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摘要 (1)
第一章系统方案设计及原理 (2)
1.1、系统方案 (2)
1.2、系统工作原理 (2)
1.2.1、逆变电路的基本工作原理 (2)
1.2.2、单相半桥阻感负载逆变电路 (3)
1.2.3、单相半桥纯电阻负载逆变电路 (4)
1.3、IGBT的结构特点和工作原理 (4)
1.3.1、IGBT的结构特点 (4)
1.3.2、IGBT对驱动电路的要求 (6)
第二章硬件电路设计与参数计算 (7)
2.1、系统硬件连接 (7)
2.1.1、单相半桥无源逆变主电路如图下所示 (7)
2.2、整流电路设计方案 (8)
2.2.1、整流变压器的参数运算 (8)
2.2.2、整流变压器元件选择 (9)
2.2.3、整流电路保护元件的选用 (9)
2.3、驱动电路设计方案........................................................................... 错误!未定义书签。
2.3.1、IGBT驱动器的基本驱动性能.............................................. 错误!未定义书签。
2.3.2、驱动电路................................................................................ 错误!未定义书签。
2.4、触发电路设计方案........................................................................... 错误!未定义书签。第三章系统仿真.............................................................................................. 错误!未定义书签。
3.1、建立仿真模型................................................................................... 错误!未定义书签。
3.2、仿真结果分析................................................................................... 错误!未定义书签。第四章小结...................................................................................................... 错误!未定义书签。参考文献............................................................................................................ 错误!未定义书签。
摘要
电力电子技术的应用范围十分广泛，它不仅用于一般工业，也广泛应用于交通运输、电力系统、通信系统、计算机系统、新能源系统等，在照明、空调等家用电器及其他领域中也有着广泛的应用。进入新世纪后电力电子技术的应用更加广泛。以计算机为核心的信息科学将是21世纪起主导作用的科学技术之一，有人预言，电力电子技术和运动控制一起，将和计算机技术共同成为未来科学的两大支柱。
变流技术也称为电力电子器件的应用技术，它包括用电力电子器件构成各种电力变换电路和对这些电路进行控制的技术，以及由这些电路构成电路电子装置和电力电子系统的技术。“变流”不仅指交直流之间的交换，也包括直流变直流和交流变交流的变换，变流电路在工作过程中不断发生电流从一个支路向另一个支路的转移，这就是换流。
将直流电转换为交流电的电路称为逆变电路，根据交流电的用途可分为有源逆变和无源逆变。本课程设计主要介绍单相半桥无源逆变电路。
关键词：整流、无源逆变、IGBT晶闸管
第一章系统方案设计及原理
1.1、系统方案
系统方案如图1所示，在电路原理框图中，交流电源、整流、滤波和半桥逆变电路四个部分构成电路的主电路，驱动电源和驱动电路两部分构成指挥主电路中逆变桥正确工作的控制电路。其中，交流电源、整流、滤波三个部分的功能分别由交流变压器、全桥整流模块和两个串联的电解电容实现;半桥逆变电路由半桥逆变和缓冲电路构成; 而驱动电源和驱动电路则需要根据实验电路的要求进行搭建。
图1 电路原理图
1.2、系统工作原理
1.2.1、逆变电路的基本工作原理
图2逆变电路原理图
图中S1～S4是桥式电路的4个臂，它们由电力电子器件及其辅助电路组成。当开关S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压u0为正；当开关S1、S4断开，
S2、S3闭合时，u0为负。这样，就把直流电变成了交流电，改变两组开关的切
换频率，即可改变输出交流电的频率。
交流
电源
