/Measurements/Voltage Measurement 电流测量SimPowerSystems/Measurements/Current Measurement 示波器Scope Simulink/Sinks/Scope 选择器Selector Simulink/Signal Routing/Selector 3.参数设置 电力电子技术课程设计报告 有源逆变电路的设计 姓名 学号 年级20级 专业电气工程及其自动化 系（院） 指导教师 2012年12 月10 日 课程设计任务书 课程《电力电子技术》 题目 有源逆变电路的设计 引言 任务： 在已学的《电力电子技术》课程后，为了进一步加强对整流和有源逆变电路的认识。可设计一个三相全控桥式整流电路及有源逆变电路。分析两种电路的工作原理及相应的波形。通过电路接线的实验手段来进行调试，绘制相关波形图 要求： a. 要有设计思想及理论依据 b. 设计出电路图即整流和有源逆变电路的结构图 c. 计算晶闸管的选择和电路参数 d. 绘出整流和有源逆变电路的u d(t)、i d(t)、u VT(t)的波形图 e. 对控制角α和逆变β的最小值的要求 设计题目三相全控桥式整流及有源逆变电路的设计 一．设计目的 1．更近一步了解三相全控桥式整流电路的工作原理，研究全控桥式整流电路分别工作在电阻负载、电阻—电感负载下Ud, Id及Uvt的波形，初步 认识整流电路在实际中的应用。 2．研究三相全控桥式整流逆变电路的工作原理，并且验证全控桥式电路在有源逆变时的工作条件，了解逆变电路的用途。 二．设计理念与思路 晶闸管是一种三结四层的可控整流元件，要使晶闸管导通，除了要在阳极—阴极间加正向电压外，还必须在控制级加正向电压，它一旦导通后，控制级就失去控制作用，当阴极电流下降到小于维持电流，晶闸管回复阻断。因此，晶闸管的这一性能可以充分的应用到许多的可控变流技术中。 在实际生产中，直流电机的调速、同步电动机的励磁、电镀、电焊等往往需要电压可调的直流电源，利用晶闸管的单向可控导电性能，可以很方便的实现各种可控整流电路。当整流负载容量较大时，或要求直流电压脉冲较小时，应采用三相整流电路，其交流侧由三相电源提供。三相可控整流电路中，最基本的是三相半波可控整流电路，应用最广泛的是三相桥式全控整流电路。三相半波可控电路只用三只晶闸管，接线简单，但晶闸管承受的正反向峰值电压较高，变压器二次绕组的导电角仅120°，变压器绕组利用率较低，并且电流是单向的，会导致变压器铁心直流磁化。而采用三相全控桥式整流电路，流过变压器绕组的电流是反向电流，避免了变压器铁芯的直流磁化，同时变压器绕组在一个周期的导电时间增加了一倍，利用率得到了提高。 逆变是把直流电变为交流电，它是整流的逆过程，而有源逆变是把直流电经过直-交变换，逆变成与交流电源同频率的交流电反送到电网上去。逆变在工农业生产、交通运输、航空航天、办公自动化等领域已得到广泛的应用，最多的是交流电机的变频调速。另外在感应加热电源、航空电源等方面也不乏逆变电路的身影。 在很多情况下，整流和逆变是有着密切的联系，同一套晶闸管电路即可做整流，有能做逆变，常称这一装置为“变流器”。 三．关键词 对于大多数应用场合需要的是工频电源，例如我们的电冰箱，洗衣机，电风扇等都需要正弦波的220伏、50赫兹电源，各种动力设备，远距离输电也都需要正弦波的交流电。更多的太阳能光伏发电装置输出的是正弦波交流电，目前生成正弦波仍采用前面介绍的全桥电路，只是对开关晶体管的控制采用PWM脉宽调制或移相控制或调频控制等方式。这里仅介绍最常用的PWM脉宽调制方式。 面积等效原理转换 把直流电转换成正弦波交流电是根据根据面积等效原理，在图1上图中的正弦半波（红线）分成n等份，把正弦半波看成是由n个彼此相连的矩形脉冲组成的波形，为简单清晰，划分为7等份。7个脉冲的幅值按正弦规律变化，每个脉冲面积与相对应的正弦波部分面积相同，这一连续脉冲就等效正弦波。 图1 用面积等效原理转换为SPWM波形 如果把上述脉冲序列改为相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲（图1下图），脉冲中心位置不变，并且使该矩形脉冲面积和上图对应的矩形脉冲相同，得到图1下图所示的脉冲序列，脉冲宽度按正弦波规律变化，这就是PWM波形。根据面积等效原理，PWM波形和正弦半波是等效的，图中红线就是该序列波形的平均值。 对于正弦波的负半周，也可以用同样的方法得到PWM 波形。这种脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形，也称SPWM波形。要改变等效输出的正弦波的幅值时，只需按照同一比例系数改变上述各脉冲的宽度即可。 SPWM波形的生成 输出SPWM波形仍需全桥逆变电路，在“光伏用DC-DC变换器”课件中已介绍过这种电路，通过控制开关晶体管的通与断在负载上产生交变电压，见图2。 