《电力电子》课程设计说明书单相交—直—交变频装置设计
学院：电气与信息工程学院
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指导教师：职称/学位
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完成时间：2015年6月
湖南工学院电力电子课程设计课题任务书
学院：电气与信息工程学院专业：电气工程及其自动化专业\自动化专业
随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，单相交直交变频系统得到了迅速发展，其显著的变频能力，宽泛的应用范围，完善的保护功能，以及易于实现的变频功能，得到了广大用户的认可，在运行的安全可靠、安装使用、维修维护等方面，也给使用者带来了极大的便利。近年来以燃料电池发电技术发展迅速。但是分布式发电技术发出发出的电都不是与电网供电系统相同的交流电，无法与大电网联网或者直接供给普通负载使用，都需要变频装置将其变换成负载可以使用的交流电或者与大电网电压、频率相匹配的公频交流电。因此，研究交—直—交变频系统的基本工作原理和作用特性意义十分重大。
本文研究了变频调速系统的基本组成部分，主回路主要有三部分组成：将工频电源变换为直流电源的“整流器”；吸收由整流器和逆变器回路产生的电压脉动的“滤波回路”，也是储能回路；将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。使用Matlab搭建交—直—交变频系统的仿真模型，通过试验对该交—直—交变频系统的基本工作原理、工作特性及作用有更深的认识，也对谐波对于交—直—交变频系统的影响有了一定的了解。
关键词：电网；变频；整流；逆变；谐波；仿真
1 绪论 (1)
1.1电力电子技术概况....................... 错误！未定义书签。
1.2课程设计任务 (1)
1.3课程设计内容 (1)
2 单相交—直—交变频装置设计 (2)
2.1单相交—直—交变频电路总体设计方案 (2)
2.2具体电路设计 (2)
2.2.1 主电路设计 (2)
2.2.2 驱动电路设计 (4)
2.2.3 4013芯片原理 (5)
2.2.4 控制电路设计 (5)
2.3元器件型号选择 (6)
3 仿真结果 (8)
3.1 仿真环境 (8)
3.2 仿真模型使用模块提取的路径及其单数设置 (8)
3.3 具体仿真结果 (11)
3.3.1 仿真电路图 (11)
3.3.2 整流滤波输出电压计算域仿真 (11)
3.3.3 逆变输出电压计算与仿真 (12)
总结 (15)
参考文献 (16)
致谢 (17)
1 绪论
1.1 电力电子技术概况
电力电子技术是一门新兴的应用于电力领域的电子技术，就是使用电力电子器件（如晶闸管，GTO，IGBT等）对电能进行变换和控制的技术。电力电子技术所变换的“电力”功率可大到数百MW甚至GW，也可以小到数W甚至1W以下，和以信息处理为主的信息电子技术不同电力电子技术主要用于电力变换。
交—直—交变频器的中间直流环节采用大电感作储能元件，无功功率将由大电感来缓冲，它的一个突出优点是当电动机处于制动 (发电)状态时，只需改变网侧可控整流器的输出电压极性即可使回馈到直流侧的再生电能方便地回馈到交流电网，构成的调速系统具有四象限运行能力，可用于频繁加减速等对动态性能有要求的单机应用场合，在大容量风机、泵类节能调速中也有应用。
近年来，随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，交流传动与控制技术成为目前发展最为迅速的技术之一，电气传动技术面临着一场历史革命，即交流调速取代直流调速和计算机数字控制技术取代模拟控制技术已成为发展趋势。交流变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。变频调速以其优异的调速和起制动性能，高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。深入了解交流传动与控制技术的走向，具有十分积极的意义。
1.2 课程设计任务
设计一个单相交—直—交变频装置，已知交流电源：单相220V，中间直流电压最大为50V，输出交流电压约45V，输出最大电流2A，最大功率100W。
1.3 课程设计内容
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。
2 单相交直交变频电路设计
2.1 单相交直交变频电路总体设计方案
如图1交直交变频器原理是先把交流电经整流器先整流成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，再经过逆变器把这个直流电流变成频率和电压都可变的交流电。
图1 单相交直交变频电路总体方案图
2.2 具体电路设计
2.2.1 主电路设计
图2 单相交直交变频电路原理图
如图2交直交变频电路由两部分组成，交直交直流为整流部分，采用不可控的二级管整流电路，直流侧用电容和电感进行滤波，可得到平直的中间直流电压。此部分结构简单可靠，性能满足实验的需要。
直流变交流为逆变部分，采用单相桥式逆变电路，PWM控制，输出电压的大小及频率均通过PWM控制进行调节。由于中间直流环节为电容滤波，因此图2.2的逆变电路为电压型。PWM控制技术即脉冲宽度调制技术，是通过对脉冲的宽度进行调制，来等效的获得需要的波形。PWM控制在你变电路中的应用最为广泛，目前中小功率的逆变电路几乎都采用了PWM控制技术。PWM控制技术对逆变电路的影响十分深刻。
PWM控制的方法可分为三类，即计算法、调制法和跟踪控制法。其中，调制法是较为常用的也是基本的一类方法，而调制法中最基本的是利用三角载波与正
弦信号波进行比较的调制方法，也可以采用双极性调制。在本实验装置中，采用
了双极性PWM 调制技术。以下是双极性PWM 调制的原理。
双极性PWM 控制原理示意图如图3所示。采用双极性炮PWM 调制技术时，以
希望得到的交流正弦输出波形作为信号波，采用三角波作为载波，将信号波与载
波进行比较，在信号波与载波的交点时刻控制各开关的通断。在信号波的一个周
期内，载波有正有负，调制出来的输出波形也是有正有负，其输出波形有两种电
平。用r u 表示信号波，c u 表示载波，当c r u u >时，给1V 、4V 施加开通驱动信号，
给2V 、3V 施加关断驱动信号，此时如果00>i ，则1V 、4V 开通，如果00
4VD 开通，但输出电压均为d U u =0。反之，则2V 、3V 或2VD 、3VD 开通，d 0-U u =。
图中，
of u 是输出电压0u 的基波分量。
图3 双极性PWM 控制的原理
2.2.2驱动电路设计
图4 驱动电路原理图
如图4，驱动电路作为控制电路和主电路的中间环节。主要任务是将控制电路产生的控制器件通断的信号转化为器件的驱动信号。
本实验中使用了目前广泛应用的一种集成驱动芯片——三菱公司的M57950L驱动芯片。它可以完成一下功能：
