5.三相电压型桥式逆变电路
5.1三相电压型桥式逆变电路基本原理
5.2三相电压型桥式逆变电路仿真电路图
本仿真基本参数设置：对应a角为60°的ABC三个相相应六个触发环节的延迟时间为3.33ms、6.67ms、 10ms、 13.33ms 、16.67ms 、0ms。
5.3仿真结果
1主电路的原理 1.1主电路 其原理图如图1所示。 图1 三相桥式全控整理电路原理图 习惯将其中阴极连接在一起的3个晶闸管（VT1、VT3、VT5）称为共阴极组；阳极连接在一起的3个晶闸管（VT4、VT6、VT2）称为共阳极组。此外，习惯上希望晶闸管按从1至6的顺序导通，为此将晶闸管按图示的顺序编号，即共阴极组中与a、b、c三相电源相接的3个晶闸管分别为VT1、VT3、VT5，共阳极组中与a、b、c三相电源相接的3个晶闸管分别为VT4、VT6、VT2。从后面的分析可知，按此编号，晶闸管的导通顺序为VT1－VT2－VT3－VT4－VT5－VT6。 1.2主电路原理说明 整流电路的负载为带反电动势的阻感负载。假设将电路中的晶闸管换作二极管，这种情况也就相当于晶闸管触发角α=0o时的情况。此时，对于共阴极组的3个晶闸管，阳极所接交流电压值最高的一个导通。而对于共阳极组的3个晶闸管，则是阴极所接交流电压值最低（或者说负得最多）的一个导通。这样，任意时刻共阳极组和共阴极组中各有1个晶闸管处于导通状态，施加于负载上的电压为某一线电压。此时电路工作波形如图2所示。
图2 反电动势α=0o时波形 α=0o时，各晶闸管均在自然换相点处换相。由图中变压器二绕组相电压与线电压波形的对应关系看出，各自然换相点既是相电压的交点，同时也是线电压的交点。在分析ud的波形时，既可从相电压波形分析，也可以从线电压波形分析。从相电压波形看，以变压器二次侧的中点n为参考点，共阴极组晶闸管导通时，整流输出电压ud1为相电压在正半周的包络线；共阳极组导通时，整流输出电压ud2为相电压在负半周的包络线，总的整流输出电压ud = ud1－ud2是两条包络线间的差值，将其对应到线电压波形上，即为线电压在正半周的包络线。
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
三相桥式全控整流电路的性能研究 一、原理及方案 三相桥式全控整流电路系统通过变压器与电网连接，经过变压器的耦合，晶闸管主电路得到一个合适的输入电压，使晶闸管在较大的功率因数下运行。变流主电路和电网之间用变压器隔离，还可以抑制由变流器进入电网的谐波成分。保护电路采用RC过电压抑制电路进行过电压保护，利用快速熔断器进行过电流保护。采用锯齿波同步KJ004集成触发电路，利用一个同步变压器对触发电路定相，保证触发电路和主电路频率一致，触发晶闸管，使三相全控桥将交流整流成直流，带动直流电动机运转。 结构框图如图1-1所示。整个设计主要分为主电路、触发电路、保护电路三个部分。框图中没有表明保护电路。当接通电源时，三相桥式全控整流电路主电路通电，同时通过同步电路连接的集成触发电路也通电工作，形成触发脉冲，使主电路中晶闸管触发导通工作，经过整流后的直流电通给直流电动机，使之工作。 图1-1 三相桥式全控整流电路结构图
二、主电路的设计及器件选择 实验参数设定负载为220V、305A的直流电机，采用三相整流电路，交流测由三相电源供电，设计要求选用三相桥式全控整流电路供电，主电路采用三相全控桥。 1．三相全控桥的工作原理 如图2-1所示，为三相桥式全控带阻感负载，根据要求要考虑电动机的电枢电感与电枢电阻，故为阻感负载。习惯将其中阴极连接在一起的3个晶闸管称为共阴极组；阳极连接在一起的3个晶闸管称为共阳极组。共阴极组中与a、b、c 三相电源相接的3个晶闸管分别为VT1、VT3、VT5，共阳极组中与a、b、c三相电源相接的3个晶闸管分别为VT4、VT6、VT2。晶闸管的导通顺序为 VT1－VT2－VT3－VT4－VT5－VT6。变压器为Y ?-型接法。变压器二次侧接成星形得到零线，而一次侧接成三角形避免3次谐波流入电网 KP1KP3KP5 图1 三相桥式全控整流电路 图2-1 三相桥式全控整流电路带（阻感）负载原理图 2. 三相全控桥的工作特点 ⑴2个晶闸管同时通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各1个，且不能为同1相器件。 ⑵对触发脉冲的要求： 按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差。 共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差。 共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差。 同一相的上下两个桥臂，即VT1与VT4，VT3与VT6，VT5与VT2，脉冲相差180。