s 图2 全桥逆变电路的工作状态 输出SPWM波形的矩形波必须生成序列的控制信号来控制桥式电路中开关晶体管的通与断，普遍使用的是调制法来生成控制信号，可采取单极性调制也可采用双极性调制来生成控制信号，下面介绍常用的单极性调制方式。 图3上部分是SPWM波形控制信号生成的原理图，下部分是生成的SPWM波形。在调制法中，把所希望输出的波形称为调制波ur，把接受调制的信号称为载波uc，通常采用等腰三角波作为载波，正弦波作为调制信号。在两波交点时对电路中的开关器件进行通断控制，就可得到宽度正比于调制信号幅值的脉冲。 在ur正半周时，T2与T3保持关断，在ur和uc的交点时刻控制开关晶体管T1与T4开通与关断：当ur＞uc时控制T1与T4导通，R上的电压为Ud，当ur＜uc时控制T1与T4关断，R上的电压为0。在ur负半周时，T1与T4保持关断，当uc＞ur时控制T3与T2导通，R上的电压为-Ud，当uc＜ur时控制T1与T4关断，R上的电压为0。这样在R上产生宽度按正弦波规律变化的SPWM波形，见图2下图，其中红线uof表示输出等效的正弦波交流电电压。 SPWM逆变器输出的正弦波交流电电压uof的峰值uofm小于输入的直流电压ud，把uofm/ud 称为直流电压利用率，对于单相SPWM电路直流电压利用率的理论值最大为1，实际上由于种种原因，直流电压利用率要小于1。对于输出相电压（有效值）为220V单相交流电的逆变电路输入直流电压要高于310V。 SPWM逆变器输出电压与ur/uc成正比，保持载波uc不变，改变调制波ur的大小即可控制输出交流电压的大小。当然，调制波ur峰值要小于载波uc峰值。 实验报告 课程名称：现代电力电子技术 实验项目：单相桥式全控整流及有源逆变电路实验实验时间： 2012/10/19 实验班级： 总份数： 指导教师：朱鹰屏 自动化学院电力电子实验室 二〇〇年月日 广东技术师范学院实验报告 学院：自动化学院专业：电气工程及其自 动化 班级：成绩： 姓名：学号：组别：组员： 实验地点：电力电子实验室实验日期：10/19指导教师签名： 实验（一）项目名称：单相桥式全控整流及有源逆变电路实验1.实验目的和要求 (1)加深理解单相桥式全控整流及逆变电路的工作原理。 (2)研究单相桥式变流电路整流的全过程。 (3)研究单相桥式变流电路逆变的全过程，掌握实现有源逆变的条件。 (4)掌握产生逆变颠覆的原因及预防方法。 2.实验原理 图3-8为单相桥式整流带电阻电感性负载，其输出负载R用D42三相可调电阻器，将两个900Ω接成并联形式，电抗Ld用DJK02面板上的700mH，直流电压、电流表均在DJK02面板上。触发电路采用DJK03-1组件挂箱上的“锯齿波同步移相触发电路Ⅰ”和“Ⅱ”。 图3-9为单相桥式有源逆变原理图，三相电源经三相不控整流，得到一个上负下正的直流电源，供逆变桥路使用，逆变桥路逆变出的交流电压经升压变压器反馈回电网。“三相不控整流”是DJK10上的一个模块，其“心式变压器”在此做为升压变压器用，从晶闸管逆变出的电压接“心式变压器”的中压端Am、Bum，返回电网的电压从其高压端A、B输出，为了避免输出的逆变电压过高而损坏心式变压器，故将变压器接成Y/Y接法。图中的电阻R、电抗Ld和触发电路与整流所用相同。有关实现有源逆变的必要条件等内容可参见电力电子技术教材的有关内容。 3.主要仪器设备 湘潭大学 课程设计报告书题目：三相桥式PWM逆变电路设计 学院信息工程学院 专业自动化 学生 同组成员 指导教师 课程编号 课程学分 起始日期 目录 一、课题背景 (1) 二、三相桥式SPWM逆变器的设计内容及要求 (2) 三、SPWM逆变器的工作原理 (3) 1.工作原理 (4) 2.控制方式 (5) 3.正弦脉宽调制的算法 (8) 四、MATLAB仿真分析 (17) 五、电路设计 (11) 1.主电路设计 (11) 2.控制电路设计 (12) 3.保护电路设计 (14) 4.驱动电路设计 (15) 六、实验总结 (21) 附录 (22) 参考文献 (23) 三相桥式SPWM逆变电路设计 一、课题背景 随着电力电子技术的飞速发展，正弦波输出变压变频电源已被广泛应用在各个领域中，与此同时对变压变频电源的输出电压波形质量也提出了越来越高的要求。对逆变器输出波形质量的要求主要包括两个方面：一是稳态精度高；二是动态性能好。因此，研究开发既简单又具有优良动、静态性能的逆变器控制策略，已成为电力电子领域的研究热点之一。 在现有的正弦波输出变压变频电源产品中，为了得到SPWM波，一般都采用双极性调制技术。该调制方法的最大缺点是它的6个功率管都工作在较高频率(载波频率)，从而产生了较大的开关损耗，开关频率越高，损耗越大。本实验针对正弦波输出变压变频电源SPWM 调制方式及数字化控制策略进行了研究，以SG3525为主控芯片，以期得到一种较理想的调制方法，实现逆变电源变压、变频输出。 