(1)电气隔离全桥电路的4个管子的驱动信号并不都是共地的，为此需要将控制信号进行隔离，另外，控制电路的电压等级低，而主电路电压等级高，为了避免干扰，也必须进行电气隔离
(2)波形整形将控制电路产生的信号转化为控制IGBT通断所需要的驱动信号。
(3)具有过流保护功能。通过检测IGBT管的饱和压降来判断IGBT是否过流，过流时，IGBT管的CE结之间的饱和压降升到一定的值，使8脚输出低电平，在光耦TLP521-1输出端OC1变成高电平，经过过流保护电路,如图5，使4013输出Q端变成低电平送给控制电路，起到了封锁保护作用。
图5 保护电路设计图6 CD4013 原理图
2.2.3 4013芯片原理
如图6，设电路初始状态均在复位状态，Q1、Q2端均为低电平。当fi信号输入时，由于输入端异或门的作用(附表是异或门逻辑功能表)，其输出还受到触发器IC2的Q2端的反馈控制(非门F2是增加的一级延迟门，A点波形与Q2相同)。在第1个fi时钟脉冲的上升沿作用下，触发器IC1、IC2均翻转。由于Q2端的反馈作用使得异或门输出一个很窄的正脉冲，宽度由两级D触发器和反相门的延时决定。当第1个fi脉冲下跳时，异或门输出又立即上跳，使IC1触发器再次翻转，而IC2触发器状态不变。这样在第1个输入时钟的半个周期内促使IC1触发器的时钟脉冲端CL1有一个完整周期的输入，但在以后的一个输入时钟的作用下，由于IC2触发器的Q2端为高电平，IC1触发器的时钟输入跟随fi信号(反相或同相)。本来IC1触发器输入两个完整的输入脉冲便可输出一个完整周期的脉冲，现在由于异或门及IC2触发器Q2端的反馈控制作用，在第1个fi脉冲的作用下得到一个周期的脉冲输出，所以实现了每输入一个半时钟脉冲，在IC1触发器的Q1端取得一个完整周期的输出。
2.2.4 控制电路设计
图7 控制电路原理图
控制电路的工作流程是：信号发生（包括产生信号波和载波）、信号调制、
产生IGBT 的驱动信号。图7给出了控制电路的原理图
在本实验装置中，采用两片ICL8038分别产生正弦信号波和三角波载波。根
据双极性PWM 信号。在图1所示的电压型单相桥式逆变电路中需要注意的一点是
V 1和V 4不能同时导通，V 2和V 3不能同时导通，否则将使直流侧发生短路。为
避免两对器件同时导通，需要在两对器件的开关状态切换时设置死区，确保先断
后通。图三的控制电路中使用了单稳态多频率振荡器4528来实现死区的控制。
ICL8038是精密波形发生器，它产生的波形的频率可以从0.001Hz 到300Hz 。
其内部结构如图8所示
图8 ICL8038内部功能结构图
2.3 元器件型号选择
（1)二极管参数计算：
A I I I d 22=== (1)
流过每个二极管的电流是
(2)
(3) (4)
所以选择150v/2.5A 的二极管。
A I I d VT 22
==A I I VT N 8.2~12.2)2~5.1(==V
U U N 168~112)3~2(2==∴
（2)变压器变比计算：
(5) (6)
所以选择变比为4：1的变压器最好。
（3）IGBT 参数计算：
V U U RM 7922== (7)
V
U U RM N 237~158)3~2(==∴ (8)
A
I I VT N 80.1~35.157.1/)2~5.1(== (9) 所以选220v/2.5A 的IGBT 管。
V U U d 569
.02==1
:45622021===V
V
U U n
3 仿真结果
3.1 仿真环境
本次设计中用Altium designer画出原理图，仿真则主要用Matlab软件来仿真，用示波器观察整流和逆变的输出波形图，评估整个系统的功能。
3.2 仿真模型使用模块提取的路径及其单数设置
离散PWN发生器模Discrete PWM Generator 提取路径是：Simulink\SimPower Systems\Power Electronics\Discrete Control Blocks\Discrete PWM Generator 信号终结模块Terminator提取路径是：Simulink\Commonly Used Blocks\Terminator 交流电模块：“Phase”初相角0度，“Frequency”频率50Hz,“Sample Time”采样时间0（默认值0表示该交流电源为连续源），“Peak amplitude”当变频输出频率为100Hz时置为600VC×2，当变频输出频率为50Hz时置为50V×2。
滤波电感L1：选Series RLC Branch 模块，将参数“Inductance(H)”z置为80e-3。
图9 电感L1参数设置
滤波电路L2：选Series RLC Branch 模块，将参数“Inductance(H)”置为30e-3。
图10 电感L2参数设置
滤波电容C1：选Series RLC Branch模块，将参数“Capacitance(F)”置为1800e-6。
图11 电容C1参数设置
滤波电容C2：选Series RLC Branch 278模块，将参数“Capacitance(F)”置为320e-6。
图12 电容C2参数设置
不可控的整流桥Universal bridge的参数设置如下：
图13 Universal bridge的参数设置
3.3 具体仿真结果
3.3.1 仿真电路图
单相整流—逆变电路的仿真模型如下所示，由图可知，单相220V 、50Hz 交流电源经单相不可控整流环节，进行LC 滤波后即为中间直流环节。在进入PWM 逆变，又一次LC 滤波后，形成所需的交流信号。
图14 仿真原理图
3.3.2 整流滤波输出电压计算域仿真
运用matlab 对交流电源与经过桥式整流之后的电压信号进行了仿真之前，对两电压的波形进行理论的分析：
在单相桥式全控整流电路中，晶闸管VT1和VT4组成一对峭壁，VT2和VT3组成另一对桥臂，字U2 正半周，若4个晶闸管均不导通，负载电流为零，输出电压U 也为零，在U2 的一半。若在触发角α处给VT1和VT4加触发脉冲，VT1和VT4即导通，电流从电源α端经VT1、R 、VT4流回电源另一端。当U2 过零时，流经晶闸管的电流也降到零，VT1和VT4关断。晶闸管承受的最大正向电压和最大反向电压的值分别为0.5×2U2和2U2。在U2负半周，仍在触发角延迟α处触发VT2和VT3，VT2和VT3导通，其电流电压情况与正半周情况类似。并且按照此种规律循环往复的工作下去，在此种原理下可以计算得出以下公式。
桥式整流输出电压：
21cos 0.92
d a U U += (10) 由于经过滤波之后，电压会上升，其实际值接近350V 。两信号的matlab 仿真波形记录如下：
图15 整流滤波输出电压器
由上图可以看出整流输出的是脉动的直流电压波形，通过滤波电路，将其变成纹波较小的直流电压。
3.3.3 逆变输出电压计算与仿真
电压型全桥逆变电路的原理图在上面的基础电路中已经给出，它共有四个桥臂，可以看成由两个半桥电路组合而成。把桥臂1和4作为一对，桥臂2和桥臂3作为一对，成对的两个桥臂同时导通，两队交替导通180度，其输出电压：
π011sin sin 3sin 5...35d U U t t t ωωω??=+++ ???