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
图1 三相桥式全控整流电路 实验六：三相桥式全控整流电路 （一）实验目的 1.掌握实验电路的工作原理和关键波形； 2.分析不同参数设置对仿真结果的影响 （二）实验原理 在三相桥式全控整流电路中，对共阴极组和共阳极组是同时进行控制的，控制角都是α。由于三相桥式整流电路是两组三相半波电路的串联，因此整流电压为三相半波时的两倍。很显然在输出电压相同的情况下，三相桥式晶闸管要求的最大反向电压，可比三相半波线路中的晶闸管低一半。 为了分析方便，使三相全控桥的六个晶闸管触发的顺序是1-2-3-4-5-6，晶闸管是这样编号的：晶闸管KP1和KP4接a 相，晶闸管KP3和KP6接b 相，晶管KP5和KP2接c 相。 晶闸管KP1、KP3、KP5组成共阴 极组，而晶闸管KP2、KP4、KP6组成 共阳极组。 为了搞清楚α变化时各晶闸管的导通规律，分析输出波形的变化规 则，下面研究几个特殊控制角，先分 析α=0的情况，也就是在自然换相点 触发换相时的情况。图1是电路接线 图。 为了分析方便起见，把一个周期 等分6段（见图2）。 在第（1）段期间，a 相电压最高，而共阴极组的晶闸管KP1被触发导通，b 相电位最低，所以供阳极组的晶闸管KP6
被触发导通。这时电流由a相经KP1流向负载，再经KP6流入b相。变压器a、b两相工作，共阴极组的a相电流为正，共阳极组的b相电流为负。加在负载上的整流电压为 =-= 经过60°后进入第(2)段时期。这时a相电位仍然最高，晶闸管KPl继续导通，但是c相电位却变成最低，当经过自然换相点时触发c相晶闸管KP2，电流即从b相换到c相，KP6承受反向电压而关断。这时电流由a相流出经KPl、负载、KP2流回电源c相。变压器a、c两相工作。这时a相电流为正，c相电流为负。在负载上的电压为 =-= 再经过60°，进入第(3)段时期。这时b相电位最高，共阴极组在经过自然换相点时，触发导通晶闸管KP3，电流即从a相换到b相，c相晶闸管KP2因电位仍然最低而继续导通。此时变压器bc两相工作，在负载上的电压为 =-= 余相依此类推。 由上述三相桥式全控整流电路的工作过程可以看出： 1.三相桥式全控整流电路在任何时刻都必须有两个晶闸管导通，而且这两个晶闸管一个是共阴极组，另一个是共阳极组的，只有它们能同时导通，才能形成导电回路。 2. 三相桥式全控整流电路就是两组三相半波整流电路的串联，所以与三相半波整流电路一样，对于共阴极组触发脉冲的要求是保证晶闸管KPl、KP3和KP5依次导通，因此它们的触发脉冲之间的相位差应为120°。对于共阳极组触发脉冲的要求是保证晶闸管KP2、KP4和KP6依次导通，因此它们的触发脉冲之间的相位差也是120°。 3.由于共阴极的晶闸管是在正半周触发，共阳极组是在负半周触发，因此接在同一相的两个晶闸管的触发脉冲的相位应该相差180°。 4. 三相桥式全控整流电路每隔60°有一个晶闸管要换流，由上一号晶闸管换流到下一号晶闸管触发，触发脉冲的顺序是：1→2→3→4→5→6→1，依次下去。相邻两脉冲的相位差是60°。
电压型逆变电路[浏览次数：约247次] ?电压型逆变电路是指由电压型直流电源供电的逆变电路。它的直流侧为电压源,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。电压型 逆变电路主要应用于各种直流电源。 目录 ?电压型逆变电路种类 ?电压型逆变电路原理 ?电压型逆变电路特点 电压型逆变电路种类 ?1、单相电压型逆变电路 （1）单相半桥电压型逆变电路 优点：简单，使用器件少 缺点：交流电压幅值Ud/2，直流侧需两电容器串联，要控制两者电压均衡 （2）单相全桥电压型逆变电路，由两个半桥电路的组合，是单相逆变电路中应用最多的。 （3）带中心抽头变压器的逆变电路 2、三相电压型逆变电路 三个单相逆变电路可组合成一个三相逆变电路，应用最广的是三相桥式逆变电路。 电压型逆变电路原理 ?以三相电压型逆变电路为例：图1是一个三相电压型逆变电路的主电路。直流电源采用相控整流电路，由普通晶闸管组成。逆变电路由6个导电臂组成,每个导电臂均由具有自关断能力的全控型器件及反并联二极管组成，所以实际上也是一种全控型逆变电路。负载为感性，星形接法，在整流电路和逆变电路之间并联大电容Cd。由于Cd的作用，逆变入端电压平滑连续，直流电源具有电压源性质。