整
流
滤
波
IGBT
半桥
逆变
电路
驱动
电路
驱动
电源
图3 电压型半桥逆变电路及其电压电流波形
在一个周期内，电力晶体管T1和T2的基极信号各有半周正偏，半周反偏且互补。
若负载为阻感负载，设t2时刻以前，T1有驱动信号导通，T2截止，则2U U d
0=。
t2时刻关断的T1，同时给T2发出导通信号。由于感性负载中的电流i 。不
能立即改变方向，于是D2导通续流，
2U U d
0-= 。 t3时刻i 。降至零，D2截止，T2导通，i 。开始反向增大，此时仍然有2U U d
0-=。
在t4时刻关断T2，同时给T1发出导通信号，由于感性负载中的电流i 。不
能立即改变方向，D1先导通续流，此时仍然有
2U U d
0=； t5时刻 i 。降至零， T1导通，
2U U d 0=。
图4 单相半桥纯电阻负载逆变电路及IGBT 脉冲波形
在一个周期内，电力晶体管V1和V2的基极信号各有半周正偏，半周反偏且互补。
由于是纯电阻负载，当V1开通时V2关断，则负载两端的电压为：
2U U d
0=；当V1关断时V2开通，则负载两端的电压为：
2U U d
0-=。 1.3、IGBT 的结构特点和工作原理
1.3.1、IGBT 的结构特点
IGBT 是双极型晶体管（BJT ）和MOSFET 的复合器件，IGBT 将BJT 的电导调制效应引入到VDMOS 的高祖漂流区，大大改善了器件的导通特性，同时它还具有MOSFET 的栅极高输入阻抗的特点。IGBT 所能应用的范围基本上替代了传统的功率晶体管。
图5 IGBT 结构图
如图5所示为一个N 沟道增强型绝缘栅双极晶体管结构， N+ 区称为源区，附于其上的电极称为源极。P+ 区称为漏区。器件的控制区为栅区，附于其上的电极称为栅极。沟道在紧靠栅区边界形成。在漏、源之间的P 型区（包括P+ 和P 一区）（沟道在该区域形成），称为亚沟道区（Subchannel region）。而在漏区另一侧的P+ 区称为漏注入区（Drain injector），它是IGBT 特有的功能区，与漏区和亚沟道区一起形成PNP 双极晶体管，起发射极的作用，向漏极注入空穴，进行导电调制，以降低器件的通态电压。附于漏注入区上的电极称为漏极。IGBT 的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道，给PNP 晶体管提供基极电流，使IGBT 导通。反之，加反向门极电压消除沟道，切断基极电流，使IGBT 关断。IGBT 的驱动方法和MOSFET基本相同，只需控制输入极N一沟道MOSFET，所以具有高输入阻抗特性。当MOSFET 的沟道形成后，从P+ 基极注入到N 一层的空穴，对N 一层进行电导调制，减小N 一层的电阻，使IGBT 在高电压时，也具有低的通态电压。IGBT的开通和关断是由门极电压控制的，当门极加正向电压时，门极下方的P区中形成电子载流子到点沟道，电子载流子由发射极的N+区通过导电沟道注入N-区，即为IGBT内部的PNP型晶体管提供基极电流，从而使IGBT导通。此时，为维持N-区的电平衡，P+区像N-区注入空穴载流子，并保持N-区具有较高的载流子浓度，即对N-区进行电导调制，减小导通电阻，使得IGBT也具有较低的通态压降。若门极上加负电压时，MOSFET内的沟道消失，PNP型晶体管的基极电流被切断，IGBT就关断。
图6 常用IGBT的电气符号图7 IGBT的等效电路
图6为IGBT的常用电气符号，IGBT的等效电路如图7所示，由图可知，若在IGBT的栅极G和发射极E之间加上驱动正电压，则MOSFET导通，这样PNP 晶体管的集电极C与基极之间成低阻状态而使得晶体管导通；若IGBT的栅极和发射极之间电压为0V，则MOS 截止，切断PNP晶体管基极电流的供给，使得晶体管截止。IGBT与MOSFET一样也是电压控制型器件，在它的栅极G—发射极E 间施加十几V的直流电压，只有在uA级的漏电流流过，基本上不消耗功率。
如果IGBT栅极与发射极之间的电压,即驱动电压过低,则IGBT不能稳定正常地工作,如果过高超过栅极－发射极之间的耐压则IGBT可能永久性损坏;同样,如果加在IGBT集电极与发射极允许的电压超过集电极－发射极之间的耐压,流过IGBT集电极－发射极的电流超过集电极－发射极允许的最大电流,IGBT的结温超过其结温的允许值,IGBT都可能会永久性损坏。
1.3.2、IGBT对驱动电路的要求
IGBT 的驱动条件与它的静态和动态特性密切相关。栅极的正偏压+VGE、负偏压-VGE 和栅极电阻RG 的大小，对IGBT 的通态电压、开关时间、开关损耗、承受短路能力以及dVCE/dt等参数都有不同程度的影响。门极驱动条件与器件特性的关系如表1 所示。
根据IGBT的特性，其对驱动电路的要求如下：
(1)提供适当的正反向电压，使IGBT能可靠地开通和关断。当正偏压增大时IGBT通态压降和开通损耗均下降，但若UGE过大，则负载短路时其IC随UGE增大而增大，对其安全不利，使用中选UGE<<15V为好。负偏电压可防止由于关断时浪涌电流过大而使IGBT误导通，一般选UGE=－5V为宜。