正弦逆变电源作为一种可将直流电能有效地转换为交流电能的电能变换装 置被广泛地应用于国民经济生产生活中 ,其中有:针对计算机等重要负载进行断电保护的交流不间断电源 UPS (Uninterruptle Power Supply) ;针对交流异步电动机变频调速控制的变频调速器;针对智能楼宇消防与安防的应急电源 EPS ( Emergence Power Supply) ;针对船舶工业用电的岸电电源 SPS(Shore Power Supply) ;还有针对风力发电、太阳能发电等而开发的特种逆变电源等等.随着控制理论的发展与电力电子器件的不断革新 ,特别是以绝缘栅极双极型晶体管 IGBT( Insulated Gate Bipolar Transistor)为代表的自关断可控型功率半导体器件出现 ,大大简化了正弦逆变电源的换相问题 ,为各种 PWM 型逆变控制技术的实现提供了新的实现方法 ,从而进一步简化了正弦逆变系统的结构与控制. 电力电子器件的发展经历了晶闸管（SCR）、可关断晶闸管（GTO）、晶体管（BJT）、绝缘栅晶体管（IGBT）等阶段。目前正向着大容量、高频率、易驱动、低损耗、模块化、复合化方向发展，与其他电力电子器件相比，IGBT具有高可靠性、驱动简单、保护容易、不用缓冲电路和开关频率高等特点，为了达到这些高性能，采用了许多用于集成电路的工艺技术，如外延技术、离子注入、精细光刻等。 IGBT最大的优点是无论在导通状态还是短路状态都可以承受电流冲击。它的并联不成问题，由于本身的关断延迟很短，其串联也容易。尽管IGBT模块在大功率应用中非常广泛，但其有限的负载循环次数使其可靠性成了问题，其主要失效机理是阴极引线焊点开路和焊点较低的疲劳强度，另外,绝缘材料的缺陷也是一个问题。 电气与电子信息工程学院计算机控制课程设计 单相半桥无源逆变电路设计设计题目：（专升本）班专业班级：电气工程及其自动化2010 学号： 2 勇姓名：朱 组人：严康孙希凯同黄松柏指导教师：南光群 2011/11/21 设计时间：2011/11/13～ 电力电子室设计地点：课程设计成绩评定表电力电子 学勇 2 姓名朱单相半桥无源逆变电路设计课程设计题 26 / 1 26 / 2 指导教师签字： 日20 12 月2011年 《电力电子课程设计》课程设计任务书 1学期2012 学年第～2011 2010电气工程及其自动化勇专业班级学生姓名：朱 专升本 工作部门：电气学院电气自动化教指导教师：南光群、黄松柏研室 一、课程设计题目： 单相桥式晶闸管整流电路设计1. 2. 三相半波晶闸管整流电路设计 3. 三相桥式晶闸管整流电路设计降压斩波电路设计 4. 升压斩波电路设计5. 单相半桥无源逆变电路设计6. 7. 单相桥式无源逆变电路设计单相交流调压电路设计8. 逆变器设计SPWM9. 三相桥式26 / 3 二、课程设计内容 1. 根据具体设计课题的技术指标和给定条件，能独立而正确地进行方案论证和电路设计，要求概念清楚、方案合理、方法正确、步骤完整； 2. 学会查阅有关参考资料和手册，并能正确选择有关元器件和参数； 3. 编写设计说明书，参考毕业设计论文格式撰写设计报告（5000字以上）。 注：详细要求和技术指标见附录。 三、进度安排 1．时间安排 ．执行要求2电力电子课程设计共9个选题，每组不得超过6人，要求学生在教师的指导下，独力完成所设计的系统主电路、控制电路等详细的设计（包括计算和器件选型）。严禁抄袭，严禁两篇设计报告基本相同，甚至完全一样。 四、基本要求 （1）参考毕业设计论文要求的格式书写，所有的内容一律打印； 单相桥式全控整流电路 实验及有源逆变电路 Document serial number【NL89WT-NY98YT-NC8CB-NNUUT-NUT108】 重庆三峡学院 实验报告 课程名称电力电子技术 实验名称单相桥式全控整流电路实验 实验类型验证学时 2 系别电信学院专业电气工程及自动化 年级班别 2015级2班开出学期 2016-2017下期 学生姓名袁志军学号 4228 实验教师谢辉成绩 2017 年 5 月 14 日 U2(V)220220220220 U d(计算值)(V)99 计算公式:U d＝(1+cosα)/2 （2）60゜（3）90゜（1）30゜ U d ＝(1+cosα)/2 = U d ＝(1+cosα)/2 =99V U d ＝(1+cosα)/2 = （3）120゜ 七、注意事项 （1）在本实验中，触发脉冲是从外部接入DJKO2面板上晶闸管的门极和阴极，此时,应将所用晶闸管对应的正桥触发脉冲或反桥触发脉冲的开关拨向“断”的位置，并将U lf 及U lr 悬空，避免误触发。 （2）为了保证从逆变到整流不发生过流，其回路的电阻R 应取比较大的值，但也要考虑到晶闸管的维持电流，保证可靠导通。 八、思考题 实现有源逆变的条件是什么 1）外部条件：一定要有直流电源，其极性必须和晶闸管导通方向一致，其值应稍大于变流器直流侧平均电压。 2）内部条件：要求晶闸管的控制角a>90度，使Ud 为负值。 3）充分条件：电路支流回路中必须要有足够大的电感，以保证有源逆变连续进行。 