(11) 其中，基波的幅值Uolm 和基波有效值UO1分别为：
d m o U U U d 27.141==π (12) d d o U U U 9.041==π
(13) 由于输出电压由开关管的开通与关断频率决定，所以输出电压为无数技校的矩形组成，在matlab 中，逆变电路输出电压频率有PWM 脉冲触发器参数设置。其参数设置如下图：
图16 PWM脉冲触发器参数设置
在采样理论中有一个重要的结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同，冲量即指窄脉冲的面积。这里所说的效果基本相同，是指环节的输出相应波形基本相同。如果把脉冲序列利用相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点重合，且使矩形波脉冲和相应的正弦波部分面积相等就能得到相应的脉冲序列，这就是PWM波形。可以看出，各脉冲的幅值相等，而宽度是按正弦规律变化的。根据面积等效的原理，PWM波形和正弦波是等效的。对于正弦波的负半周，也可以用同样的方法得到PWM波形。像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PWM波形。
图17 逆变输出电压
由图可知，输出电压频率为400Hz的交流电压，波形与理论分析结果一致，可得，此交流变换器，即交流变频仿真得到了正确的结果。
总结
课程设计结束了，在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程。
通过这次课程设计，综合运用本专业所学课程的理论和实际知识实际运用从而培养和提高学生独立工作能力，巩固与扩充了单相交直交变频装置设计等课程所学的内容，掌握了方法和步骤，怎样确定方案，了解了电路的基本结构，提高了计算能力，绘图能力，熟悉了规范和标准，同时各科相关的课程都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。
在这次设计过程中，体现出自己单独设计电路的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。
在此感谢我们的老师，老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；老师循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪；这次课程设计的每个实验细节和每个数据，都离不开老师您的细心指导。同时感谢对我帮助过的同学们，谢谢你们对我的帮助和支持，让我感受到同学的友谊。
参考文献
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[15] 王渊峰主编.Altium Designer 10电路设计标准教程.科学出版社,2012
北京信息科技大学 电力电子技术实验报告 实验项目：单相交直交变频电路的性能研究 学院：自动化 专业：自动化（信息与控制系统） 姓名/学号：贾鑫玉/2012010541 班级：自控1205班 指导老师：白雪峰 学期：2014-2015学年第一学期 实验四单相交直交变频电路的性能研究
一．实验目的 熟悉单相交直交变频电路的组成，重点熟悉其中的单相桥式PWM 逆变电路中元器件的作用，工作原理，对单相交直交变频电路在电阻负载、电阻电感负载时的工作情况及其波形作全面分析，并研究工作频率对电路工作波形的影响。 二．实验内容 1．测量SPWM 波形产生过程中的各点波形。 2．观察变频电路输出在不同的负载下的波形。 三．实验设备及仪器 1．电力电子及电气传动主控制屏。 2．NMCL-16组件。 3．电阻、电感元件(NMEL-03、700mH 电感)。 4．双踪示波器。 5．万用表。 四．实验原理 单相交直交变频电路的主电路如图2—8所示。 本实验中主电路中间直流电压u d 由交流电整流而得，而逆变部分别采用单相桥式PWM 逆变电路。逆变电路中功率器件采用600V8A 的IGBT 单管（含反向二极管，型号为ITH08C06），IGBT 的驱动电路采用美国国际整流器公司生产的大规模MOSFET 和 IGBT 专用驱动集成电路1R2110，控制电路如图2—9所示，以单片集成函数发生器ICL8038为核心组成，生成两路PWM 信号，分别用于控制VT 1、VT 4和VT 2、VT 3两对IGBT 。ICL8038仅需很小的外部元件就可以正常工作，用于发生正弦波、三角波、方波等，频率范围0.001到500kHz 。 五．实验方法 图2—8 单相交直交变频电路
辽宁工业大学电力电子技术课程设计（论文）题目：100W单相交-直-交变频实验装置 院（系）：电气工程学院 专业班级：电气105班 学号：100303145 学生姓名：王林 指导教师：（签字） 起止时间：2012-12-31至2013-1-11
课程设计（论文）任务及评语 院（系）：电气工程学院教研室：电气Array 注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算
摘要 单相交-直-交变频电路在工业生产，生活娱乐，仪器运行等很多方面都有着广泛的应用，其中目前应用最广泛的应属于电网互联。单相交-直-交变频电路可分为主电路和控制电路，其主电路包括整流电路、滤波电路和逆变电路，而控制电路包括控制电路、驱动电路和保护电路。本设计对于整流部分采用不可控制整流电路；滤波部分采用LC低通滤波器，得到高频率的正弦波交流输出；逆变部分由四只IGBT管组成单相桥式逆变电路。控制电路选用以单片集成函数发生器ICL8038为核心组成，生成两路PWM信号，分别用于控制两对IGBT；驱动电路采用了具有电气隔离集成驱动芯片M57962L；保护电路采用双D触发器CD4013。 关键词：整流；滤波；逆变；PWM；IGBT
目录 第1章绪论 (1) 1.1电力电子技术概况 (1) 1.2本文设计内容 (1) 第2章 100W单相交-直-交变频电路设计 (2) 2.1100W单相交-直-交变频电路总体设计方案 (2) 2.2具体电路设计 (3) 2.2.1 主电路设计 (3) 2.2.2 控制电路设计 (5) 2.3元器件型号选择 (9) 2.4系统调试或仿真、数据分析 (10) 第3章课程设计总结 (13) 参考文献 (14) 附录Ⅰ控制电路原理图 (15) 附录Ⅱ驱动和辅助电源原理图 (16)
《电力电子》课程设计说明书单相交—直—交变频装置设计 学院：电气与信息工程学院 学生姓名： 指导教师：职称/学位 专业： 班级： 学号： 完成时间：2015年6月
湖南工学院电力电子课程设计课题任务书 学院：电气与信息工程学院专业：电气工程及其自动化专业\自动化专业
随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，单相交直交变频系统得到了迅速发展，其显著的变频能力，宽泛的应用范围，完善的保护功能，以及易于实现的变频功能，得到了广大用户的认可，在运行的安全可靠、安装使用、维修维护等方面，也给使用者带来了极大的便利。近年来以燃料电池发电技术发展迅速。但是分布式发电技术发出发出的电都不是与电网供电系统相同的交流电，无法与大电网联网或者直接供给普通负载使用，都需要变频装置将其变换成负载可以使用的交流电或者与大电网电压、频率相匹配的公频交流电。因此，研究交—直—交变频系统的基本工作原理和作用特性意义十分重大。 本文研究了变频调速系统的基本组成部分，主回路主要有三部分组成：将工频电源变换为直流电源的“整流器”；吸收由整流器和逆变器回路产生的电压脉动的“滤波回路”，也是储能回路；将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。使用Matlab搭建交—直—交变频系统的仿真模型，通过试验对该交—直—交变频系统的基本工作原理、工作特性及作用有更深的认识，也对谐波对于交—直—交变频系统的影响有了一定的了解。 关键词：电网；变频；整流；逆变；谐波；仿真