(2)IGBT的开关时间应综合考虑。快速开通和关断有利于提高工作频率，减小开关损耗。但在大电感负载下，IGBT的开频率不宜过大，因为高速开断和关断会产生很高的尖峰电压，及有可能造成IGBT自身或其他元件击穿。
(3)IGBT开通后，驱动电路应提供足够的电压、电流幅值，使IGBT在正常工作及过载情况下不致退出饱和而损坏。
(4)IGBT驱动电路中的电阻RG对工作性能有较大的影响，RG较大，有利于抑制IGBT的电流上升率及电压上升率，但会增加IGBT的开关时间和开关损耗；RG较小，会引起电流上升率增大，使IGBT误导通或损坏。RG的具体数据与驱动电路的结构及IGBT的容量有关，一般在几欧～几十欧，小容量的IGBT其RG值较大。
(5)驱动电路应具有较强的抗干扰能力及对IGBT的保护功能。IGBT的控制、驱动及保护电路等应与其高速开关特性相匹配，另外，在未采取适当的防静电措施情况下，G—E断不能开路。
第二章硬件电路设计与参数计算
2.1、系统硬件连接
2.1.1、单相半桥无源逆变主电路如图下所示
图8 单相半桥无源逆变主电路
2.2、整流电路设计方案
2.2.1、整流变压器的参数运算
1）变压器二次侧电压2U 的计算
2U 是一个重要的参数，选择过低就会无法保证输出额定电压。选择过大又会造成延迟角α加大，功率因数变坏，整流元件的耐压升高，增加了装置的成本。
根据设计要求，采用公式：
()B A U U d
ε2.1~12=
由表查得 A=2.34；取ε=0.9；α角考虑10°裕量，则 B=cos α=0.985 ()V U 150~125985.09.09.01002.1~12=??=
取2U =140V 。
电压比K=1U /2U =220/140=1.57。
2 ）一次、二次电流1I 、2I 的计算 由R U P 20= 2U U d 0=得Ω===16.715050P U R 2
20
3A 16.750R U I 00===
A 632I 2I I 0d 2=?===
A 82.357.16K I I 21===
考虑空载电流 取 A 4A 82.305.1I 1=?=
3）变压器容量的计算
V A 880A 4V 220111=?==I U S ；
V A 840A 6V 140222=?==I U S ；
VA 860VA 84088021)(2121=+=+=）（S S S ；
2.2.2、整流变压器元件选择
1） 整流元件选择 二极管承受最大反向电压197V 140V 2U 2U 2DM =?==，考虑三倍裕量，则594V 197V 3U TN =?=，取600V 。该电路整流输出接有大电容，而且负载为纯电阻性负载，所以简化计算得
A A I d D 362121I d =?== A
I d D 24.421
I ==
A A I I D AV D 8.1457.024.4257.1)2~5.1()(=?== 取15A 。
故选ZP-15A 整流二极管4只，并配15A 散热器。
2） 滤波电容的选择
滤波电容0C 一般根据放电时间常数计算，负载越大，要求纹波系数越小，电容量越大。一般不作严格计算，多取2000F μ以上。因该系统负载不大，故取0C =2200F μ
耐压按 ，234V V 1565.11.5U DM =?=取250V 。
即选用2200F μ、250V 电容器。
3） IGBT 的选择 因
V 502U U d 0==，取3倍裕量，选耐压为150以上的IGBT 。由于IGBT 是以最大值标注，且稳定电流与峰值电流间大致为4倍关系，故应选用大于4倍额定负载电流的IGBT 为宜。为此选用1MBH50-090型IGBT 。其续流二极管选择与之配套的快速恢复二极管EDR60-100。Cl 、C2为3300uF 电解电容
2.2.3、整流电路保护元件的选用
1）变压器二次侧熔断器选择
由于变压器最大二次电流A 6I 2=，故选用10A 熔芯即可满足要求。应选用15A 、250V 熔断器。
2.3、驱动电路设计方案
2.3.1、IGBT驱动器的基本驱动性能
○l动态驱动能力强，能为IGBT栅极提供具有陡峭前后沿的驱动脉冲。当IGBT 在硬开关方式下工作时，会在开通及关断过程中产生较人的损耗。这个过程越长，开关损耗越大。器件工作频率较高时，开关损耗会大大超过IGBT通态损耗，造成管芯温升较高。这种情况会大大限制IGBT的开关频率和输出能力，同时对IGBT 的安全工作构成很大威胁。IGBT的开关速度与其栅极控制信号的变化速度密切相关。IGBT的栅源特性显非线性电容性质，因此驱动器须具有足够的瞬时电流吞吐能力，才能使IGBT栅源电压建立或消失得足够快，从而使开关损耗降至较低的水平。另一方面，驱动器内阻也小能过小，以免驱动回路的杂散电感与栅极电容形成欠阻尼振荡。同时，过短的开关时间也会造成回路过高的电流尖峰，这既对主回路安全不利，也容易在控制电路中造成干扰。
