單相橋式有源逆變電路設(shè)計

1、單相橋式有源逆變電路設(shè)計1 長江職業(yè)學院長江職業(yè)學院 電力電子技術(shù)課程設(shè)計報告 學 院： 機電學院 學生姓名： 余鴻 指導教師： 李莎 專 業(yè)： 電氣自動化 班 級： 電氣 1401 日 期： 2015.12 單相橋式有源逆變電路設(shè)計摘要：整流與逆變一直都是電力電子技術(shù)的熱點之一。橋式整流是利用二極管的單向?qū)ㄐ?進行整流的最常用的電路。常用來將交流電轉(zhuǎn)化為直流電。從整流狀態(tài)變到有源逆變狀態(tài)，對于特定的實驗電路需要恰到好處的時機和條和方法已成熟十幾年了，隨 件?；驹?著我國交直流變換器市場迅猛單相橋式有源逆變電路設(shè)計2發(fā)展，與之相應的核型技術(shù)應用于發(fā)展比較將成為業(yè)內(nèi)企業(yè)關(guān)注的焦點。在逆變電

2、路中，把直流電能經(jīng)過直交變換，向交流電源反饋能量的變換電路稱之為有源逆變電路，相應的裝置稱為有源逆變器。 關(guān)鍵詞：整流 逆變 橋式 有源逆變。 1 前言目前，整流設(shè)備的發(fā)展具有下列特點：傳統(tǒng)的相控整流設(shè)備已經(jīng)被先進的高頻開關(guān)整流設(shè)備所取代。系統(tǒng)的設(shè)計已經(jīng)由固定式演化成模塊化，以適應各種等級、各種模塊通信設(shè)備的要求。加上閥控式密封鉛酸蓄電池的廣泛應用，為分散供電創(chuàng)造了條件。從而大大提高了通信網(wǎng)運行可靠和通信質(zhì)量。高頻開關(guān)整流器采用模塊化設(shè)計、N1 配置和熱插撥技術(shù)，方便了系統(tǒng)的擴展，有利于設(shè)備的維護。由于整流設(shè)備和配電設(shè)備等配備了微機監(jiān)控器，使系統(tǒng)設(shè)備具有了智能化管理功能和故障保護及自保護功能。

3、新旗艦、新技術(shù)、新材料的應用，使高頻開關(guān)整流器躍上了一個新臺階。逆變與整流相對應，直流電變成交流電。交流側(cè)接電網(wǎng)，為有源逆變。交流側(cè)接負載，為無源逆變。有源逆變的條件：負載側(cè)存在一個直流電源 E，由他提供能量，其電勢極性與變流器的整流電壓相反，對晶閘管為正向偏置電壓；變流器在起直流側(cè)輸出應有一個與原整流電壓相反的逆變電壓 U，其平均值 UE，以吸收能量，并將其能量饋送給交流電源。逆變電路的分類，根據(jù)直流側(cè)的電源的性質(zhì)不同，直流側(cè)是電流源，電流型逆變電路，又稱為電流型逆變電路；電壓型逆變電路，輸出電壓是矩形波，電流型逆變電路輸出電流是矩形波。電壓型逆變電路的特點：輸出電流波形隨負載而變；只有單方

4、向傳遞功率的功能；故障電流較難抑制。 單相橋式有源逆變電路設(shè)計32 設(shè)計方案及其原理 圖 圖 2-1 系統(tǒng)方框圖 圖 2-2 等效電路及波形圖 當開關(guān) S1、S4 閉合，S2、S3 斷開時，負載電壓uo 為正；當開關(guān) S1、S4斷開，S2、S3 閉合時，uo 為負，如此交替進行下去，就在負載上得到了由直流電變換的交流電，uo 的波形如上圖 (b)所示。輸出交流電的頻率與兩組開關(guān)的切換頻率成正比。這樣就實現(xiàn)了直流電到交流電的逆變。 t(b)(a)uot3t2t1iouoOZuoioUd_+S3S2S4S1單相橋式有源逆變電路設(shè)計4 圖 2-3 電壓型單相全橋逆變電路圖 2-3 電路圖 它共有 4

5、 個橋臂，可以看成由兩個半橋電路組合而成。兩對橋臂交替導通180。輸出電壓和電流波形與半橋電路形狀相同，幅值高出一倍。改變輸出交流電壓的有效值只能通過改變直流電壓Ud 來實現(xiàn)。可采用移相方式調(diào)節(jié)逆變電路的輸出電壓，稱為移相調(diào)壓。各柵極信號為 180 正偏，180 反偏，且 T1 和T2 互補，T3 和 T4 互補關(guān)系不變。T3 的基極信號只比 T1 落后 q ( 0q 180)，T3、T4 的柵極信號分別比 T2、T1 的前移 180-q，uo 成為正負各為 q 的脈沖，改變 q 可調(diào)節(jié)輸出電壓有效值。 3 仿真概念及其原理簡述 3.1 基本概念所謂系統(tǒng)仿真（system simulation