逆变电路中各全控器件控制极电压信号的时序如图2b所示。信号脉宽为180°，每隔60°有一次脉冲电平的变化，任何时刻有3个脉冲处于高电平。相应地在主电路中也有3个导电臂处于导通状态。 依此类推，可得uAO波形如图2c所示。其他两相uBO和uCO波形分别滞后于uAO120°和240°。根据uAB＝uAO－uBO，可得uAB波形如图2e所示。由图可见，逆变电路输出电压uAB、uBC和uCA是分别互差120°的交变四阶梯波。该波形不随负载而
三相电压型逆变器 一．电力电子器件的发展： 1.概述： 1957年可控硅(晶闸管)的问世，为半导体器件应用于强电领域的自动控制迈出了重要的一步，电力电子开始登上现代电气传动技术舞台，这标志着电力电子技术的诞生。20世纪60年代初已开始使用电力电子这个名词，进入70年代晶闸管开始派生各种系列产品，普通晶闸管由于其不能自关断的特点，属于半控型器件，被称作第一代电力电子器件。随着理论研究和工艺水平的不断提高，以门极可关断晶闸管（GTO）、电力双极性晶体管（BJT）和电力场效应晶体管（Power-MOSFET）为代表的全控型器件迅速发展，被称作第二代电力电子器件。80年代后期，以绝缘栅极双极型晶体管（IGBT）为代表的复合型第三代电力电子器件异军突起，而进入90年代电力电子器件开始朝着智能化、功率集成化发展，这代表了电力电子技术发展的一个重要方向 电子技术被认为是现代科技发展的主力军，电力电子就是电力电子学，又称功率电子学，是利用电子技术对电力机械或电力装置进行系统控制的一门技术性学科，主要研究电力的处理和变换，服务于电能的产生、输送、变换和控制。（电力电子的发展动向）电力电子技术包括功率半导体器件与IC 技术、功率变换技术及控制技术等几个方面，其中电力电子器件是电力电子技术的重要基础，也是电力电子技术发展的“龙头”。电力电子器件(Power Electronic Device)又称为功率半导体器件，用于电能变换和电能控创电路中
的大功率(通常指电流为数十至数千安，电压为数百伏以上)电子器件。广义上电力电子器件可分为电真空器件(Electron Device)和半导体器件(Semiconductor Device)两类。 2.发展： A.整流管： 整流管是电力电子器件中结构最简单、应用最广泛的一种器件。目前主要有普通整流管、快恢复整流管和肖特基整流管三种类型。电力整流管在改善各种电力电子电路的性能、降低电路损耗和提高电源使用效率等方面发挥着非常重要的作用。目前，人们已通过新颖结构的设计和大规模集成电路制作工艺的运用，研制出集PIN整流管和肖特基整流管的优点于一体的具有MPS、SPEED和SSD等结构的新型高压快恢复整流管。它们的通态压降为IV 左右，反向恢复时间为PIN整流管的1/2，反向恢复峰值电流为PIN整流管的1/3。 B.晶闸管： 自1957年美国通用电气公司GE研制出第一个晶闸管开始，其结构的改进和工艺的改革，为新器件开发研制奠定了基础，其后派生出各种系列产品。1964年，GE公司成功开发双向晶闸管，将其应用于调光和马达控制；1965年，小功率光触发晶闸管问世，为其后出现的光耦合器打下了基础；60年代后期，出现了大功率逆变晶闸管，成为当时逆变电路的基本元件；逆导晶闸管和非对称晶闸管于1974年研制完成。 C.门极可关断晶闸管： GTO可达到晶闸管相同水平的电压、电流等级，工作频率也可扩展到
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。
KP5 图1 三相桥式全控整流电路 实验六：三相桥式全控整流电路 （一）实验目的 1.掌握实验电路的工作原理和关键波形； 2.分析不同参数设置对仿真结果的影响 （二）实验原理 在三相桥式全控整流电路中，对共阴极组和共阳极组是同时进行控制的，控制角都是α。由于三相桥式整流电路是两组三相半波电路的串联，因此整流电压为三相半波时的两倍。很显然在输出电压相同的情况下，三相桥式晶闸管要求的最大反向电压，可比三相半波线路中的晶闸管低一半。 为了分析方便，使三相全控桥的六个晶闸管触发的顺序是1-2-3-4-5-6，晶闸管是这样编号的：晶闸管KP1和KP4接a相，晶闸管KP3和KP6接b相，晶管KP5和KP2接c相。 晶闸管KP1、KP3、KP5组成 共阴极组，而晶闸管KP2、KP4、KP6 组成共阳极组。