1 绪论 (1) 1.1电力电子技术概况........................ 错误!未定义书签。 1.2课程设计任务 (1) 1.3课程设计内容 (1) 2 单相交—直—交变频装置设计 (2) 2.1单相交—直—交变频电路总体设计方案 (2) 2.2具体电路设计 (2) 2.2.1 主电路设计 (2) 2.2.2 驱动电路设计 (4) 2.2.3 4013芯片原理 (5) 2.2.4 控制电路设计 (5) 2.3元器件型号选择 (6) 3 仿真结果 (8) 3.1 仿真环境 (8) 3.2 仿真模型使用模块提取的路径及其单数设置 (8) 3.3 具体仿真结果 (11) 3.3.1 仿真电路图 (11) 3.3.2 整流滤波输出电压计算域仿真 (11) 3.3.3 逆变输出电压计算与仿真 (12) 总结 (15) 参考文献 (16) 致谢 (17)
实验四-单相交直交变频电路的性能研究
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北京信息科技大学 电力电子技术实验报告 实验项目：单相交直交变频电路的性能研究 学院：自动化 专业：自动化（信息与控制系统） 姓名/学号：贾鑫玉/2012010541 班级：自控1205班 指导老师：白雪峰 学期：2014-2015学年第一学期 实验四单相交直交变频电路的性能研究
一．实验目的 熟悉单相交直交变频电路的组成，重点熟悉其中的单相桥式PWM 逆变电路中元器件的作用，工作原理，对单相交直交变频电路在电阻负载、电阻电感负载时的工作情况及其波形作全面分析，并研究工作频率对电路工作波形的影响。 二．实验内容 1．测量SPWM 波形产生过程中的各点波形。 2．观察变频电路输出在不同的负载下的波形。 三．实验设备及仪器 1．电力电子及电气传动主控制屏。 2．NMCL-16组件。 3．电阻、电感元件(NMEL-03、700mH 电感)。 4．双踪示波器。 5．万用表。 四．实验原理 单相交直交变频电路的主电路如图2—8所示。 本实验中主电路中间直流电压u d 由交流电整流而得，而逆变部分别采用单相桥式PWM 逆变电路。逆变电路中功率器件采用600V8A 的IGBT 单管（含反向二极管，型号为ITH08C06），IGBT 的驱动电路采用美国国际整流器公司生产的大规模MOSFET 和 IGBT 专用驱动集成电路1R2110，控制电路如图2—9所示，以单片集成函数发生器ICL8038为核心组成，生成两路PWM 信号，分别用于控制VT 1、VT 4和VT 2、VT 3两对IGBT 。ICL8038仅需很小的外部元件就可以正常工作，用于发生正弦波、三角波、方波等，频率范围0.001到500kHz 。 五．实验方法 4 5 L1 G3VT3 3 E3 VT4 C G4 E2 图2—8 单相交直交变频电路 G11 E1 G2 2 VT1 VT2
三相交交变频电路 交交变频电路主要应用于大功率交流电机调速系统，这种系统使用的是三相交交变频电路。三相交交变频电路是由三组 输出电压相位各差120°的,单相交交变 频电路组成的。 1．电路接线方式 三相交交变频电路主要有两种接线方 式，即公共交流母线进线方式和输出星形联 结方式。 (1)公共交流母线进线方式 图1 是公共交流母线进线方式的三相交交变频电路简图。它由三组彼此独立的、输出电压相位相互错开120°的单相交交变频电路构成，它们的电源进线通过进线电抗器接在公共的交流母线上。因为电源进线端公用，所以三组单相交交变频电路的输出端必须隔离。为此，交流电动机的三个绕组必须拆开，共引出六根线。这种电路主要用于中等容量的交流调速系统。 (2)输出星形联结方式 图2 是输出星形联结方式的三相交交变频电路原理图。其中2 a)为简图，2 b)为详图。三组单相交交变频电路的输出端是星形联结，电动机的三个绕组也是星形联结，电动机中性点不和变频器中性点接在一起，电动机只引出三根线即可。因为三组单相交交变频电路的输出联接在一起，其电源进线就必须隔离，因此三组单相交交变频器分别用三个变压器供电。 由于变频器输出端中点不和负载中点相联接，所以在构成三相变频电路的六组桥式电路中，至少要有不同输出相的两组桥中的四个晶闸管同时导通才能构成回路，形成电流。和整流电路一样，同一组桥内的两个晶闸管靠 双触发脉冲保证同时导通。而两组桥之间则是靠各自的触发脉冲有足够的宽度，以保证同时导通。
2．输入输出特性 从电路结构和工作原理可以看出，三相交交变频电路和单相交交变频电路的输出上限频率和输出电压谐波是一致的，但输入电流和输入功率因数则有一些差别。 先来分析三相交交变频电路的输入电流。图3 是在输出电压比=0.5，负 载功率因数的情况下，交交变频电路输出电压、单相输出时的输入电流和三相输出时的输入电流的波形举例。对于单相输出时的情况，因为输出电流是正弦波，其正负半波电流极性相反，但反映到输入电流却是相同的。因此，输入电流只反映输出电流半个周期的脉动，而不反映其极性。所以如式 式 所示输入电流中含有与2倍输出频率有关的谐波分量。对于三相输出时的情况，总的输入电流是由三个单相交交变频电路的同一相(图中为U 相)输入电流合 成而得到的，有些谐波相互抵消，谐波种类有所减少，总的谐波幅值也有所降低。其谐波频率为 和
电力电子技术 课程设计(论文) 单相交-直-交变频实验装置 院（系）名称电子与信息工程学院 专业班级 学号 学生 指导教师 起止时间：2014.12.15—2014.12.26
课程设计（论文）任务及评语 院（系）：电子与信息工程学院教研室：电子信息工程
摘要 随着科学技术的进步，电力电子技术取得了迅速的的发展，改变着我国工业的整体面貌，在现代化建设中发挥着越来越重要的作用。其中，单相交-直-交变频技术也得到了越来越多的重视。其在工业生产、生活娱乐和仪器应用等方面有着广泛的应用，其中目前应用最广泛的属于电网互联，将分布式发电技术发出的电变成负载可以使用的交流电或与大电网电压、频率相匹配的工频交流电。可见，研究交—直—交变频系统的基本工作原理和作用特性意义十分重大。 本次设计研究的单相交-直-交变频实验装置可分为主电路和控制电路两部分。其中，主电路包括整流电路、逆变电路和滤波电路三部分。整流电路采用不可控的二极管单相桥式整流电路；逆变电路采用IGBT组成的单相全桥逆变电路；滤波电路采用电容滤波，输出合适频率的正弦交流电。而控制电路由控制电路、驱动电路和保护电路组成。其中，控制电路以ICL8038为核心，生成两路PWM控制信号；驱动电路采用三菱公司生产的M57862L集成驱动器；用双D触发器CD4013构成保护电路。 根据以上电路组合设计，经过Multisim软件进行电路仿真，可以基本满足本次设计任务的要求，且电路比较可靠。 关键词：整流；逆变；IGBT；PWM控制
