单相电压型全桥逆变电路设计

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1、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

2、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。第二章设计方案及其原理2.1 电压型逆变器的原理图原理框图S1S3UdS2S4(b)等效图及其输出波形(a)当开关SI、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压uo为正； 当开关 S1、 S4 断开， S2、 S3 闭合时， uo 为负，如此交替进行 下去，就在负载上得到了由直流电变换的交流电

3、， uo 的波形如 上图（b）所示。输出交流电的频率与两组开关的切换频率成正比。这样就实现了 直流电到交流电的逆变。2.2 电压型单相全桥逆变电路它共有4 个桥臂，可以看成由两个半桥电路组合而成。 两对桥臂交替导通 180。输出电压和电流波形与半桥电路形状 相同，幅值高出一倍。改变输出交流电压的有效值只能通过改变 直流电压U d来实现。可采用移相方式调节逆变电路的输出电压, 称为移相调压。各栅极信号为180正偏，180反偏，且T1和 T2互补，T3和T4互补关系不变。T3的基极信号只比T1落后q ( 0q 180)， T3、T4 的栅极信号分别比 T2、T1 的前移 180-q， uo 成为正

4、负各为 q 的脉冲，改变 q 即可调节输出电压有效值。第三章仿真概念及其原理简述3.1 系统仿真概述1 、基本概念所谓系统仿真(system Simulation)，就是根据系统分析的目的，在分析系统各要素性质及其相互关系的基础上，建立能描述系 统结构或行为过程的、且具有一定逻辑关系或数量关系的仿真模型 据此进行试验或定量分析，以获得正确决策所需的各种信息。2 、系统仿真的实质(1) 它是一种对系统问题求数值解的计算技术。尤其当系统无 法通过建立数学模型求解时，仿真技术能有效地来处理。(2) 仿真是一种人为的试验手段。它和现实系统实验的差别在 于，仿真实验不是依据实际环境，而是作为实际系统映像

5、的系统模 型以及相应的“人造”环境下进行的。这是仿真的主要功能。3、系统仿真的作用(1)仿真的过程也是实验的过程，而且还是系统地收集和积累 信息的过程。尤其是对一些复杂的随机问题，应用仿真技术是提供 所需信息的唯一令人满意的方法。(2)对一些难以建立物理模型和数学模型的对象系统，可通过 仿真模型顺利地解决预测、分析和评价等系统问题。(3) 通过系统仿真，可以把一个复杂系统降阶成若干子系统以 便于分析。(4) 通过系统仿真，能启发新的思想或产生新的策略，还能暴 露出原系统中隐藏着的一些问题，以便及时解决。4、系统仿真的方法系统仿真的基本方法是建立系统的结构模型和量化分析模型， 并将其转换为适合在

6、计算机上编程的仿真模型，然后对模型进行仿 真实验。由于连续系统和离散(事件)系统的数学模型有很大差别， 所以系统仿真方法基本上分为两大类，即连续系统仿真方法和离散 系统仿真方法。在以上两类基本方法的基础上，还有一些用于系统（特别是社会经济和管理系统）仿真的特殊而有效的方法，如系统动力学方法、蒙特卡洛法等。系统动力学方法通过建立系统动力 学模型（流图等）、利用DYNAMO仿真语言在计算机上实现对真实系 统的仿真实验，从而研究系统结构、功能和行为之间的动态关系。3.2 整流电路的概述整流电路（rectifying circuit）把交流电能转换为直流电能 的电路。大多数整流电路由变压器、整流主电路

7、和滤波器等组成。 它在直流电动机的调速、发电机的励磁调节、电解、电镀等领域得 到广泛应用。整流电路通常由主电路、滤波器和变压器组成。20 世纪70年代以后，主电路多用硅整流二极管和晶闸管组成。滤波器 接在主电路与负载之间，用于滤除脉动直流电压中的交流成分。变 压器设置与否视具体情况而定。变压器的作用是实现交流输入电压 与直流输出电压间的匹配以及交流电网与整流电路之间的电隔离。3.3 有源逆变的概述逆变与整流相对应，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

8、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UE,以吸收能量， 并将其能量馈送给交流电源。逆变电路的分类，根据直流侧的电源 的性质不同，直流侧是电流源，电流型逆变电路，又称为电流型逆 变电路；电压型逆变电路，输出电压是矩形波，电流型逆变电路输出电流是矩形波。电压型逆变电路的特点：输出电流波形随负载而 变；只有单方向传递功率的功能；故障电流较难抑制。3.4逆变失败原因及消除方法有源逆变失败（逆变颠覆）是指逆变时，一旦换相失败，外接直流电源就会通过晶闸管电路短路，或使变流器的输出平均电压和直流电动势变成顺向串联，形成很大短路电流。防止逆变失败的方法：采用精确可靠的触

9、发电路，使用性能比较好的的晶闸管，保证交流电源的质量，流出足够的逆变角 等。第四章参数计算由题意得 U2=50V 0 =35。P=200WE = -70VUd=0.9U2cos ( n -0 ) =0.9X50Xcosl45。= 36.86 V I = (U -E)/R ddP=|EI |I 2Rdd联立、得R = 6.199 Q I = 5.35Ad晶闸管原件的额定电压为巨U2=70.71V,取23倍的安全储备电压,并考虑晶闸管额定电压系取200V.晶闸管元件额定电压IT：由查表得Kf=IvT/I =2/辺，f VT dI =KI/1.57=2.41AT f d取2倍电流安全储备并考虑晶闸管

10、原件额定电流系列取5 A.4.1 实验电路原理及结果图OV 15 Vidmsec 20msec0 V ISV;lOmsec 20nsecVrmsV2V4O实验原理图单相桥式有源逆变原理图说明：负载侧存在一个直流电源E=70V,由他提供能量，其电势极性与单相桥式的整流电压相反， 对晶闸管为正向偏置电压；在前半个周期延迟角为135度时， D1,D3 导通，后半个周期D2,D4导通，如此循环，单相桥式在直流侧输出 有一个与原整流电压相反的逆变电压U =36.86V,其平均值UE, dd 以吸收能量，并将其能量馈送给交流电源，从而实现单相桥式的有 源逆变。PULSE VOLTA & E林竺| ffi.