为了搞清楚α变化时各晶闸管的导通规律，分析输出波形的变化规则，下面研究几个特殊控制角，先分析α=0的情况，也就是在自然换相点触发换相时的情况。图1是电路接线图。 为了分析方便起见，把一个周期等分6段（见图2）。 在第（1）段期间，a 相电压最高，而共阴极组的晶闸管KP1被触发导通，b 相电位最低，所以供阳极组的晶闸管KP6被触发导通。这时电流由a 相经KP1流向负载，再经KP6流入b 相。变压器a 、b 两相工作，共阴极组的a 相电流为正，共阳极组的b 相电流为负。加在负载上的整流电压为 = - = 经过60°后进入第(2)段时期。这 时a 相电位仍然最高，晶闸管KPl 继 续导通，但是c 相电位却变成最低， 当经过自然换相点时触发c 相晶闸管 KP2，电流即从b 相换到c 相，KP6 承受反向电压而关断。这时电流由a 相流出经KPl 、负载、KP2流回电源c 相。变压器a 、c 两相工作。这时a 相电流为正，c 相电流为负。在负载上的电压为 = - = 再经过60°，进入第(3)段时期。这时b 相电位最高，共阴极组在经过自然换相点时，触发导通晶闸管KP3，电流即从a 相换到b 相，c 相晶闸管KP2因电位仍然最低而继续导通。此时变压器bc 两相工作，在负载上的电压为 = - =
电压型逆变电路输出电压的调节 电动巡逻车调节电压型逆变电路输出电压的方式有三种，即调节直流侧电压、移相调压和脉宽调制调压。 调节直流侧电压 从上面的分析可以看出，改变直流侧电压Ud即可调节逆变电路输出电压。为了调节直流侧电压，可以采用如图8-11a的可控整流方式，也可以像图8-11b那样，用二极管整流桥整流，然后再用直流斩波调压。 调节直流侧电压方式 移相调压 电动巡逻车移相调压实际上就是调节输出电压脉冲的宽度。在图8-12a的单相全桥逆变电路中，各电力晶体管的基极信号仍为180°正偏，180°反偏，V1和V2的基极信号互补，V3和V4的基极信号互补，但V3的基极信号不是比V1落后180°，而是只落后θ（0<θ<180°)。这样，输出电压波形就不再是正负各为180°的矩形波，而是正负各为θ的矩形波，各基极信号ub1-ub4及输出电压uo输出电流io的波形如图，．8-12b所示。设在tl 以前，V1和V4导通，输出电压uo为Ud，t1时刻V3和V4基极信号反向，V4截止，而因感性负载电流io不能突变，V3不能立刻导通，VD3导通续流，因V1和VD3同时导通，所以输出电压为零。到t2时刻V1和V2基极信号反向，V1截止，而V2不能立刻导通，VD2导通续流，输出电压uo为-Ud。到负载电流过零并反向时，VD2和VD3截止，V2和V3开始导通，uo仍为-Ud。t时刻V3和V4基极信号再次反向，V3截止，而V4不能立刻导通，VD4续流，uo为零。以后的过程和前面类似。这样，输出电压uo的正负脉冲宽度就各为θ。改变θ，就可调节输出电压。
移相调压方式 脉宽调制(PWM)调压 电动巡逻车PWM控制方式是把逆变电路输出波形半个周期内的脉冲分割成多个，通过对每个脉冲的宽度进行控制，来控制输出电压并改善波形。PWM是一种非常重要的控制方式。 更多电动汽车详情：https://www.doczj.com/doc/6612484025.html,
三相无源电压型SPWM逆变器的构建及其MATLAB仿真 09 电气工程及其自动化邱迪 摘要：本文简要介绍了三相无源电压型SPWM输出的逆变器的构建和工作方式及其MATLAB 仿真。 关键词：三相逆变器正弦脉宽调制(SPWM)技术MATLAB仿真 Abstract: This paper introduces briefly the construction of 3-phase inverter which output SPWM wave and the MATLAB-based simulation. Key word:Three-phase inverter Sinusoidal Pulse Width Modulation Power electronic technology 1逆变器 1.1逆变器的概念 逆变器也称逆变电源，是一种可将直流电变换为一定频率下交流电的装置。相对于整流器将交流电转换为固定电压下的直流电而言，逆变器可把直流电变换成频率、电压固定或可调的交流电，称为DC-AC变换。这是与整流相反的变换，因而称为逆变。[1] 1.2逆变器涉及的技术 逆变器的构建应用了电力电子学科中的很多关键技术。电路中电流的可控流通断开的过程中应用了多种可控硅类型的电力电子器件；开关的控制过程应用了基于微处理器的现代控制技术；对于正弦波形的仿制过程应用了正弦波脉宽调制（SPWM）技术等等。 1.3逆变器的分类 现代逆变技术的种类很多，可以按照不同的形式进行分类。其主要的分类方式如下： 1)按逆变器输出的相数，可分为单相逆变、三相逆变和多相逆变。