九、实验总结 此次试验，进行了单相桥式全控整流电路实验，有四只晶闸管，两只桥臂，两两一组，分别采用互差180度的正反脉冲，由于要求各组晶闸管触发时间一致，对于实验精度高，要求严格。 实验前首先检查各个器件的完好性，避免接好线后盲目查找错误，特别是检查触发脉冲的情况。在实验中，出现了加脉冲后，晶闸管未工作的情况，经检查发现诸多晶闸管损坏，导致脉冲不起作用。 总之，在做实验时，要对实验熟悉，做到心中有数，严格按照实验步骤，切不可怀侥幸心理而不检查器件；在出现实验现象有误时，不要慌乱，借助实验仪器检查仪器，培养自己查错纠错的能力。 最后，我们用matlab 仿真完成了实验，完整观察了晶闸管，负载的电流，电压波形。 教师评语： U d ＝(1+cosα)/2 = 实验四三相全桥有源逆变电路 一、实验目的 1.加深理解三相桥式有源逆变电路的工作原理 2.研究三相桥式有源逆变电路逆变的全过程 3.掌握三相全桥有源逆变电路MATLAB的仿真方法，会设置各模块的参数。 二、预习内容要点 三相全桥有源逆变电路带阻感性负载在α所取不同角度下的运行情况。 三、实验仿真模型 三相全桥有源逆变电路 四、实验内容及步骤 对三相全桥有源逆变电路带阻感性负载在在α所取不同角 度下的运行情况进行仿真并记录分析改变脉冲频率时的波形。 （1）器件的查找 以下器件均是在MATLAB R2014a环境下查找的，其他版本类似。有些常用的器件比如示波器、脉冲信号等可以在库下的Sinks、Sources中查找；其他一些器件可以搜索查找 （2）三相对称正弦交流电源要求设置参数 Um=50V、f=50Hz初相位依次为0°、-120°、-240°。选择阻感性负载，R=2Ω，L=0.01H,C=inf 仿真波形及分析 α=30度时的波形 α=60度时的波形 α=90度时的波形 α=120度时的波形 α=150度时的波形 仿真波形图 从仿真结果可以看到α=30°和α=60°时，电路工作在整流状态，负载电压为正值，变流电路输出电压波形正面积大于负面积,平均电压大于零。当α=120°和α=150°时，负载电压为正值，输出电压波形正面积大于负面积，平均电压为负，电路工作在逆变状态；α=90°时，电路工作在中间态平均电压为0。 五、实验总结 采用Matlab/Simulink对三相半波有源逆变电路进行仿真分析,避免了常规分析方法中繁琐的绘图和计算过程,使 单相全桥和半桥无源逆变电路 学生姓名: 学号: 学院: 信息与通信工程学院专业: 自动化题目: MOSFET单相桥式无源逆变电路设计 (纯电阻负载) 指导教师: 职称: 2011年12月31日 中北大学 课程设计任务书 11/12 学年第一学期 学院: 信息与通信工程学院专业: 自动化学生姓名: 学号: 课程设计 题目: MOSFET单相桥式无源逆变电路设计 (纯电阻负载) 起迄日期: 12月25日, 12月31日课程设计地点: 电气工 程系实验中心指导教师: 系主任: 下达任务书日期: 2011年 12月 25 日 课程设计任务书 1(设计目的: 1)培养学生文献检索的能力，特别是如何利用Internet检索需要的文献资 料。 2)培养学生综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。 3)培养学生运用知识的能力和工程设计的能力。 4)提高学生课程设计报告撰写水平。 2(设计内容和要求(包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等): 设计内容: 1、设计一个MOSFET单相桥式无源逆变电路(纯电阻负载) 设计要求: 1)输入直流电压:U=100V; d 2)输出功率:300W; 3)输出电压波形:1KHz方波。 2、设计MOSFET单相半桥无源逆变电路(纯电阻负载) 设计要求: 1)输入直流电压:U=100V; d 2)输出功率:300W; 3)输出电压波形:1KHz方波。 3(设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计说明书、图纸、实物样品 等〕: 设计工作任务及工作量的要求: 1)根据课程设计题目，收集相关资料、设计主电路和触发电路; 2)用Multisim等软件制作主电路和控制电路原理图; 3)撰写课程设计报告——画出主电路、控制电路原理图，说明主电路的工作原理，完成元器件参数计算，元器件选型，说明控制电路的工作原理，用Multisim 或EWB等软件绘出主电路典型的输出波形(比较实际波形与理论波形)，绘出触发信号(驱动信号)波形，说明设计过程中遇到的问题和解决问题的方法，附参考资料。 课程设计任务书 4(主要参考文献: 1、樊立萍，王忠庆.电力电子技术.北京:北京大学出版社,2006 2、徐以荣，冷增祥.电力电子技术基础.南京:东南大学出版社，1999 3、王兆安,黄俊.电力电子技术.北京:机械工业出版社,2005 4、童诗白.