○2能向IGBT提供适当的正向栅乐。IGBT导通肝的管压降与所加栅源电压有关，在集射电流一定的情况下，Vge越高，Vce越低，器件的导通损耗就越小，这有利于充分发挥管子的工作能力。但是，Vge井非越高越好，Vge过大，负载短路时Ic增大，IL．BT能承受短路电流的时间减少，对安全不利，一但发生过流或短路，栅压越高，则电流幅值越高，IGBT损坏的可能性就越大。因此，在有短路程的设备中Vge应选小些，一般选12～15V。
○3在关断过程中，为尽快抽取PNP管中的存储电荷，能向IGBT提供足够的反向栅压。考虑到在IGBT关断期间，由于电路中其他部分的工作，会在栅极电路中产生一些高频振荡信号，这些信号轻则会使本该截止的IGBT处于微通状态，增加管了的功耗，重则将使裂变电路处于短路直通状态，因此，最好给应处于截止状态的IGBT加一反向栅压(5～15V)，使IGBT在栅极出现开关噪声时仍能可靠截止。
○4有足够的输入输出电隔离能力。在许多设备中，IGBT与工频电网有直接电联系，而控制电路一般不希望如此。另外，许多电路中的IGBT的工作电位差别很大，也不允许控制电路与其直接藕合。因此驱动器具有电隔离能力可以保证设备的正常工作，也有利于维修调试人员的人身安全。但这种电隔离不应影响驱
动信譬的正常传输。
○5具有栅压限幅电路，保护栅极不被击穿。IGBT栅极极眼电压一般为±20V，驱动信号超出此范围就可能破坏栅极。
○6输入输出信号传输无延时。这小仪能够减少系统响应滞后，而且能提高保护的快速性。
○7人电感负载下，IGBT的开关时间不能过分短，以限制di／dt所形成的尖峰电压，保证IGBT的安全。
2.3.2、驱动电路
IGBT的驱动电路如图9，此IGBT门极驱动电路采用了光耦合器使信号电路与门极驱动电路相隔离。当光电耦合器导通时，V截止，1V IGBT导通。光电耦合器截止，V导通，2V导通，IGBT截止。
图9 IGBT驱动电路图
2.4、触发电路设计方案
控制电路需要实现的功能是产生PWM信号，用于可控制电路中主功率器件的通断，通过对占空比α的调节，达到控制输出电压大小的目的。此外，控制电路还具有一定的保护功能。
被实验装置的控制电路采用控制芯片SG3525为核心组成。芯片的输入电压为8V到35V。它的振荡频率可在100HZ到500KHZ的范围内调节。在芯片的CT端和放电端间串联一个电阻可以在较大范围内调节死区时间。此外此外，其软起动电路非常容易设计，只需外部接一个软起动电容即可。
图10 触发电路图
第三章系统仿真
MATLAB软件语言系统是当今流行的第四代计算机语言，由于它在科学计算、数据分析、系统建模与仿真、图形图像处理等不同领域的广泛应用以及自身的独特优势，目前MATLAB受到个研究领域的推崇和关注。
本文也采用MATLAB软件对研究结果经行仿真，以验证结果是否正确。
3.1、建立仿真模型
建立仿真模型的步骤：
①打开MATLAB，进入Simulink命令窗口建立主电路的仿真模型。
②构造控制部分进行参数设置，把电源设置为直流100V,脉冲信号周期设置为
0.02S，脉宽为50，相位相差180。
③运行程序，打开示波器观察完成波形观测及分析部分。
最终完成仿真模型如图11所示：
图11 单相半桥无源逆变电路仿真模型
图12 电源参数设置
图13 驱动脉冲信号参数设置
3.2、仿真结果分析
将仿真时间设为0.00s，选择ode113的仿真算法，将绝对误差设为1e-5，运行后可得仿真结果。
如图14所示自上而下分别为直流输入电压、逆变器输出的负载交流电压、负载电流和V1、V2的脉冲波形。交流电压为50 v的方波电压，周期与驱动信号同为1kHz。由于选取的参考电压方向为负方向，则V1开通V2关断时负载电压方向为-50V。
图14 单相半桥无源逆变电路仿真波形
第四章小结
电力电子技术是一门技术基本课程，也是实用性很强的一门课程。通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关电力电子方面的知识，能够很好的把课堂上所学的知识运用到实际中解决实际问题。虽然在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过自己一次又一次的思考，一遍又一遍的仔细检查终于找出了原因所在，同时也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践是检验真理的唯一标志，只有通过亲自动手制作，找出问题所在才能更好的掌握的理论知识。
总结本次设计的工作过程，主要做了下面几点较突出的工作：
一、拿到课题后由于知识点比较疏散不知道从何下手，通过查阅大量的相关资料，详细了解了逆变电路的工作原理和IGBT的原理及其使用方法，清楚地了解了逆变电路与IGBT的优点，明确了研究目标，结合系统的特点按模块化设计各个模块的相关电路结构。
二，本文设计的IGBT单相半桥无源逆变电路设计（纯电阻负载）输入直流电压：Ud=100V，输出功率：300W，输出电压波形：1KHz方波。
三，文章给出了系统具体的硬件设计方案,硬件结构电路图，各模块的详细介绍，软件流程图和具体汇编语言程序设计。