2)按逆变器输出能量的去向，可分为有源逆变和无源逆变。 3)按逆变主电路的形式，可分为单端式、推挽式、半桥式和全桥式逆变。 4)按逆变主开关器件的类型，可分为晶闸管逆变、晶体管逆变、场效应管逆变等等。 5)按输出稳定的参量，可分为电压型逆变和电流型逆变。 6)按输出电压或电流的波形，可分为正弦波输出逆变和非正弦波输出逆变。 7)按控制方式，可分为调频式(PFM)逆变和调脉宽式(PWM)逆变。[2] 2 三相逆变电路 三相逆变电路，是将直流电转换为频率相同、振幅相等、相位依次互差为120°交流电的一种逆变网络。 图 1 三相逆变电路 日常生活中使用的电源大都为单相交流电，而在工业生产中，由于诸多电力能量特殊要求的电气设备均需要使用三相交流电，例如三相电动机。随着科技的日新月异，很多设备业已小型化，许多原来工厂中使用的大型三相电气设备都被改进为体积小、耗能低且便于携带的小型设备。尽管这些设备外形发生了很大的变化，其使用的电源类型——三相交流电却始终无法被取代。在一些条件苛刻的环境下，电力的储能形式可能只有直流电，如若在这样的环境下使用三相交流电设备，就要求将直流电转变为特定要求的三相交流电以供使用。这就催生了三相逆变器的产生。
实验2 三相桥式全控整流及有源逆变电路实验 一、实验目的 (1) 熟悉三相桥式全控整流及有源逆变电路的接线及工作原理。 (2) 了解集成触发器的调整方法及各点波形。 二、实验线路及原理 实验线路如图4-8所示。主电路由三相全控变流电路及作为逆变直流电源的三相不控整流桥组成。触发电路为数字集成电路，可输出经高频调制后的双窄脉冲链。三相桥式整流及有源逆变电路的工作原理可参见“电力电子技术”的有关教材。 三、实验内容 (1) 三相桥式全控整流电路 (2) 三相桥式有源逆变电路 (3) 观察整流状态下模拟电路故障现象时的波形 三相桥式全控整流及有源逆变电路图 四、实验设备 (1) MCL现代运动控制技术实验台主控屏 (2) MCL—18组件 (3) MEL-02芯式变压器 (4) 滑线变阻器1.8K, 0.65A (5) 双踪记忆示波器 (6) 数字式万用表 五、预习要求 (1)阅读电力电子技术教材中有关三相桥式全控整流电路的有关内容，弄清三相桥式全控整流电路带大电感负载时的工作原理。 (2)阅读电力电子技术教材中有关有源逆变电路的有关内容，掌握实现有源逆变的基本条件。 (3) 学习本教材§2-3中有关集成触发电路的内容，掌握该触发电路的工作原理。 六、思考题 (1)如何解决主电路和触发电路的同步问题?本实验中，主电路三相电源的相序能任意确定吗?
(2) 本实验中，在整流向逆变切换时，对α角有什么要求?为什么? 七、实验方法 1、接线与调试 (1) 按图4-8接线，未上主电源之前，检查晶闸管的脉冲是否正常。打开MCL-18电源开关，给定电压U g有电压显示。 (2) 用示波器观察双脉冲观察孔，应有间隔均匀，相互间隔60°的幅度相同的双脉冲。 (3) 检查相序，用示波器观察“1”，“2”单脉冲观察孔，“1” 脉冲超前“2” 脉冲60°，则相序正确，否则，应调整输入电源。 (4) 用示波器观察每只晶闸管的控制极，阴极，应有幅度为1V～2V的脉冲。 注：将面板上的U blf（当三相桥式全控变流电路使用I组桥晶闸管VT1～VT6时）接地，将I组桥式触发脉冲的六个按键设置到“接通”。 (5) 将给定器输出U g 接至U ct端，调节偏移电压U b，在U ct =0时，使a=150o。此时的触发脉冲波形如图4-9所示。 图4-9 触发脉冲与锯齿波的相位关系 2、三相桥式全控整流电路 (1) 按图4-8接线，将开关“S”拨向左边的短接线端，给定器上的“正给定”输出为零(逆时针旋到底)；合上主电路开关，调节给定电位器，使α角在30°～90°范围内调节（α角度可由晶闸管两端电压uT波形来确定），同时，根据需要不断调整负载电阻R d，使得负载电流I d保持在0.5A左右(注意I d不得超过1A)。用示波器观察并记录α= 30°，60°，90°时的 计算公式（4-4） (2) 模拟故障现象 当α= 60°时，将示波器所观察的晶闸管的触发脉冲按扭开关拨向“脉冲断”位置，模拟晶闸管失去触发脉冲的故障，观察并记录这时的u d、u T的变化情况。 3、三相桥式有源逆变电路