目录 第1章第1章绪论 (1) 1.1 电力电子技术发展概况 (1) 1.2 本文研究容 (1) 第2章单相交-直-交变频电路设计 (3) 2.1 单相交-直-交变频电路总体设计方案 (3) 2.1.1 方案论证与选择 (3) 2.1.2 整体方案框图 (3) 2.2 具体电路设计 (4) 2.2.1 整流电路设计 (4) 2.2.2 逆变电路设计 (6) 2.2.3 控制电路设计 (7) 2.2.4 驱动电路与保护电路设计 (10) 2.3 元器件型号选择 (11) 第3章课程设计总结 (13) 参考文献 (14) 附录 (15)
3学校代码：11517 学号：200807111158 HENAN INSTITUTE OF ENGINEERING 毕业论文 题目三相交流电动机变频调速系统的设计学生姓名徐全县 专业班级电气工程及其自动化一班 学号200807111158 系（部）电气信息工程系 指导教师(职称)梅杨（教授） 完成时间 2012 年 5 月 29 日
河南工程学院论文版权使用授权书 本人完全了解河南工程学院关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下各项内容：按照学校要求提交论文的印刷本和电子版本；学校有权保存论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供本论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 论文作者签名： 年月日
河南工程学院毕业设计(论文)原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文，是本人在指导教师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 年月日
毕业设计（论文）任务书 题目三相交流电动机变频调速系统的设计 专业电气工程及其自动化学号200807111158姓名徐全县 主要内容、基本资料、主要参考资料等: 主要内容： 在设计时充分考虑变频器输出电压和电流中所包含一系列的高次谐波给电机性能带来的不利影响，这包括对电机的额定电流、功率因数、损耗及效率的影响。变频器在三相异步电动机变频调速中的应用及调速原理，其中包括转速调节，电流调节和系统保护。同时主要介绍单片机在三相交流异步电动机变频调速系统方面的应用，而且用单片机设计出控制三相交流异步电动机变频调速SPWM波发生器的硬件电路和汇编语言软件应用程序。 基本要求： 三相交流电动机结构简单、运行可靠、重量轻、价格便宜，的道理广泛的应用，其主要缺点是调速空难。正由于此，通过此课程设计，实现三相异步电动机的变频调速控制与应用。 参考资料： [1] 刘仲如，《变频调速三相异步电动机的设计特点》[M]机电技术2003年 [2] 刘震，《PLC在三相交流异步电动机变频调速中的应用》[M]工矿自动化 [3] 陈炎，《变频器在交流电动机调速系统中的应用》[J]工矿自动化2003完成期限： 指导教师签名： 专业负责人签名： 2012年 2 月 22 日
大连航运职业技术学院学期期末考试试卷学年第 201 －201 年级）（试卷课程变频器（答案）电 力电子及11、在U/f控制方式下，当输出频率比较低时，会出现输出转矩不足的情况，要求 变频器具有（ C ）功能。考试方式（■闭卷□ 开卷）机电一体化适用专业电气自动化船舶电子电气 A：频率偏置 B：转差补偿 C：转矩补偿 D：段速控制 12、高压变频器指工作电压在（ B ）KV以上的变频器。 A：3 B；1 C：6 D：10 ）C 13、工业洗衣机甩干时转速快，洗涤时转速慢，烘干时转速更慢，故需要变频器的 （一、单项选择题功能。（在每小题四个备选答案中选出一个正确答案， 填在单选题答得分：段速控制 D：电压自动控制 A：转矩补偿 B：频率偏置 C 2（本大题共16小题，每小题分，总计32分）案栏中） C ）。14、变频调速过程中，为了保 持磁通恒定，必须保持（。正弦波脉冲宽度调制英文缩写是（ C ）1、f不变不变 D： U·：输出电压U不变 B：频率f不变 C：U/FA：A：PWM BPAM ：CSPWM D：SPAM A ） 运算。PID功能中，I 是指（15、变频器的 B ）有关系。2、三相异步电动机的转速除了 与电源频率、转差率有关，还与（：求和：微分 C：比例 DA：积分 B D C B A：磁极数：磁极对数：磁感应强度：磁场强度）值时输出的频率值。16、变频器的基本 频率是指输出电压达到（A 3）。、目前，在中小型变频器中普遍采用的电力电子器件是（ D /4/3 D：UU B：U/2 C：U A：NNNN：：GTO CMOSFET DIGBT： A：SCR B 属于（、4IGBT B 得分）控制型元件。、填空题二个（将每空 正确答案按空号填写在填空题答案栏中）（本大题共10 A：电流：电阻 D：频率 C B： 电压分，总计20分）空，每空25）型。、变频器种类很多，其中按滤波方式可分为电压型和 （ A ：电感 D：电容 C B A：电流：电阻型。1、 变频器种类很多，其中按滤波方式可分为电压型和电流）控制型元件。属于 （、电力晶体管6GTR A 2、变频器的组成可分为主电路和控制电路。 A：电流 D C：电压 B：电阻：频率3、变频器是由计算机控制将工频交流电变为 可调交流电压、交流电的电器设备。 7）调速。、对电动机从基本频率向上的变频调速属于（ A 4、变频调速时，基频以下的 调速属于恒转矩调速，基频以上的属于恒功率调 B：恒功率：恒转矩A速。 ：恒转差率：恒磁通C D5、变频调速的基本控制方式有基频以下和基频以
附件1： 基础强化训练 题目单相交直交变频电路性能研究 学院自动化学院 专业 班级 姓名 指导教师 2012 年7 月10 日
1 总体原理图 (4) 1.1方框图 (4) 1.2电路原理图 (4) 1.2.1 主回路电路原理图 (4) 1.2.2 整流电路 (4) 1.2.3 滤波电路 (5) 1.2.4 逆变电路 (6) 2 电路组成 (8) 2.1控制电路 (8) 2.2驱动电路 (9) 2.3主电路 (10) 3 仿真结果 (11) 3.1仿真环境 (11) 3.2仿真模型使用模块提取的路径及其单数设置 (11) 3.3具体仿真结果 (14) 3.3.1仿真电路图 (14) 3.3.2整流滤波输出电压计算与仿真 (15) 3.3.3逆变输出电压计算与仿真 (16) 4 小结心得 (18) 5 参考文献 (19)
基础强化训练任务书 学生姓名：专业班级： 指导教师：工作单位： 题目: 单相交直交变频电路性能研究 初始条件： 输入为单相交流电源，有效值220V。 要求完成的主要任务: （1）掌握单相交直交变频电路的原理； （2）设计出系统结构图，并采用matlab对单相交流调压电路进行仿真； （3）采用protel设计出单相交直交变频电路主电路、驱动电路、控制电路 时间安排： 2012年7月9日至2012年7月13日，历时一周，具体进度安排见下表 参考文献： [1]王兆安，刘进军.《电力电子技术》第5版.北京：机械工业 出版社，2011 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日