四，在这次课程设计的过程中学会了MATLAB 的基本使用，利用MATLAB仿真感到MATLAB是一个实用性的强的软件。
参考文献
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［2］王兴贵，陈伟，现代电力电子技术（M）, 机械工业出版社2010
［3］黄忠霖、黄京，电力电子技术的MATLAB实践，国防工业出版社，2009 ［4］李维波，MATLAB在电气工程中的应用，中国电力出版社，2007
［5］王文郁.电力电子技术应用电路.北京：机械工业出版社，2001
［6］李宏.电力电子设备用器件与集成电路应用指南.北京：机械工业出版社，2001
［7］石玉、栗书贤、王文郁.电力电子技术题例与电路设计指导. 北京：机械工业出版社，1999
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； 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 1.引言 逆变电路所谓逆变，就是与整流相反，把直流电转换成某一固定频率或可变频率的交流电(DC/AC)的过程。 当把转换后的交流电直接回送电网，即交流侧接入交流电源时，称为有源逆变；而当把转换后的交流电直接供给负载时，则称为无源逆变。通常所讲的逆变电路，若不加说明，一般都是指无源逆变电路。 1. 电压型逆变器的原理图 当开关S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压u o为正；当开关S1、S4断开，S2、S3闭合时，u o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，u o的波形如图7.4(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 t (b) (a) u o t3 t2 t1 i o u o Z u o i o U d _ + S3 S2S 4 S1 实现了直流电到交流电的逆变。 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。 输出电压定量分析 u o成傅里叶级数 基波幅值 基波有效值 ? ? ? ? ? + + + = t t t U uω ω ω π 5 sin 5 1 3 sin 3 1 sin 4 d o d d o1m 27 .1 4 U U U= = π d d 1o 9.0 2 2 U U U= = π 当u o为正负各180°时，要改变输出电压有效值只能改变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180o正偏，180o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 ( 0 目录 摘要 (1) 第一章系统方案设计及原理 (2) 1.1、系统方案 (2) 1.2、系统工作原理 (2) 1.2.1、逆变电路的基本工作原理 (2) 1.2.2、单相半桥阻感负载逆变电路 (3) 1.2.3、单相半桥纯电阻负载逆变电路 (4) 1.3、IGBT的结构特点和工作原理 (4) 1.3.1、IGBT的结构特点 (4) 1.3.2、IGBT对驱动电路的要求 (6) 第二章硬件电路设计与参数计算 (7) 2.1、系统硬件连接 (7) 2.1.1、单相半桥无源逆变主电路如图下所示 (7) 2.2、整流电路设计方案 (8) 2.2.1、整流变压器的参数运算 (8) 2.2.2、整流变压器元件选择 (9) 2.2.3、整流电路保护元件的选用 (9) 2.3、驱动电路设计方案........................................................................... 错误!未定义书签。 2.3.1、IGBT驱动器的基本驱动性能.............................................. 错误!未定义书签。 2.3.2、驱动电路................................................................................ 错误!未定义书签。 2.4、触发电路设计方案........................................................................... 错误!未定义书签。第三章系统仿真.............................................................................................. 错误!未定义书签。 3.1、建立仿真模型................................................................................... 