11、T. 奈為|驗辟刖啣 初蜡直；Pulsed Value:Delay Time:Rise Time:尸ell Time:Puilise Width:周賄AC Analysis Magnitude:AC lAnalysis Phse;：Distcrticin Frequency 1 Magnitude!Distorticn Frequency 1 Phase:iistorticin Frequency 2 Magnitude!Distor廿口n F亡口uency Z Phase: 出注：I夫虫用户士立巨iv勻| 1.951|nmec:n-|吟匚十| rinsern-|v士RRlv-10ily-1|

12、oDR-%诵沖s I取消2】信恵qj I帮助0】晶闸管 1 和 3 门极触发电源参数标签1显示 盏埶 故障 胃脚1变里 用户走丸1初贻俏(I):卩号Pulsed Value:|Delay Time:| _ ggN土|msec十彳Rise Tim皂：lnsecFall Time | 丄ln5cc土Pulse Width;J周閣：fiolm=ec土AC Analys Magnitude:|AC Analysis Phase:;DDistortion Frequency 1 Magnitude:DisturtiDFi Frequentv 1 Phase:lv1e-DisLortion Frequen

13、cy 2Magnitude；|qDistorton Frequency 2 Phase:|公塞-|ciP3D%PUL5E_VOLTAGE确走舉消农) 洁息帮助(H)晶闸管 2 和 4 门极触发电源参数触发电路的原理：为简便起见，我们采用了脉冲信号发生器作 为晶闸管的触发信号，其参数设定如上两图所示，其中 1、3和2、 4 的参数只有延迟时间不同，相差半个周期，这样就使得两组晶闸 管不同时触发，最重要的是脉冲信号发生器的频率和交流电源的频 率相同，从而使得电路逆变的顺利进行晶闸管触发电源的输出波形IExt. Trigger槪示肢器-XSCL谨遐_E反向保存日寸间180.021 ms 280.02

14、1 ms 100.000 ms通适丄1.537V1.603 V 66.34丄 mV比闵 flDms/Div1甬A比例|50忖ilif B比例r忖辻沿k上jrr e 1外胡龙傥羞|a位盖|0:Yf立置fo电平o1 V|W 协载 b/a 1 A/BAC | 0 |DC金AC | 0dc -1 r类型 正弓玄1标准：自动无T2-T1U 波形图d00ACME 比例5 Wv位盖dc嫁示谀嘉-XEC反向保存类型._正弦标准自动无Ext. Triggerr融发h p Ik b I外部 1也平 oT2-T1时间22斗 477 ms 324.477 ms 100.000 ms通道5 56.512 mV556.1

15、61 mV -350.894 uV通墜_时间轴,一一比例UP晋砂自比例 X feS | feS丽加载I日呼I山阳| .賦| JBT a晶闸管 1、2、3、4 两端的电压波形相同，1、3 的波形与2、4的波形相差半个周期0 Vt5;V;：; lOmsec iCkriMCpyi&y: ；l6niMc20nsec0 V1&V： ;i0rnMc20nsec5G Vriris5OH21流过晶闸管电流及其两端电压第五章心得与总结本次电力电子课程设计以单相全控桥式整流及有源逆变电路 为研究对象，对其原理做了很深入的理解。通过本次课程设计暴露出了我在平时学习电力电子技术这门 课程中存在的问题。首先在学习中只局

16、限于课本知识，没有去探索 新知识，至使在本次课程设计中出现当拿到课题后毫无头绪，无从 下手的问题；其次，在学习了电力电子这门学科后，没能很好的将 本学科中的知识互相联系，也没能将本学科和模拟电子技术、数字 电子技术等学科相互联系，造成了在设计触发电路时遇到很大的困 难，最终在老师的指导下才选择了直接使用信号源作为触发源这一 简便的方法；最后，缺少实际的操作，忽视了电力电子技术主要在 于应用这一点，在设计时由于缺少实践经验，对参数的估算以及各 元件参数的设定都走了很多弯路。本次的课程设计需要查询大量的资料，通过本次设计，明白了 不是任何东西都能在网络中轻易得到，还是需要自己的耐心寻找和 筛选的。同时在设计的过程使我对于Multisim这款软件从最开 始的了解到后来能够简单操作。通过本次课程设计使我们明白了当面对实际的电力电子技术 方面问题时，要能够将自己的理论知识与其结合起来，以及如何将 其相互联系从而解决问题的方法，对以后的学习有了更好的指导。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,20062、王兆安,黄俊.电力电子技术.北京：机械工业出版社,20053、童诗白.模拟电子技术.北京:清华大学出版社, 20014、阎石.数字电子技术.北京:清华大学出版社, 19985、邱关源.电路.北京：高等教育出版社，1999