單相橋式有源逆變電路設(shè)計(jì)教材

1、長江職業(yè)學(xué)院電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告學(xué)院：機(jī)電學(xué)院學(xué)生姓名：余鴻指導(dǎo)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(jì)摘要：整流與逆變一直都是電力電子技術(shù)的熱點(diǎn)之一。橋式整流是利用二 極管的單向?qū)ㄐ赃M(jìn)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(shí)驗(yàn)電路需要恰到好處的 時(shí)機(jī)和條和方法已成熟十幾年了，隨件?；驹碇覈恢绷髯儞Q器市 場迅猛發(fā)展，與之相應(yīng)的核型技術(shù)應(yīng)用于發(fā)展比較將成為業(yè)內(nèi)企業(yè)關(guān)注的 焦點(diǎn)。在逆變電路中，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(yīng)的裝置稱為有源逆

2、變器。關(guān)鍵詞：整流逆變橋式有源逆變。/、八1刖言目前，整流設(shè)備的發(fā)展具有下列特點(diǎn)：傳統(tǒng)的相控整流設(shè)備已經(jīng)被先進(jìn)的高 頻開關(guān)整流設(shè)備所取代。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)已經(jīng)由固定式演化成模塊化， 以適應(yīng)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(yīng)用，為分散 供電創(chuàng)造了條件。從而大大提高了通信網(wǎng)運(yùn)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(jì)、N1配置和熱插撥技術(shù)，方便了系統(tǒng)的擴(kuò)展，有利于設(shè)備的維 護(hù)。由于整流設(shè)備和配電設(shè)備等配備了微機(jī)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(hù)及自保護(hù)功能。新旗艦、新技術(shù)、新材料的應(yīng)用，使高頻開關(guān) 整流器躍上了一個(gè)新臺階。逆變與整流相對應(yīng)，直流電

3、變成交流電。交流側(cè)接電網(wǎng)，為有源逆變。交流側(cè)接負(fù)載，為無源逆變。有源逆變的條件：負(fù)載側(cè)存在一 個(gè)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(yīng)有一個(gè)與原整流電壓相反的逆變電壓 u,其平均值U<E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(diǎn)：輸出電流波形隨負(fù)載而變；只有單方向傳遞功率的功能；故障電流較難抑制。2設(shè)計(jì)方案及其原理圖2-1系統(tǒng)方框圖(b)

4、圖2-2等效電路及波形圖當(dāng)開關(guān)S1、S4閉合，S2、S3斷開時(shí)，負(fù)載電壓uo為正；當(dāng)開關(guān)S1、S4斷 開，S2、S3閉合時(shí)，uo為負(fù)，如此交替進(jìn)行下去，就在負(fù)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(shí)現(xiàn)了直流電到交流電的逆變。圖2-3電路圖I)它共有4個(gè)橋臂，可以看成由兩個(gè)半橋電路組合而成。兩對橋臂交替導(dǎo)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(shí)現(xiàn)?？刹捎靡葡喾绞秸{(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。

5、反偏，且T1和T2互補(bǔ)，T3和T4互補(bǔ)關(guān)系不變。T3的基極信號只比T1落后q ( 0<q < 180o)，T3、T4的柵極信號分別比T2、T1的前移180o-q，uo成為正負(fù)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 )，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(jìn)行試驗(yàn)或定量分析，以獲得正確決策所需的各種信息。3.2系統(tǒng)仿真的實(shí)質(zhì)(1) 它是一種對系統(tǒng)問題求數(shù)值解的計(jì)算技術(shù)。尤其當(dāng)系統(tǒng)無法

6、通過建立數(shù) 學(xué)模型求解時(shí)，仿真技術(shù)能有效地來處理。(2) 仿真是一種人為的試驗(yàn)手段。它和現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的差別在于，仿真實(shí)驗(yàn)不是依據(jù)實(shí)際環(huán)境，而是作為實(shí)際系統(tǒng)映像的系統(tǒng)模型以及相應(yīng)的“人造”環(huán)境下進(jìn)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(shí)驗(yàn)的過程，而且還是系統(tǒng)地收集和積累信息的過程。尤其是對一些復(fù)雜的隨機(jī)問題，應(yīng)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(xué)模型的對象系統(tǒng)，可通過仿真模型順利 地解決預(yù)測、分析和評價(jià)等系統(tǒng)問題。(3) 通過系統(tǒng)仿真，可以把一個(gè)復(fù)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