错误!未定义书签。 3.2、仿真结果分析................................................................................... 错误!未定义书签。第四章小结...................................................................................................... 错误!未定义书签。参考文献............................................................................................................ 错误!未定义书签。 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 = 单相全桥型逆变电路原理 电压型全桥逆变电路可瞧成由两个半桥电路组合而成,共4个桥臂,桥臂1与4为一对,桥臂2与3为另一对,成对桥臂同时导通,两对交替各导通180° 电压型全桥逆变电路输出电压uo 的波形与半桥 电路的波形uo 形状相同,也就是矩型波,但幅值 高出一倍,Um=Ud 输出电流io 波形与半桥电路的io 形状相同,幅值增加一倍 VD1 、V1、VD2、V2相继导通的区间,分别对应VD1与VD4、V1与V4、VD2与VD3、V2与V3相继导通的区间 + - VD 3 VD 4 单相半桥电压型逆变电路工作波形 全桥逆变电路就是单相逆变电路中应用最多的, 对电压波形进行定量分析将幅值为Uo 的矩形波 uo 展开成傅里叶级数,得 其中基波幅值Uo1m 与基波有效值Uo1分别为 上述公式对半桥逆变电路也适用,将式中的ud 换成Ud /2 uo 为正负电压各为180°的脉冲时,要改变输出电压有效值只能通过改变输出直流电压Ud 来实现 d d o1m 27.14U U U == π d d 1o 9.022U U U == π O ON u o U - U m i o VD 1 VD 2 VD 1 VD 2 ?? ? ??+++= t t t U u ωωωπ5sin 513sin 31sin 4d o t 1时刻前V 1与V 4导通,输出电压u o 为u d t 1时刻V 3与V 4栅极信号反向,V 4截止,因i o 不能突变,V 3不能立即导通,VD 3导通续流,因V 1与VD 3同时导通,所以输出电压为零 各 IGBT 栅极信号uG1~uG4及输出电压uo 、输出电流io 的波形 u u u u u i o o ? 各IGBT 栅极信号为180°正 偏,180°反偏,且V 1与V 2栅极信号互补,V 3与V 4栅极信号互补 ? V 3的基极信号不就是比V 1落后 180°,而就是只落后θ ( 0< θ <180°) ? V 3、V 4的栅极信号分别比V 2、V 1 采用移相方式调节逆变电路的输出电压 电气与电子信息工程学院 计算机控制课程设计 设计题目：单相半桥无源逆变电路设计 专业班级：电气工程及其自动化2010（专升本）班 学号： 201020210128 姓名：朱勇 同组人：严康孙希凯 指导教师：南光群黄松柏 设计时间：2011/11/13～2011/11/21 设计地点：电力电子室 电力电子课程设计成绩评定表 姓名朱勇学号201020210128 课程设计题目：单相半桥无源逆变电路设计 课程设计答辩或质疑记录： 1、单相半桥无源逆变电路的原理是什么？ 答：见图1.2。在一个周期内，电力晶体管T1和T2的基极信号各有半周正偏，半周反偏，且互补。若负载为阻感负载，设t2时刻以前，T1有驱动信号导通，T2截止。t2时刻关断的T1，同时给T2发出导通信号。由于感性负载中的电流i。不能立即改变方向，于是D2导通续流。t3时刻i。降至零，D2截止，T2导通，i。开始反向增大。在t4时刻关断T2，同时给T1发出导通信号，由于感性负载中的电流i。不能立即改变方向，D1先导通续流；t5时刻i。降至零，T1导通。 2、将直流电转换为交流电的电路称为逆变电路，根据交流电的用途可分为哪几类？答：有源逆变和无源逆变。 成绩评定依据： 课程设计考勤情况（20％）： 课程设计答辩情况（30％）： 完成设计任务及报告规范性（50％）： 最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定） 指导教师签字： 2011年12 月20 日 《电力电子课程设计》课程设计任务书 2011 ～2012 学年第1学期 学生姓名：朱勇专业班级电气工程及其自动化2010专升本 指导教师：南光群、黄松柏工作部门：电气学院电气自动化教研室 一、课程设计题目： 1. 单相桥式晶闸管整流电路设计 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 4. 降压斩波电路设计 5. 升压斩波电路设计 6. 单相半桥无源逆变电路设计 7. 