模拟电子技术.北京:清华大学出版社, 2001 单相桥式全控整流电路 一、原理 图1.1为单相桥式全控整流带电阻电感性负载，图中DJK03是装置上的晶闸管触发装置。假设电路已工作于稳态。 在u2正半周期，触发角α处给晶闸管VT1和VT4加触发脉冲使其开通，ud=u2。负载中有电感存在时负载电流不能突变，电感对负载电流起平波作用，假设负载电感很大，负载电流id连续且波形近似为一水平线，u2过零变负时，由于电感的作用晶闸管VT1和VT4中仍流过电流id，并不关断。至ωt=π+α时刻，给VT3和VT2加触发脉冲，因VT3和VT2本已承受正电压，故两管导通。VT3和VT2导通后，u2通过VT3和VT2分别向VT1和VT4施加反压使VT1和VT4关断，流过VT1和VT4的电流迅速转移到VT3和VT2上，此过程成为换相，亦称换流。至下一周期重复上述过程，如此循环下去，其平均值为Ud=0.9U2。 图1.2为单相桥式有源逆变电路实验原理图，三相电源经三相不控整流，得到一个上负下正的直流电源，供逆变桥路使用，逆变桥路逆变出的交流电压经升压变压器反馈回电网。图中的电阻Rp、电抗Ld和触发电路与单相桥式整流电路相同。 产生有源逆变的条件如下： （1）要有直流电动势，其极性需和晶闸管的导通方向一致，其值应大于变流电路直流侧的平均电压。 （2）要求晶闸管的控制角α>π/2.，使Ud为负值。 两者必须同时具备才能实现有源逆变。 二、实验内容 （1）单相桥式全控整流电路带电阻性负载。 （2）单相桥式有源逆变电路带电阻电感性负载。 （3）有源逆变电路逆变颠覆现象的观察。 （4）单相桥式整流、单相桥式有源逆变电路带电阻电感性负载时MATLAB的仿真。 三、实验仿真 1.带电阻电感性负载的仿真 启动MATLAB，进入SIMULINK后新建文档，绘制单相桥式全控整流电路模型，如图1.3所示。双击各模块，在出现的对话框内设置相应的参数。 实验一三相桥式全控整流 一、实验目的 （1）加深理解三相桥式全控整流及有源逆变电路的工作原理 （2）了解KC系列集成触发器的调整方法和各点的波形 （3）掌握三相桥式全控整流电路MA TLAB的仿真方法，会设置各模块的参数。 二、实验原理 实验电路如图所示。主电路由三相全控整流电路及作为逆变直流电源的三相不可控整流电路组成，三相桥式整流及逆变电路的工作原理可参见电力电子技术教材的有关内容。 途中的R p用滑线变阻器，接成并联形式，电感L b选用700mH。在三相桥式有源逆变电路中，电阻、电感与整流的一致，而三相不可控整流机心式变压器可在实验装置上获得，其中心式变压器用作升压变压器，逆变输出的电压接心式变压器的中压端A m、B m、C m，返回电网的电压从高压端A、B、C输出，变压器接成Y/Y接法。 三相桥式全控整流电路的计算公式如下： U d=2.34U2cosα（0~60°） U d=2.34U2[1+cos(α+π)](60°~120°) 三相桥式有缘逆变电路计算公式如下： U d=2.34U2cos(180°-β) 三、实验内容 （1）三相桥式全控整流电路了 （2）三相桥式有缘逆变电路 （3）在整流或有源逆变状态下，当触发电路出现故障（认为模拟）时观测主电路的各电压波形。 四、实验仿真 带电阻性负载的仿真 三相桥式全控整流系统模型图 启动MATLAB，进入SIMULINK后新建文档，绘制三相桥式全控整流系统模型，如图所示。双击各模块，在出现的对话框设置相应的参数。 （1）交流电压源的参数设置：三相电源的相位互差120°，设置交流峰值相电压为100V、频率为60Hz （2）负载的参数设置：R=45Ω，L=0H，C=inf （3）通用变换器桥参数设置：本例中设置桥的结构为三相，缓冲电阻R s，为了消除模块中的缓冲电路，可以缓冲电阻R s的参数设定为inf。缓冲电容Cs，单位为F，为了消除模块中的缓冲电路，可将缓冲电容C s的参数设定为inf。电力电子器件选择通用变换器桥中使用的电力电子的类型。内电阻R on单位为Ω，通用变换器中使用的是功率电子元件的内电阻，R on=1e-3（1×10-3）。内电感L on，单位为H，变换桥中使用的是二极管、晶闸管、MOSFET灯功率电子元件的内电感。 （4）同步6脉冲触发器的参数设置：设置同步电压频率为60Hz，脉冲宽度为60°。 （5）常熟模块参数设置：该模块只有一个输出端，在本例中只要改变参数对话框的数值大小，即改变了触发信号的控制角。 打开仿真/参数窗，选择ode23tb算法，将相误差设置为1e-3(1×10-3)，开始仿真时间为0，停止时间设置为0.02. 设置好各模块参数后，单击仿真按钮，得到仿真结果。改变触发角α，得到不同的仿真结果。 第四章三相SPWM逆变器 4．１三相ＳＰＷＭ逆变器的结构 ＳＰＷＭ逆变器与ＰＷＭ逆变器在主电路方面没有本质的区别，将电压型ＰＡＭ主电路结构中的晶闸管替换为ＩＧＢＴ就成了ＳＰＷＭ型逆变器的主电路结构。