电气工程学院课程设计报告 课程名称：电力电子技术 设计题目：三相桥式全控整流电路设计 专业班级：自动化1班 学号： 20120220 姓名： 时间： 2015年9月2日--9月30日 ——————以下由指导教师填写——————分项成绩：出勤成品答辩及考核 总成绩：总分成绩 指导教师（签名）：
前言 课程设计是《电力电子技术》课程的实践性教学环节，通过课程设计，可 使学生在综合运用所学理论知识，拓展知识面，理论分析和计算，实验研究以及系统地进行工程实践训练等方面得到训练和提高，从而培养学生具有独立解决实际问题和从事科学研究的初步能力。通过设计过程，可是学生初步建立正确的设计思想，熟悉工程设计的一般顺序呢、规范和方法，提高正确使用技术 资料、标准、手册等工具书的能力。通过设计工作还可以培养学生实事求是和一丝不苟的工作作风，树立正确的生产观点、经济观点和全局观点，为后续课程的学习和毕业设计，乃至向工程技术人员的过渡打下基础。 目录 前言 1 一课程设计的内容和具体要求 2 二变压器设计 3 三晶闸管的选择 3 四晶闸管的保护设计 4 五触发电路设计 5 六触发电路供电电源设计 6 七Matlab仿真7 八实验总结8
一．课程设计的内容和具体要求 要求设计一个完整的三相桥式全控整流电路，包括主电路、触发电路、整流变压器的设计，晶闸管的选型和保护等。 （一）技术指标 1、整流器负载为10KW 直流电动机 额定电压D C 220V，额定电流55A，电枢电阻0.5?，总电阻1? 2、输入电压A C 380V（+5~10%） 3、输入电压D C 0~220V，输出最大电流λI nom （λ=1.5） 4、最小α角为15° 5、触发电路采用K J004 6、主变压器采用Y/Y12 联接。 7、主电路采用三相桥式全控整流电路。 （二）设计要求 1、变压器 设计 1）二次相电压U 2 的计算 2）二次电流I 2 和一次电流I 1 的计算 3）变压器容量的计算 2、晶闸管的选择 3、晶闸管保护设计 1）晶闸管过流保护 2）晶闸管过压保护 4、触发电路设计 1）同步变压器设计及同步电压的相位选择2）三相触发电路设计（双窄脉冲） 5、触发脉冲供电电源设计 （三）成品要求 1、课程设 计报告一份 2、电路图一份
比较电压型逆变器和电流型逆变器的特点 先两者都属于交-直-交变频器，由整流器和逆变器两部分组成。 由于负载一般都是感性的，它和电源之间必有无功功率传送，因此在中间的直流环节中，需要有缓冲无功功率的元件。 如果采用大电容器来缓冲无功功率，则构成电压源型变频器；如采用大电抗器来缓冲无功功率，则构成电流源型变频器。 电压型变频器和电流型变频器的区别仅在于中间直流环节滤波器的形式不同，但是这样一来，却造成两类变频器在性能上相当大的差异，主要表现列表比较如下： 电压型变频器与电流型变频器的性能比较 1、储能元件：电压型变频器——电容器；电流型——电抗器。 2、输出波形的特点：电压形电压波形为矩形波电流波形近似正弦波；电流型变频器则为电流波形为矩形波电压波形为近似正弦波 3、回路构成上的特点，电压型有反馈二极管直流电源并联大容量电容（低阻抗电压源）；电流型无反馈二极管直流电源串联大电感（高阻抗电流源）电动机四象限运转容易。
4、特性上的特点，电压型为负载短路时产生过电流，开环电动机也可能稳定运转；电流型为负载短路时能抑制过电流，电动机运转不稳定需要反馈控制 电流型逆变器采用自然换流的晶闸管作为功率开关，其直流侧电感比较昂贵，而且应用于双馈调速中，在过同步速时需要换流电路，在低转差频率的条件下性能也比较差； 高压变频器的结构特征 1.1电流型变频器变频器的直流环节采用了电感元件而得名，其优点是具有四象限运行能力，能很方便地实现电机的制动功能。缺点是需要对逆变桥进行强迫换流，装置结构复杂，调整较为困难。另外，由于电网侧采用可控硅移相整流，故输入电流谐波较大，容量大时对电网会有一定的影响。 1.2电压型变频器由于在变频器的直流环节采用了电容元件而得名，其特点是不能进行四象限运行，当负载电动机需要制动时，需要另行安装制动电路。功率较大时，输出还需要增设正弦波滤波器。 1.3高低高变频器;采用升降压的办法，将低压或通用变频器应用在中、高压环境中而得名。原理是通过降压变压器，将电网