6、） ，就是根據(jù)系統(tǒng)分析的目的，在分析系統(tǒng)各要素性質(zhì)及其相互關(guān)系的基礎(chǔ)上，建立能描述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)或行為過程的、且具有一定邏輯關(guān)系或數(shù)量關(guān)系的仿真模型，據(jù)此進行試驗或定量分析，以獲得正確決策所需的各種信息。 單相橋式有源逆變電路設(shè)計5 3.2 系統(tǒng)仿真的實質(zhì) (1)它是一種對系統(tǒng)問題求數(shù)值解的計算技術(shù)。尤其當系統(tǒng)無法通過建立數(shù)學模型求解時，仿真技術(shù)能有效地來處理。 (2)仿真是一種人為的試驗手段。它和現(xiàn)實系統(tǒng)實驗的差別在于，仿真實驗不是依據(jù)實際環(huán)境，而是作為實際系統(tǒng)映像的系統(tǒng)模型以及相應的“人造”環(huán)境下進行的。這是仿真的主要功能。 3.3 系統(tǒng)仿真的作用 (1)仿真的過程也是實驗的過程，而且還是系統(tǒng)地

7、收集和積累信息的過程。尤其是對一些復雜的隨機問題，應用仿真技術(shù)是提供所需信息的唯一令人滿意的方法。 (2)對一些難以建立物理模型和數(shù)學模型的對象系統(tǒng)，可通過仿真模型順利地解決預測、分析和評價等系統(tǒng)問題。 (3)通過系統(tǒng)仿真，可以把一個復雜系統(tǒng)降階成若干子系統(tǒng)以便于分析。 (4)通過系統(tǒng)仿真，能啟發(fā)新的思想或產(chǎn)生新的策略，還能暴露出原系統(tǒng)中隱藏著的一些問題，以便及時解決。 3.4 系統(tǒng)仿真的方法系統(tǒng)仿真的基本方法是建立系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型和量化分析模型，并將其轉(zhuǎn)換為適合在計算機上編程的仿真模型，然后對模型進行仿真實驗。由于連續(xù)系統(tǒng)和離散(事件)系統(tǒng)的數(shù)學模型有很大差別，所以系統(tǒng)仿真方法基本上分為兩大類

8、，即連續(xù)系統(tǒng)仿真方法和離散系統(tǒng)仿真方法。在以上兩類基本方法的基礎(chǔ)上，還有一些用于系統(tǒng)(特別是社會經(jīng)濟和管理系統(tǒng))仿真的特殊而有效的方法，如系統(tǒng)動力學方法、蒙特卡洛法等。 系統(tǒng)動力學方法通過建立系統(tǒng)動力學模型(流圖等)、利用 DYNAMO 仿真語言在計算機上實現(xiàn)對真實系統(tǒng)的仿真實驗，從而研究系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能和行為之間的動態(tài)關(guān)系。單相橋式有源逆變電路設(shè)計64 逆變失敗原因及消除方法有源逆變失?。孀冾嵏玻┦侵改孀儠r，一旦換相失敗，外接直流電源就會通過晶閘管電路短路，或使變流器的輸出平均電壓和直流電動勢變成順向串聯(lián)，形成很大短路電流。防止逆變失敗的方法：采用精確可靠的觸發(fā)電路，使用性能比較好的的晶閘管

9、，保證交流電源的質(zhì)量，流出足夠的逆變角等。 5 參數(shù)計算由題意得 U2=50V =35。 P=200W E = -70VUd=0.9U2cos（ -）=0.950cos145。= -36.86 V （公式 1 Id=（Ud-E）/R （公式2 P=|EId|-Id2R （公式 3 聯(lián)立公式 1,2,3 得R = 6.199 Id = 5.35A 晶閘管原件的額定電壓為U2=70.71V,取 23 倍的安全儲備電壓，并考慮2晶閘管額定電壓系取 200V.單相橋式有源逆變電路設(shè)計7晶閘管元件額定電壓 IT：由查表得 Kf=IVT/Id =2/， 2IT=KfId/1.57=2.41A取 2 倍電流

10、安全儲備并考慮晶閘管原件額定電流系列取 5 A. 6 實驗電路原理及結(jié)果圖 圖 6-1 實驗原理圖 單相橋式有源逆變原理圖說明：負載側(cè)存在一個直流電源 E=70V，由單相橋式有源逆變電路設(shè)計8他提供能量，其電勢極性與單相橋式的整流電壓相反，對晶閘管為正向偏置電壓；在前半個周期延遲角為 135 度時，D1,D3 導通，后半個周期 D2,D4 導通，如此循環(huán)，單相橋式在直流側(cè)輸出有一個與原整流電壓相反的逆變電壓Ud=36.86V，其平均值 UdE，以吸收能量，并將其能量饋送給交流電源，從而實現(xiàn)單相橋式的有源逆變。 圖 6-2 晶閘管 1 和 3 門極 電源參數(shù) 單相橋式有源逆變電路設(shè)計9 圖 6-3 晶閘管 2 和 4 門極觸發(fā)電源參數(shù) 觸發(fā)電路的原理：為簡便起見，我們采用了脈沖信號發(fā)生器作為晶閘管的觸發(fā)信號，其參數(shù)設(shè)定如上兩圖所示，其中 1、3 和 2、4 的參數(shù)只有延遲時間不同，相差半個周期，這樣就使得兩組晶閘管不同時觸發(fā)，最重要的是脈沖信號發(fā)生器的頻率和