ＳＰＷＭ脉宽调制时，瞬时电压以极高的速度切换方向而输出半波内不改变方向，因此，输出电压与输出电流常常方向不一致，这时就需要续流二极管来提供与电压极性相反的电流通道。加上了续流二极管的三相逆变桥，我们就设计好了ＳＰＷＭ逆变器的基本主电路。图４．１是ＳＰＷＭ逆变器的主电路结构，它由六只ＩＧＢＴ组成三相桥式结构，每个桥上反并联了续流二极管。 4.1 SPWM逆变器的主电路图 ＩＧＢＴ器件有自己特有的驱动电路及保护电路，实际中ＩＧＢＴ通常不以单独的形式供货，而是以包括了驱动及保护电路的智能模块（ＩＰＭ）方式提供的。 ＩＰＭ不仅为ＩＧＢＴ器件提供了驱动电路及保护电路，也为整个模块提供了过热保护等。在容量比较小的情况下，ＩＰＭ常常做成多器件结构，例如六单元或七单元结构。六单元结构集成了一个完整的ＳＰＷＭ逆变器，图４．２就是一个六单元ＩＰＭ的结构示意图。七单元ＩＰＭ除一个逆变器外，还把能耗制动用的斩波元器件及附属电路集成在里边了。 4.2 IPM结构 从图４．２看到，六单元模块为五个主电路端子，即直流正负极输入和交流三相输出端子。另外有驱动和保护的控制端子若干，它们是能够和常规控制芯片直接连接或者通过光耦合连接的电压型接口。驱动端子是输入端子，接受外部触发器件，保护端子是输出端子，在保护电路封锁驱动电路的同时发出保护动作信号给外部控制器。主电路端子通常是接线桩形式，控制端子通常是集中插口形式。七单元ＩＰＭ增加了一个连接制动电阻的主电路端子及相应的控制端子。 当容量比较大时，如果ＩＰＭ仍然集成整个逆变器，会产生两个方面的缺点：一是模块的体积和重量加大，给安装和布置带来困难，也不利于散热；二是当模块中局部元器件损坏时需要更换整个模块，而大容量的模块的成本必然更高，因此使维护成本增加了。 所以，容量比较大时，ＩＰＭ以两个或者一单元的形式提供。两单元ＩＰＭ包括一个逆变桥臂的所有器件，即两个ＩＧＢＴ、续流二极管、驱动及保护电路。一单元ＩＰＭ包括一个ＩＧＢＴ和它的续流二极管、驱动及保护电路。 逆变器的输出主电路中，还需要连续用于限制电压变化率的缓冲电路。ＩＧＢＴ的驱动电路、保护电路以及包括缓冲电路在内的其他附加辅助电路的具体接线原理。 4.2异步电动机按磁通定向的矢量控制原理 一、电动机合成磁通势及磁链 合成磁通势及磁链是指气隙合成磁通势和气隙磁链。如果计及定转子绕组漏磁影响，还有另外两个合成磁通势和磁链：定子合成磁通势和定子磁链；转子合成磁通势和转子磁链，三种合成磁通势和磁链定义如下。 （一）气隙磁链 是定子、转子通过气隙相互交链的那部分磁链： = + (4-1) 式中：为定、转子绕组之间的互感；为由定子电流产生，穿过气隙与转子绕组交链的那部分磁链； 为由转子电流产生，穿过气隙与定子绕链的那部分磁链。 是由气隙合成磁通势产生的。 （二）定子磁链 是气隙磁链与定子漏磁链之和。 = + = ++ =+（4-2） 式中：为定子绕组漏感；为定子绕组全电感，=+；为定子电流产生的全部磁链。 是由定子合成磁通势产生的。 （三）转子磁链 是气隙磁链与转子漏磁磁链之和。 = += ++ =+（4-3） 式中：为转子绕组漏感；为转子绕组全电感，=+；为转子电流产生的全部磁链（包括漏磁 链）。 是由转子合成磁通势产生的。 根据上述分析结果，可以作出磁链方向图，如图4-3所示。、、均可以同步角速度旋转。 电子技术课程设计 说明书 IGBT 单相电压型全桥无源逆变电路 设计 学生姓名： 学号： 学 院： 专 指导教师： 2013年01月 XXX 1005044245 信息与通讯工程学院 电气工程及其自动化 中北大学 电子技术课程设计任务书 2012/2013 学年第一学期 学院：信息与通讯工程学院 专业：电气工程及其自动化 学生姓名：胡定章学号： 1005044245 课程设计题目：IGBT单相电压型全桥无源逆变电路设计 起迄日期: 12月24日~ 01月4 日 课程设计地点:电气工程系软件实验室 指导教师:石喜玲 系主任：王忠庆 下达任务书日期: 2012 年 12 月 24日 课程设计任务书 课程设计任务书 目录 1 引言 (1) 2 工作原理概论 (1) 2.1 IGBT的简述 (1) 2.2 电压型逆变电路的特点及主要类型 (2) 2.3 IGBT单相电压型全桥无源逆变电路原理分析 (2) 3 主电路设计及参数选择 (3) 3.1 主电路仿真图 (3) 3.2参数设置及计算 (3) 3.2.1参数设置 (3) 3.2.2计算 (3) 3.2.3设置主电路 (4) 4 仿真电路结果的分析 (5) 4.1 仿真电路图 (5) 1.1.14.1.1 触发电平与负载输出波的波形图 (5) 4.1.2 IGBT电流电压波形图 (6) 4.2 仿真波形分析 (6) 5 总结 (7) 参考文献 (7) 2引言 本次课程设计的题目是IGBT单相电压型全桥无源逆变电路设计，根据电力电子技术的相关知识，单相桥式逆变电路是一种常见的逆变电路，与整流电 路相比较，把直流电变成交流电的电路成为逆变电路。