一、引言： (2) 二、交-直-交变压变频器的基本结构 (2) 1、三相电压型桥式逆变电路拓扑图 (3) 2、交-直-交变压变频器的工作原理 (3) 三、三相电压型桥式逆变电路的Simulink建立及模型： 4 四、仿真参数及仿真波形设置： (5) 1．对脉冲触发器进行参数设置： (5) 2. 用subplot作图： (6) 3.仿真波形： (7) 五、实验结果及分析： (13) 六、结论及拓展： (13) 七、设计心得： (14) 八、参考文献： (14)
交-直-交变压变频器中逆变器的仿真 一、引言： 逆变器也称逆变电源，是一种可将直流电变换为一定频率下交流电的装置。相对于整流器将交流电转换为固定电压下的直流电而言，逆变器可把直流电变换成频率、电压固定或可调的交流电，称为DC-AC变换。这是与整流相反的变换，因而称为逆变。 逆变电路的作用是将直流电压转换成梯形脉冲波，经低通滤波器滤波后，从而使负载上得到的实际电压为正弦波。 现代逆变技术的种类很多，可以按照不同的形式进行分类。其主要的分类方式如下： 1) 按逆变器输出的相数，可分为单相逆变、三相逆变和多相逆变。 2) 按逆变器输出能量的去向，可分为有源逆变和无源逆变。 3) 按逆变主电路的形式，可分为单端式、推挽式、半桥式和全桥式逆变。 4) 按逆变主开关器件的类型，可分为晶闸管逆变、晶体管逆变、场效应管逆变等等。 5) 按输出稳定的参量，可分为电压型逆变和电流型逆变。 6) 按输出电压或电流的波形，可分为正弦波输出逆变和非正弦波输出逆变。 7) 按控制方式，可分为调频式(PFM)逆变和调脉宽式(PWM)逆变。 日常生活中使用的电源大都为单相交流电，而在工业生产中，由于诸多电力能量特殊要求的电气设备均需要使用三相交流电，例如三相电动机。随着科技的日新月异，很多设备业已小型化，许多原来工厂中使用的大型三相电气设备都被改进为体积小、耗能低且便于携带的小型设备。尽管这些设备外形发生了很大的变化，其使用的电源类型——三相交流电却始终无法被取代。在一些条件苛刻的环境下，电力的储能形式可能只有直流电，如若在这样的环境下使用三相交流电设备，就要求将直流电转变为特定要求的三相交流电以供使用。这就催生了三相逆变器的产生 本文主要利用MATLAB/Simulink中的电力系统仿真工具箱Simpowersystems对交-直-交变压变频器中的逆变电路部分进行仿真，通过仿真将其与三相正弦工频电源进行性能比较，并得出结论 二、交-直-交变压变频器的基本结构 交-直-交变压变频器先将工频交流电源通过整流器变换成直流，再通过逆变器变换成可控频率和电压的交流，如图1所示。
电压型逆变器与电流型逆变电路的定义及特点 比较电压型逆变器和电流型逆变器的特点 先两者都属于交-直-交变频器，由整流器和逆变器两部分组成。 由于负载一般都是感性的，它和电源之间必有无功功率传送，因此在中间的直流环节中，需要有缓冲无功功率的元件。 如果采用大电容器来缓冲无功功率，则构成电压源型变频器；如采用大电抗器来缓冲无功功率，则构成电流源型变频器。 电压型变频器和电流型变频器的区别仅在于中间直流环节滤波器的形式不同，但是这样一来，却造成两类变频器在性能上相当大的差异，主要表现列表比较如下： 电压型变频器与电流型变频器的性能比较 1、储能元件：电压型变频器——电容器；电流型——电抗器。 2、输出波形的特点：电压形电压波形为矩形波电流波形近似正弦波；电流型变频器则为电流波形为矩形波电压波形为近似正弦波 3、回路构成上的特点，电压型有反馈二极管直流电源并联大容量电容（低阻抗电压源）；电流型无反馈二极管直流电源串联大电感（高阻抗电流源）电动机四象限运转容易。 4、特性上的特点，电压型为负载短路时产生过电流，开环电动机也可能稳定运转；电流型为负载短路时能抑制过电流，电动机运转不稳定需要反馈控制 电流型逆变器采用自然换流的晶闸管作为功率开关，其直流侧电感比较昂贵，而且应用于双馈调速中，在过同步速时需要换流电路，在低转差频率的条件下性能也比较差； 高压变频器的结构特征 1.1电流型变频器变频器的直流环节采用了电感元件而得名，其优点是具有四象限运行能力，能很方便地实现电机的制动功能。缺点是需要对逆变桥进行强迫换流，