7、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(shí)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(jì)算機(jī)上編程的仿真模型，然后對模型進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。由于連續(xù)系統(tǒng)和離 散(事件)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型有很大差別，所以系統(tǒng)仿真方法基本上分為兩大類，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(jì)和管理系統(tǒng))仿真的特殊而有效的方法，如系統(tǒng)動力 學(xué)方法、蒙特卡洛法等。系統(tǒng)動力學(xué)方法通過建立系統(tǒng)動力學(xué)模型 (流圖等)、利用DYNAM仿真語言在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)對真實(shí)系統(tǒng)的仿真實(shí)驗(yàn)，從而研究系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)、功能和行為

8、之間的動態(tài)關(guān)系。4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(shí)，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，保證交流電源的質(zhì)量，流出足夠的逆變角-等。5參數(shù)計(jì)算由題意得 U2=50V B =35。P=200W E = -70VUd=0.9U2cos ( n -B) =0.9 X 50 X cos145。= -36.86 V(公式 1)（公式2 ）（公式3）Id= (Ud-E) /RP=|Eld|-ld2R聯(lián)立公式1,2,3得R = 6.

9、199 Q Id = 5.35A晶閘管原件的額定電壓為2U2=70.71V,取23倍的安全儲備電壓，并考慮晶閘管額定電壓系取200V晶閘管元件額定電壓IT:由查表得Kf=IVT/ld =2/2，IT=Kfld/1.57=2.41A取2倍電流安全儲備并考慮晶閘管原件額定電流系列取5 A.6實(shí)驗(yàn)電路原理及結(jié)果圖'V2" a * 0 V t&v 二 -10msec 20msecf>V lOrhsecEGG06 Oi* * V1 150 Vrms -50ik'' ' IVs :U1 AC 1e-009pEGGD6 02：L1 ：g GH'

10、TTxsci-L：V670 V|JTr. .EG< 06 02EGG怖& VIQmsec 2(wnseclumsec 70msec0 V圖6-1實(shí)驗(yàn)原理圖單相橋式有源逆變原理圖說明：負(fù)載側(cè)存在一個(gè)直流電源E=70V由他 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(gè)周期延遲角為135度時(shí)，D1,D3導(dǎo)通，后半個(gè)周期D2,D4導(dǎo)通，如此循環(huán)，單相橋式在直流側(cè)輸出有一個(gè)與原整流電壓相反的逆變電壓Ud=36.86V,其平均值Ud<E以吸收能量，并將其能量饋送給交流電源，從而 實(shí)現(xiàn)單相橋式的有源逆變。PULSE.VOLTAGE標(biāo)乏 H.7.譽(yù)蠱1故

11、暉 引啣 基坦I用尸走X初蛤恒；Puised Value:Delay Time:Rise TimeiFafl Time:Putse Width:周帥AC Afialvsis Magnitude:AC Analysis Ptiase:Disfrlorlicin Fre±que±ncy 1 Magnitudes:Dislnrlaan Fre-que-n匚y 1 Phase:DistorBom Fr equency 2 MagnltuidesDistorEom Frequency 2 Phase：mwrVpTisecZZjII7-ZJ±|o事是惑沽q 信息 幫肋00圖6

12、-2晶閘管1和3門極電源參數(shù)PULSE. VOLTAGE釉臺值:Pulsed Value:Dday Timei11.95Rjse Time:Fll Time;Pullse Width:罔期:AC Aridlysifi Magnitude?:AC Analysis Pharse-;Ostjortion Frequency 1 Magnitude:Ditnrtjan FrequefHiy 1 Phase：Dstortion Frequency 2 Magnitude:folvDistortion Friqum邛 S Phase：o公荃:o信息幫助網(wǎng)標(biāo)養(yǎng)丨壓示巻裁.故陣|引理|吏里用戶主決圖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(shí)間不同，相差半個(gè)周期，這樣就使得兩組晶閘管不同時(shí)觸發(fā)，最重要的是 脈沖信號發(fā)生器的頻率和交流電源的頻率相同，從而使得電路逆變的順利進(jìn) 行。圖6-4晶閘管觸發(fā)電源的輸出波形圖6-5Ud波形圖圖6-6晶閘管1、2、3、4兩端的電壓波形相同,oy 15 V20msecov-IDriisectey20ms«