单相桥式无源逆变电路设计 8. 单相交流调压电路设计 9. 三相桥式SPWM逆变器设计 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 序号内容学时安排（天） 1 方案论证和系统设计 1 2 主电路设计 1 3 保护电路设计 1 4 驱动电路设计 1 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。 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 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。 电流源型单相全桥逆变电路的设计 摘要 本次设计说明书首先介绍了电流源型单相全桥逆变电路的特点和原理，用单相桥式电流型逆变电路的原理图说明了该电路是采用负载换相方式工作的，要求负载电流略超前于负载电压，又详细分析该电路的工作过程，并用图给出该逆变电路的工作波形。最后根据以上分析运用仿真软件PSIM对电路进行仿真设计，得到波形图。 关键词：电流源型单相电路，逆变电路，PSIM仿真 ' 目录 . 1.电流源型单相全桥逆变电路研究-----------------------------------------3 逆变电路介绍----------------------------------------------------3 电流型逆变电路的主要特点----------------------------------------3 电流源型单相全桥逆变电路----------------------------------------3 电流源型单相全桥逆变电路工作过程--------------------------------4 2.电流源型单相全桥逆变电路设计------------------------------------------7 电路设计原理----------------------------------------------------7 电路仿真图------------------------------------------------------7 3.参数设定及仿真结果----------------------------------------------------8 直流侧仿真------------------------------------------------------8 ) 参数设定-------------------------------------------------8 仿真结果-------------------------------------------------8交流侧仿真------------------------------------------------------8 参数设定-------------------------------------------------8 仿真结果-------------------------------------------------9 4.小结------------------------------------------------------------------9 5.参考文献--------------------------------------------------------------10 : 《电力电子技术》课程设计说明书单相桥式逆变电路的设计 院、部：电气与信息工程学院 学生姓名： 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： 完成时间： 2014年6月 电力电子技术》课程设计任务书 一、课程设计的目的 通过课程设计达到以下目的 1、加强和巩固所学的知识，加深对理论知识的理解； 2、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； 3、培养学生综合分析问题、发现问题和解决问题的能力； 4、培养学生综合运用知识的能力和工程设计能力； 5、培养学生运用仿真软件的能力和方法； 6、培养学生科技写作水平。 二、课程设计的主要内容 1、关于本课程学习情况简述 2、主电路的设计、原理分析和器件的选择； 3、控制电路的设计； 4、保护电路的设计； 5、利用MATLAB软件对自己的设计进行仿真。 三、课程设计的要求 1、通过查阅资料，确定自己的设计方案； 2、按学号尾数定课题，即课题一的学号尾数为1，以此类推。自拟参数不能雷同； 3、要求最后图纸是标准的CAD图； 4、课程设计在第18周五前交上来。 四、课题 1、课题一：单相桥式可控整流电路的设计 已知单相交流输入交流电压220V，负载自拟，要求整流电压在0~100V连续可调，其它性能指标自定。 