1 总体原理图 1.1 方框图 图1 总体方框图 1.2 电路原理图 1.2.1 主回路电路原理图 图2 主回路原理图 如图所示，交直流变换电路为不可控整流电路，输入的交流电通过变压器和桥式整流电路转化为直流电，滤波电路用电感和电容滤波，逆变部分采用四只IGBT 管组成单项桥式逆变电路，采用双极性调制方式，输出经LC 低通滤波器滤波，滤除高次谐波，得到频率可调的交流电输出。 1.2.2 整流电路 整流电路的功能是把交流电源转换成直流电源。整流电路一般都是单独的一块整流模块。大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成，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
附件1： 学号：0121011350327 基础强化训练 题目单相交直交变频电路性能研究 学院自动化学院 专业 班级 姓名 指导教师 2012年7月10日
1 总体原理图 (4) 1.1方框图 (4) 1.2电路原理图 (4) 1.2.1 主回路电路原理图 (4) 1.2.2 整流电路 (4) 1.2.3 滤波电路 (5) 1.2.4 逆变电路 (6) 2 电路组成 (8) 2.1控制电路 (8) 2.2驱动电路 (9) 2.3主电路 (10) 3 仿真结果 (11) 3.1仿真环境 (11) 3.2仿真模型使用模块提取的路径及其单数设置 (11) 3.3具体仿真结果 (14) 3.3.1仿真电路图 (14) 3.3.2整流滤波输出电压计算与仿真 (15) 3.3.3逆变输出电压计算与仿真 (16) 4 小结心得 (18) 5 参考文献 (19)
基础强化训练任务书 学生姓名：专业班级： 指导教师：工作单位： 题目: 单相交直交变频电路性能研究 初始条件： 输入为单相交流电源，有效值220V。 要求完成的主要任务: （1）掌握单相交直交变频电路的原理； （2）设计出系统结构图，并采用matlab对单相交流调压电路进行仿真； （3）采用protel设计出单相交直交变频电路主电路、驱动电路、控制电路 时间安排： 2012年7月9日至2012年7月13日，历时一周，具体进度安排见下表 参考文献： [1]王兆安，刘进军.《电力电子技术》第5版.北京：机械工业 出版社，2011 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日
1 总体原理图 1.1 方框图 图1 总体方框图 1.2 电路原理图 1.2.1 主回路电路原理图 图2 主回路原理图 如图所示，交直流变换电路为不可控整流电路，输入的交流电通过变压器和桥式整流电路转化为直流电，滤波电路用电感和电容滤波，逆变部分采用四只IGBT 管组成单项桥式逆变电路，采用双极性调制方式，输出经LC 低通滤波器滤波，滤除高次谐波，得到频率可调的交流电输出。 1.2.2 整流电路 整流电路的功能是把交流电源转换成直流电源。整流电路一般都是单独的一块整流模块。大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成，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
安徽科技学院电气与电子工程学院 课程教学实习（设计）总结 变频器的仿真设计实习内容：三相AC-AC 楼电力电子实验室5 实习地点：力行楼 15 2015 学年第1 学期第实习时间： 业：电气工程及其自动化专
133 级：班日11122015年月
《电力电子技术》课程设计任务书 一、设计目的 1、培养学生综合运用知识解决问题的能力与实际动手能力； 2、加深理解《电力电子技术》课程的基本理论； 3、初步掌握电力电子电路的设计方法。 二、设计题目和内容 （一）设计题目 《三相AC-AC变频器的仿真设计》 （二）设计内容 要求： 1、利用MATLAB仿真设计三相交-交变频器仿真模型； 2、对单相交-交变频电路子系统进行建模与封装； 3、将三个单相交-交变频组合设计成三相交-交变频器； 4、给出输出频率f=10Hz、25HZ时的仿真波形。 三、设计报告撰写要求 1．设计任务书 2．设计方案 3．主电路图 4．驱动电路和保护电路图 5．电路参数计算及元器件选择清单
6．主电路和驱动电路工作原理分析 7．主要节点电压和电流波形 8．参考文献 四、考核方式 1、课程设计任务书中的内容； 2、写出课程设计报告； 3、指导教师检查设计电路的完成情况； 4、验收时由指导教师指定1名学生叙述设计内容、自己所做的工作，实事求事地回答指导教师提出的问题。 根据以上四项内容和学生在课程设计过程中的工作态度按五级记分制（优、良、中、及格、不及格）给出成绩。 指导教师：*** 摘要：本文首先以三相输入单相输出的交交变频电路为例介绍了交交变频电路的工作原理，接着以余弦交点法为例详细分析了交交变频电路的触发控制方法。最后利用MATLAB仿真设计了三相交-交变频器仿真模型，其中包括对单相交-交变频电路子系统进行建模与封装、将三个单相交-交变频组合设计成三相交-交变频器、给出输出频率f=10Hz、25HZ时的仿真波形。 关键词：交交变频；余弦交点法；MATLAB仿真模型 引言： 交交变频器是通过电力电子电路的开关控制，而不通过中间直流环节，只需通过一次变换把工频交流电直接变换成不同频率的交流电的交流电路，利用两组整流电路的输出电压分别构成正弦波的正负半波可以实现由一种频率的交流电到另一种频率的交流电的变换，这样的电路称为晶闸管移相控制交交直接变频电路，也称周波变流器。周波变流器一般采用晶闸管作为功率开关器件，适合于大功率电机调速的应用场合。 一、单相交交变频电路 1、单相交交变频电路的工作原理 交-交变频器依据相位控制角α的不同规律，其输出可获得正弦波、方波和梯形波，这里的交-交变频器是根据相位控制角α按余弦规律变化得到正弦波。
附件2 （实验报告的首页） 本科实验报告 课程名称：电力电子技术 实验项目：单相交直交变频电路的性能研究 实验地点：电力电子技术实验室 专业班级：学号 学生姓名： 指导教师： 2014年11 月30 日
一、实验目的和要求（必填） 熟悉单相交直交变频电路的组成，重点熟悉其中的单相桥式PWM逆变电路中元器件的作用、工作原理，对单相交直交变频电路在电阻负载、阻感负载时的工作情况及其波形作全面，并研究工作频率对电路工作波形的影响 二、实验内容和原理（必填） 内容： 1.测量SPWM波形产生过程中的各点波形 2..观察电路输出在不同负载下的波形 原理： 1.实验原理图： 2.双极性PWM控制方式 采用双极性方式时，在调制信号u r的半个周期内，三角形载波不再是单极性的，而是有正有负的，所得的PWM波也是有正有负。在调制信号u r和载波信号u c的交点时刻控制各开关的通断。
当u r>u c时：VT1、VT4导通，VT2、VT3关断，这时i0>0则VT1、VT4导通；i0<0则VD1 、VD4导通输出电压u0=u d。 当u r0 VD3导通，输出电压u0=-u d 则VD2 、 通过对开关频率的控制，就可以得到不同频率的输出波形 三、主要仪器设备（必填） 1.电力电子及电气传动主控制屏 2.MCL-16组件 3.电阻、电感等原件 4.双踪示波器
四、操作方法与实验步骤（可选） 1.按实验原理图接线 2.调整开关频率，得到两组不同频率下的输出电压波形 3.实验结果见附录 五、实验结果与分析（必填） （一） （二）
河南机电高等专科学校课程设计报告书 课程名称：电力电子应用技术 课题名称：交直交变频调速系统 系别：自动控制系 班级：计控111班 姓名：李闪雷