当交流侧接在电网上，称为有源逆变；当交流侧直接和负载相接时，称为无源逆变，逆变电路在现实 生活中有很广泛的应用。 3工作原理概论 2. 1 IGBT的简述 绝缘栅双极晶体管（Insulated-gate Bipolar Transistor）,英文简写为IGBT。它是一种典型的全控器件。它综合了GTR和MOSFET的优点，因而具有良好的特性。现已成为中、大功率电力电子设备的主导器件。IGBT是三端器件，具有栅极G、集电极C 和发射极E。它可以看成是一个晶体管的基极通过电阻与MOSFET相连接所构成的一种器件。其等效电路和电气符号如下： 图1 IGBT等效电路和电气图形符号 它的开通和关断是由栅极和发射极间的电压错误！未找到引用源。所决定的。当UGE为正且大于开启电压UGE时，MOSFET内形成沟道，并为晶体管提供基极电流进而是IGBT导通。由于前面提到的电导调制效应，使得电阻错误！未找到引用源。减小，这样高耐压的IGBT也具有很小的通态压降。当山脊与发射极间施加反向电压或不加信 单相桥式全控整流及有源逆变电路实验实验报告记录 ————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期： 实验报告 课程名称：现代电力电子技术 实验项目：单相桥式全控整流及有源逆变电路实验实验时间：2012/10/19 实验班级： 总份数： 指导教师：朱鹰屏 自动化学院电力电子实验室 二〇〇年月日 广东技术师范学院实验报告 学院： 自动化学院 专业： 电气工程及其自动化 班级： 成绩： 姓名： 学号： 组别： 组员： 实验地点： 电力电子实验室 实验日期： 10/19 指导教师签名： 实验 （一） 项目名称：单相桥式全控整流及有源逆变电路实验 1. 实验目的和要求 (1)加深理解单相桥式全控整流及逆变电路的工作原理。 (2)研究单相桥式变流电路整流的全过程。 (3)研究单相桥式变流电路逆变的全过程，掌握实现有源逆变的条件。 (4)掌握产生逆变颠覆的原因及预防方法。 2. 实验原理 图3-8为单相桥式整流带电阻电感性负载，其输出负载R 用D42三相可调电阻器，将两个900Ω接成并联形式，电抗Ld 用DJK02面板上的700mH ，直流电压、电流表均在DJK02面板上。触发电 路采用DJK03-1组件挂箱上的“锯齿波同步移相触发电路Ⅰ”和“Ⅱ”。 图3-9为单相桥式有源逆变原理图，三相电源经三相不控整流，得到一个上负下正的直流电 源，供逆变桥路使用，逆变桥路逆变出的交流电压经升压变压器反馈回电网。“三相不控整流” 是DJK10上的一个模块，其“心式变压器”在此做为升压变压器用，从晶闸管逆变出的电压接“心 式变压器”的中压端Am 、Bum ，返回电网的电压从其高压端A 、B 输出，为了避免输出的逆变电压过 高而损坏心式变压器，故将变压器接成Y/Y 接法。图中的电阻R 、电抗Ld 和触发电路与整流所用相同。有关实现有源逆变的必要条件等内容可参见电力电子技术教材的有关内容。 3. 主要仪器设备 预习情况 操作情况 考勤情况 数据处理情况 《电力电子技术》课程设计说明书三相桥式PWM逆变电路的设计院、部：电气与信息工程 学生姓名：刘远治 指导教师：桂友超职称副教授 专业：电气工程及其自动化 班级：电气本1104班 完成时间：2014年06月 摘要 本文设计了一个三相桥式PWM控制的逆变电路。PWM控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术,如果脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形,也称为SPWM波形。该设计包括主电路、驱动电路、SPWM信号产生电路、过流保护等方面的设计。该逆变器主电路采用的开关器件是IGBT；如需实物制作，驱动电路可采用现在大功率MOSFET、IGBT专用驱动芯片IR2110；PWM信号产生电路可采用CD4538芯片控制产生。 关键词：三相桥式；主电路；IR2110；CD4538 Abstract This paper designed a three-phase PWM controlled inverter bridge circuit. PWM control is on the pulse width modulation technology, if the pulse width changes according to sine law and the sine wave PWM waveform equivalent, also known as SPWM waveform. The design includes the main circuit, driver circuit, SPWM signal generation circuit, over-current protection and other aspects of design. The inverter main circuit uses IGBT; If you need make it real, driver circuit can use high-power MOSFET, IGBT dedicated driver chip IR2110; PWM signal generation circuit controlled by the CD4538 chip produced。 