装置结构复杂，调整较为困难。另外，由于电网侧采用可控硅移相整流，故输入电流谐波较大，容量大时对电网会有一定的影响。 1.2电压型变频器由于在变频器的直流环节采用了电容元件而得名，其特点是不能进行四象限运行，当负载电动机需要制动时，需要另行安装制动电路。功率较大时，输出还需要增设正弦波滤波器。 1.3高低高变频器;采用升降压的办法，将低压或通用变频器应用在中、高压环境中而得名。原理是通过降压变压器，将电网 电压降到低压变频器额定或允许的电压输入范围内，经变频器的变换形成频率和幅度都可变的交流电，再经过升压变压器变换成电机所需要的电压等级。这种方式，由于采用标准的低压变频器，配合降压，升压变压器，故可以任意匹配电网及电动机的电压等级，容量小的时侯（ 1.3.1高低高电流型变频器在低压变频器的直流环节由于采用了电感元件而得名。输入侧采用可控硅移相控制整流，控制电动机的电流，输出侧为强迫换流方式，控制电动机的频率和相位。能够实现电机的四象限运行。 1.3.2高低高电压型变频器在低压变频器的直流环节由于采用了电容元件而得名。输入侧可采用可控硅移相控制整流，也可以采用二极管三相桥直接整流，电容的作用是滤波和储能。逆变或变流电路可采用GTO,IGBT,IGCT,或,SCR元件，通过SPWM变换，即可得到频率和幅度都可变的交流电，再经升压变压器变换成电机所需要的电压等级。需要指出的是，在变流电路至升压变压器之间还需要置入正弦波滤波器（F），否则升压变压器会因输入谐波或dv/dt过大而发热，或破坏绕组的绝缘。该正弦波滤波器成本很高，一般相当于低压变频器的1/3到1/2的价格。 1.4高高变频器高高变频器无需升降压变压器，功率器件在电网与电动机之间直接构建变换器。由于功率器件耐压问题难于解决，目前国际通用做法是采用器件串联的办法来提高电压等级，其缺点是需要解决器件均压和缓冲难题，技术复杂，难度大。但这种变频器由于没有升降压变压器，故其效率较高低高方式的高，而且结构比较紧凑。高高变频器也可分为电流型和电压型两种。
实验三、三相桥式全控整流及有源逆变电路实验 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。 （3）了解KC系列集成触发器的调整方法和各点的波形。 二、实验线路的构成及原理 （1）DDS02主电路挂箱配置原理 DDS02挂箱包括脉冲和熔断丝指示、晶闸管（I组桥、Ⅱ组桥）电路、电抗器等内容。 脉冲有无指示为方便实验中判断对应晶闸管上门阴极上是否正常，若正常，则指示灯亮，否则则不亮；同样熔断丝指示也是同理。主要分I组桥和Ⅱ组桥分别指示。 晶闸管电路装有12只晶闸管、6只整流二极管。12只晶闸管分两组晶闸管变流桥，其中VTl~VT6为正组桥(I组桥)，由KP5-8晶闸管元件构成，一般不可逆、可逆系统的正桥、交-直-交变频器的整流部分均使用正组元件；由VT1ˊ~VT6ˊ组成反组桥(Ⅱ组桥)，元件为KP5-12晶闸管，可逆系统的反桥、交-直-交变频器的逆变部分使用反组元件；同时还配置了6只整流二极管VDl~VD6，可构成不可控整流桥作为直流电源，元件的型号为KZ5-10。所有这些功率半导体元件均配置有阻容吸收、熔丝保护，电源侧、直流环节、电机侧均配置有压敏电阻或阻容吸收等过电压保护装置。 电抗器为平波电抗器L，共有4档电感值，分别为50mH、100mH、200mH、700mH，1200 mH可根据实验需要选择电感值。 续流二极管为桥式整流实验时电路续流用，型号为KZ5-10；另外挂箱还配有一组阻容吸收电路。 （2）DDS03控制电路挂箱配置原理 DDS03挂箱包括三相触发电路及功放电路、FBC+FA（电流反馈与过流保护）、G（给定器）等内容。 面板上部为同步变压器，其连线已在内部接好，连接组为△/Y-1.可在“同步电源观察孔”观察同步电源的相位。 三相触发电路（GT）及功放电路（AP）包括有GTF正组（I组）触发脉冲装置和GTR 反组（Ⅱ组）触发脉冲装置，分别通过开关连至VF正组晶闸管和VR反组晶闸管的门极、阴极。按钮开关按向“接通”时，晶闸管上接有触发脉冲；开关按向“断开”时，晶闸管上没有触发脉冲。正、反组的脉冲功放电路分别由面板下面的U blf和U blr控制，将U blf、U blr 接地，则相应的脉冲功放级开放，晶闸管上有脉冲；U blf 、U blr悬空，则相应的晶闸管无脉冲。开关上方有“单脉冲观察孔”和“双脉冲观察孔”，当“触发电路脉冲指示”为“窄”时，在此两组观察孔中观察到的分别是单脉冲和互差为60°的双脉冲；如“触发电路脉冲指示”为“宽”时，则观察到的是后沿固定、前沿可变的宽脉冲链，这两组观察孔一般只观察正组变流桥的触发脉冲。 注意：三相触发脉冲要加到两组晶闸管上，必须用扁平线把DK01C和DK01D连接一起。（3）电流反馈与过流保护 电流反馈与过流保护(FBC+FA)有两种功能，一是检测电流反馈信号；二是发出过流信号，其原理图如图3-1所示。