学号：111413108 2013年6月26日 目录 一、绪论 (1) 二、电气原理图 (1) 1、主电路图 (1) 2、控制电路图 (2) 三、关键点波形图 (2) 四、变频调速系统原理 (4) 1、主电路原理 (4) 2、控制电路原理 (7) 五、实验现象 (8) 六、故障分析 (8) 七、心得体会 (8)
八、参考文献 (9)
一、绪论 20世纪70年代后，大规模集成电路和计算机控制技术的发展，以及现代控制理论的应用，使得交流电力拖动系统逐步具备了宽的调速范围、高的稳速范围、高的稳速精度、快的动态响应以及在四象限作可逆运行等良好的技术性能，在调速性能方面可以与直流电力拖动媲美。在交流调速技术中，变频调速具有绝对优势，由于变频器在启动过程中，输出频率由0Hz平滑地逐渐上升，电压从0V按比例上升到额定电压，电机无任何启动冲击，避免了由于电机启动产生的大电流对电机、电网、电气元件及所拖动机械设备的冲击和损坏。变频器在停止过程中，输出频率由运行频率平滑地逐渐下降到0Hz，电压从运行电压按比例逐渐到0V，实现了电动机软停止。变频启动可防止运输机械类载重物体受冲击和翻滚，提高传动设备的使用寿命。无级调速，自动化程度高，可实现无人管理。节能效果明显。保护功能完善，减少设备维修、故障。并且变频调速的调速性能与可靠性不断完善，价格不断降低，特别是变频调速节电效果明显，而且易于实现过程自动化，深受工业行业的青睐。 交流异步电动机的调速方式有多种，诸如调压调速、变级调速、串级调速、滑差调速等，而变频调速优于上述任何一种调速方式，是当今国际上广泛采用的效益高、性能好、应用广的新技术。它采用微机控制、电力电子技术及电机传动技术取得工业交流异步电机的无级调速功能。目前在国内外已广泛应用，是自动化电力传动的发展方向。 二、电气原理图 1、主电路图
单相交直交变频电路的性能研究 一、交直交变频器发展概况 变频器是运动控制系统中的功率变换器。当今的运动控制系统是包含多种学科的技术领域，总的发展趋势是：驱动的交流化，功率变换器的高频化，控制的数字化、智能化和网络化。因此，变频器作为系统的重要功率变换部件，提供可控的高性能变压变频的交流电源而得到迅猛发展。交—直—交变频器的中间直流环节采用大电感作储能元件，无功功率将由大电感来缓冲，它的一个突出优点是当电动机处于制动 (发电)状态时，只需改变网侧可控整流器的输出电压极性即可使回馈到直流侧的再生电能方便地回馈到交流电网，构成的调速系统具有四象限运行能力，可用于频繁加减速等对动态性能有要求的单机应用场合，在大容量风机、泵类节能调速中也有应用。近年来，随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，交流传动与控制技术成为目前发展最为迅速的技术之一，电气传动技术面临着一场历史革命，即交流调速取代直流调速和计算机数字控制技术取代模拟控制技术已成为发展趋势。交流变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。变频调速以其优异的调速和起制动性能，高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。深入了解交流传动与控制技术的走向，具有十分积极的意义。 二、实验目的和要求 熟悉单相交直交变频电路的组成，重点熟悉其中的单相桥式PWM逆变电路中元器件的作用、工作原理，对单相交直交变频电路在电阻负载、阻感负载时的工作情况及其波形作全面，并研究工作频率对电路工作波形的影响。 三、实验原理及波形 如下图所示，总体设计方案由整流电路、滤波、逆变电路等组成。市电经整流电路变直流电，直流电经滤波电路进行平滑滤波，再输入逆变电路，变为频率和电压均可调的交流电。 单相交直交变频电路由两部分组成，交流电源转化为直流是整流环节，选用了不可控的整流二极管电路，直流电源侧则选用电容和电感来滤波，能够获得比较平直的直流电压。这个环节结构相对简单、运行可靠，性能也符合设计的需求。直流转化为交流即是逆变部分，选用了单相桥式逆变电路，PWM控制，输出电压的大小及频率均可通过PWM控制进行调节。由于中间直流环节为电容滤波，因此选用电压型逆变电路。
4.3 可控硅相控交-交变频电路 晶闸管交交变频电路，也称周波变流器(Cycloconvertor),把电网频率的交流电变成可调频率的交流电的变流电路，属于直接变频电路。广泛用于大功率交流电动机调速传动系统，实际使用的主要是三相输出交交变频电路。 4.3.1可控硅相控单相-单相交-交变频技术 1、电路结构和基本工作原理 在共阴极双半波整流电路中，通过改变晶闸管的控制角可得到负载端上正下负大小可变的输出电压。在共阳极双半波整流电路中，通过改变晶闸管的控制角可在负载上得到极性相反的电压。 t U u A ωsin 22= （a ）电路图 （b ）原理波形图 图4-18 双半波整流电路及其原理波形 2、整流与逆变工作状态 两组反并联的可逆整流电路及其原理波形，如图4-18所示。正组整流器工作（反组被封锁）时，
负载端输出电压为上正下负；反组整流器工作时（正组被封锁），负载端输出电压极性相反。只要交替地以低于输入电源的频率切换正反两组整流器的工作状态（工作或封锁），在负载端就可以获得交流电压，该输出电压显然包含了大量谐波。 如果在半周期中使导通工作的晶闸管的控制角α由90?逐渐减小到零，然后再增大到90?，则该整流器的输出平均电压就从零增大到最大，然后再减小到零。因此，只要控制α角在0?～90?之间以适当地规律性变化，即可获得按正弦规律变化的平均输出电压。 在实际的交－交变频电路中，常采用“余弦波交截控制法”控制α角的变化以获得平均正弦波的输出。以控制电压U c 来控制α角的变化，如果控制电压U c 的大小总是正比于控制角α的余弦大小，即 αcos cm c U U = （4-15） U cm 为U c 峰值，则输出电压平均值U d 随U c 呈线性变化。由于 αcos dm d U U = （4-16） U dm 为α＝0?时U d 最大值，所以 cm dm c d U U U U = （4-17） 故有 c cm dm d U U U U = （4-18） 在保证线性范围内，U c 最大值为U cm =U dm ，此时 c d U U = （4-19） 因此，按余弦波交截控制法控制的相控整流器，是一个具有线性电压转换特性的功率放大器。可 以想象，如果控制电压按正弦波变化，则输出平均电压也将按正弦波变化。 4.3.2 可控硅相控三相-单相交-交变频技术 1、电路构成和基本工作原理
无锡市技工院校 教案首页 课题：变频器常用电力电子器件 教学目的要求：1. 了解变频器中常用电力电子器件的外形和符号2.了解相关电力电子器件的特性 教学重点、难点： 重点：1. 认识变频器中常用电力电子器件 2. 常用电力电气器件的符号及特性 难点：常用电力电气器件的特性 授课方法：讲授、分析、图示 教学参考及教具（含多媒体教学设备）： 《变频器原理及应用》机械工业出版社王延才主编 授课执行情况及分析： 在授课中，主要从外形结构、符号、特性等几方面对变频器中常用的电力电子器件进行介绍。通过本次课的学习，大部分学生已对常用电力电子器件有了一定的认识，达到了预定的教学目标。
板书设计或授课提纲