Key words three-phase bridge; main circuit; IR2110; CD4538 目录 MOSFET和电压型无源逆变电路简介 (1) 1.MOSFET简介 (1) 2.电压型无源逆变电路简介 (1) 主电路图设计和参数计算 (2) 1.主电路图设计 (2) 2.相关参数计算 (2) 驱动电路的设计和选型 (4) 1.驱动电路简介 (4) 2.驱动电路的选用 (4) 电路的过电压保护和过电流保护设计 (5) 1.过电压保护 (5) 2.过电流保护 (7) 3.保护电路的选择以及参数计算 (8) MATLAB仿真 (10) 1.主电路图以及参数设定 (10) 2.仿真结果 (14) 总结与体会 (15) 附录：电路图 (16) 一、MOSFET和电压型无源逆变电路的介绍 1.MOSFET简介 金属-氧化层半导体场效晶体管，简称金氧半场效晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET）是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效晶体管（field-effect transistor）。MOSFET依照其“通道”的极性不同，可分为“N型”与“P型”的MOSFET，通常又称为NMOSFET与PMOSFET，其他简称尚包括NMOS FET、PMOS FET、nMOSFET、pMOSFET等。其特点是用栅极电压来控制漏极电流，驱动电路简单，需要的驱动功率小，开关速度快，工作频率高，热稳定性优于GTR，但其电流容量小，耐压低，一般只适用于功率不超过10kW 的电力电子装置。 2.电压型无源逆变电路简介 把直流电变成交流电称为逆变。逆变电路分为三相和单相两大类。其中，单相逆变电路主要采用桥式接法。主要有：单相半桥和单相全桥逆变电路。而三相电压型逆变电路则是由三个单相逆变电路组成。 如果将逆变电路的交流侧接到交流电网上，把直流电逆变成同频率的交流电反送到电网去，称为有源逆变。 无源逆变是指逆变器的交流侧不与电网连接，而是直接接到负载，即将直流电逆变为某一频率或可变频率的交流电供给负载。它在交流电机变频调速、感应加热、不停电电源等方面应用十分广泛，是构成电力电子技术的重要内容。 电压型逆变电路有以下特点：直流侧为电压源，或并联有大电容，相当于电压源。直流侧电压基本无脉动，直流回路呈现低阻抗。由于直流电压源的钳位作用，交流侧输出电压波形为矩形波，并且与负载阻抗角无关。 2008级应用电子技术 毕业设计报告 设计题目单相电压型全桥逆变电路设计姓名及 学号 学院 专业应用电子技术 班级2008级3班 指导教师老师 2011年05月1日 题目：单相电压型全桥逆变电路设计 目录 第一章绪论 1.1整流技术的发展概况 (4) 第二章设计方案及其原理 2.1电压型逆变器的原理图 (5) 2.2电压型单相全桥逆变电路 (6) 第三章仿真概念及其原理简述 3.1 系统仿真概述 (6) 3.2 整流电路的概述 (8) 3.3 有源逆变的概述 (8) 3.4逆变失败原因及消除方法 (9) 第四章参数计算 4.1实验电路原理及结果图 (10) 第五章心得与总结 (14) 参考文献 (15) 第一章绪论 1.1整流技术的发展概况 正电路广泛应用于工业中。整流与逆变一直都是电力电子技术的热点之一。桥式整流是利用二极管的单向导通性进行整流的最常用的电路。常用来将交流电转化为直流电。从整流状态变到有源逆变状态，对于特定的实验电路需要恰到好处的时机和条件。基本原理和方法已成熟十几年了，随着我国交直流变换器市场迅猛发展，与之相应的核型技术应用于发展比较将成为业内企业关注的焦点。 目前，整流设备的发展具有下列特点：传统的相控整流设备已经被先进的高频开关整流设备所取代。系统的设计已经由固定式演化成模块化，以适应各种等级、各种模块通信设备的要求。加上阀控式密封铅酸蓄电池的广泛应用，为分散供电创造了条件。从而大大提高了通信网运行可靠和通信质量。高频开关整流器采用模块化设计、N1配置和热插拨技术，方便了系统的扩展，有利于设备的维护。由于整流设备和配电设备等配备了微机监控器，使系统设备具有了智能化管理功能和故障保护及自保护功能。新旗舰、新技术、新材料的应用，使高频开关整流器跃上了一个新台阶。单相桥式全控整流及有源逆变电路的MATLAB仿真
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