2、课题二：三相半波可控整流电路的设计 已知三相交流输入线电压380V，要求整流电压在0~100V连续可调，负载自拟，其它性能指标自定。 3、课题三：三相桥式可控整流电路的设计 已知三相交流输入线电压380V，要求整流电压在0~100V连续可调，负载自拟，其它性能指标自定。 4、课题四：直流降压斩波电路的设计 已知直流输入电压200V，负载自拟，要求输出电压在50~100V可调，其它性能指标自定。 5、课题五：直流升压斩波电路的设计 已知直流输入电压200V，负载自拟，要求输出电压在300~400V可调，其它性能指标自定。 6、课题六：直流升降压斩波电路的设计 已知直流输入电压200V，负载自拟，要求输出电压在100~300V连续可调，其它性能指标自定。 7、课题七：单相桥式逆变电路的设计 已知直流输入电压100V，负载自拟，要求交流输出电压频率范围在30~60HZ，电压在30~50V范围可调，其它性能指标自定。 8、课题八：单相交流调压电路设计 已知单相交流输入交流电压220V，负载自拟，要求输出交流电压在0~220V 可调，其它性能指标自定。 9、课题九：三相交流调压电路的设计 已知三相交流输入交流线电压380V，负载自拟，要求输出交流电压在0~200V可调，其它性能指标自定。 10、课题十：三相桥式逆变电路的设计 已知直流输入电压100V，负载自拟，要求交流输出电压频率范围在30~60HZ，电压在30~50V范围可调，其它性能指标自定。 注意：若已经按上课时我讲解的内容和安排的课题进行了设计，则不必再更改。 五、格式要求 1、格式严格按照教务处规定的毕业设计格式； 2、文档内容： 1）绪言：主要介绍对本课程学习情况；本设计内容的掌握情况；拟出设计任务书。 2）主电路设计： （1）电路原理图：用CAD绘制电路； （2）原理分析：用自己的语言； IGBT单相电压型半桥无源逆变电路设计 ————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期： 1 引言 本次课程设计的题目是IGBT单相电压型半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。 电力电子技术课程设计是电力电子技术课程理论教学之后的一个实践教学环节。其目的是训练学生综合运用学过的各种变流电路原理的基础知识，独立完成查找资料、选择方案、设计电路、撰写报告的能力，使学生进一步加深对变流电路基本理论的理解和基本技能的运用，为今后的学习和工作打下坚实的基础。 2 工作原理概论 2.1 IGBT单相电压型半桥无源逆变电路 2.1.1单相电压型逆变电路 （1）半桥逆变电路结构及其工作原理 V 1和V 2 栅极信号各半周正偏、半周反偏，二者互补。输出电压u o 为矩形波，幅 值为Um=Ud/2，输出电流i o 波形随负载而异，感性负载时，V 1 或V 2 通时，i o 和u o 同方向，直流侧向负载提供能量，VD 1或VD 2 通时，i o 和u o 反向，电感中贮能向直流 侧反馈，VD 1、VD 2 称为反馈二极管，还使i o 连续，又称续流二极管。 单相半桥电压型逆变电路及其工作波形 优点：简单，使用器件少。缺点：交流电压幅值U d/2，直流侧需两电容器串联，要控制两者电压均衡，用于几k W以下的小功率逆变电源。 2.1.2 IGBT绝缘栅双极型晶体管 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件, 兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR 饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大;MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。 2.2电压型逆变电路的特点及主要类型 根据直流侧电源性质的不同可分为两种：直流侧是电压源的称为电压型逆变电路；直流侧是电流源的则称为电流型逆变电路。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。而交流侧输出电流波形和相位因为负载阻抗的情况不同而不同。 当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量的作用。为了给交流侧想直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂都并联了反馈二极管。又称为续流二极管。 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。 2.3 根据设计题目要求的指标，通过查阅有关资料分析其工作原理，确定各器件参数，设计电路原理图； 设计条件： =100V 1.电源电压：直流U d 2.输出功率：300W单相桥式全控整流及有源逆变电路的MATLAB仿真
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