电力二极管的内部也是一个PN 结，其面积较大，电力二极管引出了两个极，分别称为阳和阴极K 。电力二极管的功耗较大，它的外形有螺旋式和平板式两种。2.伏安特性：电力二极管的阳极和阴极间的电压和流过管子的电流之间的关系称为伏安特性。 如果对反向电压不加限制的话，二极管将被击穿而损坏。（1）正向特性：电压时，开始阳极电流很小，这一段特性 曲线很靠近横坐标。当正向电压大于时，正向阳极电流急剧上升，管子正向导 通。如果电路中不接限流元件，二极管将 被烧毁。
晶闸管的种类很多，从外形上看主要由螺栓形和平板形两种，螺栓式晶闸管容量一般为10~200A；平板式晶闸管用于200A3个引出端分别叫做阳极A、阴极 控制极。 结构 晶闸管是四层（（Ｐ1Ｎ1Ｐ2Ｎ2）三端（Ａ、Ｋ、Ｇ）器件。 晶闸管的导通和阻断控制 导通控制：在晶闸管的阳极A和阴极K间加正向电压，同时在它的门极 正向触发电压，且有足够的门极电流。 晶闸管一旦导通，门极即失去控制作用，因此门极所加的触发电压一般为脉冲电压。 管从阻断变为导通的过程称为触发导通。门极触发电流一般只有几十毫安到几百毫安， 管导通后，从阳极到阴极可以通过几百、几千安的电流。要使导通的晶闸管阻断，必须将阳极电流降低到一个称为维持电流的临界极限值以下。 三、门极可关断晶闸管（GTO） 门极可关断晶闸管，具有普通晶闸管的全部优点，如耐压高、电流大、控制功率大、使用方便和价格低；但它具有自关断能力，属于全控器件。在质量、效率及可靠性方面有着明显的优势，成为被广泛应用的自关断器件之一。 结构：与普通晶闸管相似，也为PNPN四层半导体结构、三端（阳极 ）器件。 门极控制 GTO的触发导通过程与普通晶闸管相似，关断则完全不同，GTO 动电路从门极抽出Ｐ2基区的存储电荷，门极负电压越大，关断的越快。 四、电力晶体管（GTR） 电力晶体管通常又称双极型晶体管（BJT），是一种大功率高反压晶体管，具有自关断能力，并有开关时间短、饱和压降低和安全工作区宽等优点。它被广泛用于交直流电机调速、中频电源等电力变流装置中，属于全控型器件。 工作原理与普通中、小功率晶体管相似，但主要工作在开关状态， 承受的电压和电流数值较大。 五、电力MOS场效应晶体管（P-MOSFET） 电力MOS场效应晶体管是对功率小的电力MOSFET的工艺结构进行改进，在功率上有
单相交直交变频电路的性能研究 一．实验目的 熟悉单相交直交变频电路的组成，重点熟悉其中的单相桥式PWM 逆变电路中元器件的作用，工作原理，对单相交直交变频电路在电阻负载、电阻电感负载时的工作情况及其波形作全面分析，并研究工作频率对电路工作波形的影响。 二．实验内容 1．测量SPWM 波形产生过程中的各点波形。 2．观察变频电路输出在不同的负载下的波形。 三．实验设备及仪器 1．电力电子及电气传动主控制屏。 2．NMCL-16组件。 3．电阻、电感元件(NMEL-03、700mH 电感)。 4．双踪示波器。 5．万用表。 四．实验原理 单相交直交变频电路的主电路如图2—8所示。 本实验中主电路中间直流电压u d 由交流电整流而得，而逆变部分别采用单相桥式PWM 逆变电路。逆变电路中功率器件采用600V8A 的IGBT 单管（含反向二极管，型号为ITH08C06），IGBT 的驱动电路采用美国国际整流器公司生产的大规模MOSFET 和 IGBT 专用驱动集成电路1R2110，控制电路如图2—9所示，以单片集成函数发生器ICL8038为核心组成，生成两路PWM 信号，分别用于控制VT 1、VT 4和VT 2、VT 3两对IGBT 。ICL8038仅需很小的外部元件就可以正常工作，用于发生正弦波、三角波、方波等，频率范围0.001到500kHz 。 五．实验方法 图2—8 单相交直交变频电路
1．SPWM 波形的观察 （1）观察正弦波发生电路输出的正弦信号Ur 波形（“2”端与“地”端），改变正弦波频率调节电位器，测试其频率可调范围。 （2）观察三角形载波Uc 的波形（“1”端与“地”端），测出其频率，并观察Uc 和U 2的对应关系： （3）观察经过三角 波和正弦波比较后得到的SPWM 波形（“3”端与“地”端），并比较“3”端和“4”端的相位关系。 （4）观察对VT 1、VT 2进行控制的SPWM 信号（“5”端与“地”端）和对VT 3、VT 4进行控制的SPWM 信号(“6”端与“地”端)，仔细观察“5”端信号和“6”端防号之间的互锁延迟时间。 2．驱动信号观察 在主电路不接通电源情况下，S 3扭子开关打向“OFF”，分别将“SPWM 波形发生”的G 1、E 1、G 2、E 2、G 3、E 3、G 4和“单相交直交变频电路”的对应端相连。经检查接线正确后，S3扭子开关打向“ON”，对比VTI 和VT2的驱动信号，VT3和VT4的驱动信号，仔细观察同一相上、下两管驱动信号的波形，幅值以及互锁延迟时间。 3．S 3扭子开关打向“OFF”，分别将“主电源2”的输出端“1”和“单相交直交变频电路”的“1”端相连， “主电源2”的输出端“2”和“单相交直交变频电路”的“2”端相连，将“单相交直交变频电路”的“4”、“5”端分别串联MEL-03电阻箱 （将一组900Ω/0.41A 并联，然后顺时针旋转调至阻值最大约450Ω） 和直流安培表（将量程切换到2A 挡）。将经检查无误后，S 3扭子开关打向“ON”，合上主电源（调节负载电阻阻值使输出负载电压波形达到最佳值，电阻负载阻值在90Ω~360Ω时波形最好）。 4．当负载为电阻时，观察负载电压的波形，记录其波形、幅值、频率。在正弦波Ur 的频率可调范围内，改变Ur 的频率多组，记录相应的负载电压、波形、幅值和频率。 5．当负载为电阻电感时，观察负载电压和负载电流的波形。 六．注意事项 1．“输出端”不允许开路，同时最大电流不允许超过“1A”。 2．注意电源要使用“主电源2”的“15V”电压其他同“直流斩波”电路相同。 七．实验报告 图2--9 SPWM 波形发生
附件1： 学号：012101135032 7 基础强化训练 题目单相交直交变频电路性能研究学院自动化学院 专业 班级 姓名 指导教师 2012 年7 月10 日
1 总体原理图 (4) 1.1方框图 (4) 1.2电路原理图 (4) 1.2.1 主回路电路原理图 (4) 1.2.2 整流电路 (5) 1.2.3 滤波电路 (6) 1.2.4 逆变电路 (7) 2 电路组成 (9) 2.1控制电路 (9) 2.2驱动电路 (10) 2.3主电路 (11) 3 仿真结果 (12) 3.1仿真环境 (12) 3.2仿真模型使用模块提取的路径及其单数设置 (12) 3.3具体仿真结果 (16)
3.3.1仿真电路图 (16) 3.3.2整流滤波输出电压计算与仿真 (17) 3.3.3逆变输出电压计算与仿真 (18) 4 小结心得 (20) 5 参考文献 (21) 基础强化训练任务书 学生姓名：专业班级： 指导教师：工作单位： 题目: 单相交直交变频电路性能研究 初始条件： 输入为单相交流电源，有效值220V。 要求完成的主要任务: （1）掌握单相交直交变频电路的原理； （2）设计出系统结构图，并采用matlab对单相交流调压电路进行仿真； （3）采用protel设计出单相交直交变频电路主电路、驱动电路、控制电路 时间安排： 2012年7月9日至2012年7月13日，历时一周，具体进度安排见下表
参考文献： [1]王兆安，刘进军.《电力电子技术》第5版.北京：机械工业出 版社，2011 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名： 年 月 日 1 总体原理图 1.1 方框图 图1 总体方框图 1.2 电路原理图 1.2.1 主回路电路原理图