單相橋式有源逆變電路設(shè)計(jì)

1、長(zhǎng)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(zhuān)業(yè)：電氣自動(dòng)化班級(jí)：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(lái)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(duì)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?guó)交直流變換器市場(chǎng)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(guò)直交變換，向交流電源反饋能量的變換電路稱(chēng)之為有源逆變電路，相應(yīng)的裝置稱(chēng)為有源逆變器

2、。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(diǎn)： 傳統(tǒng)的相控整流設(shè)備已經(jīng)被先進(jìn)的高頻開(kāi)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(jí)、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(kāi)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(kāi)關(guān)整流器躍上了一個(gè)新臺(tái)階。 逆變與整流相對(duì)應(yīng)， 直流電變成

3、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(wú)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(shì)極性與變流器的整流電壓相反， 對(duì)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(lèi)，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，2 / 12 下載文檔可編輯又稱(chēng)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

4、其原理(a)(b)當(dāng)開(kāi)關(guān)S1、S4閉合，S2、S3斷開(kāi)時(shí)，負(fù)載電壓uo為正；當(dāng)開(kāi) 關(guān)S1、S4斷開(kāi)，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(kāi)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電壓型單相全橋逆變電路圖2-3電路圖它共有4個(gè)橋臂，可以看成由兩個(gè)半橋電路組合而成。兩對(duì)橋臂交替導(dǎo)通180 o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(guò)改變直流電壓Ud來(lái)實(shí)現(xiàn)?？刹捎靡葡喾绞秸{(diào)節(jié)逆變電路的輸出電壓，稱(chēng)為移相調(diào)壓。各柵 極信號(hào)為1800正偏，

5、1800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(hào)只比T1落后q ( 0<q <180o) , T3、T4的柵 極信號(hào)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(jiǎn)述1.1 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,4 / 12下載文檔可編輯在分析系統(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(guò)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。1.2 系統(tǒng)仿真的實(shí)質(zhì)(1) 它是一種

6、對(duì)系統(tǒng)問(wèn)題求數(shù)值解的計(jì)算技術(shù)。尤其當(dāng)系統(tǒng)無(wú)法通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型求解時(shí)，仿真技術(shù)能有效地來(lái)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。1.3 系統(tǒng)仿真的作用(1) 仿真的過(guò)程也是實(shí)驗(yàn)的過(guò)程，而且還是系統(tǒng)地收集和積累信息的過(guò)程。 尤其是對(duì)一些復(fù)雜的隨機(jī)問(wèn)題， 應(yīng)用仿真技術(shù)是提供所需信息的唯一令人滿(mǎn)意的方法。(2) 對(duì)一些難以建立物理模型和數(shù)學(xué)模型的對(duì)象系統(tǒng)，可通過(guò)仿真模型順利地解決預(yù)測(cè)、分析和評(píng)價(jià)等系統(tǒng)問(wèn)題。(3) 通過(guò)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

7、便于分析。(4) 通過(guò)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(wèn)題，以便及時(shí)解決。1.4 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(duì)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(lèi)， 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(lèi)基本方法的基礎(chǔ)上，還有一些用于系統(tǒng)（特別是社會(huì)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(dòng)力學(xué)方法、蒙特卡洛法等。 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法通過(guò)建立系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型（ 流圖等 ） 、利用DYNAMO真語(yǔ)

8、言在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)對(duì)真實(shí)系統(tǒng)的仿真實(shí)驗(yàn)，從而研究系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能和行為之間的動(dòng)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(huì)通過(guò)晶閘管電路短路， 或使變流器的輸出平均電壓和直流電動(dòng)勢(shì)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 ”35 P=200W E = -70VUd=0.9U2cos（兀-B） =0.9X50X cos145o = -36.86 V （公 式1）Id=（Ud-E）/R（公式2 ）P二|EI

9、d|-Id2R（公式3）聯(lián)立公式1,2,3得R = 6.199 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(chǔ)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/Id =2/收，IT=KfId/1.57=2.41A取2倍電流安全儲(chǔ)備并考慮晶閘管原件額定電流系列取 5 A.8 / 12 下載文檔可編輯6實(shí)驗(yàn)電路原理及結(jié)果圖83.»4iV 15 V 加sec 2而1e-009p;2jU1 AC皿二二；EGG06 52D250 Hz0, 1.EGG%- V3EGG 06 02管RI：0I99QGHPGW 15 V0

10、 V li V10msec. 2tm&eclUmsec Stknsec圖6-1實(shí)驗(yàn)原理圖單相橋式有源逆變?cè)韴D說(shuō)明：負(fù)載側(cè)存在一個(gè)直流電源 E=70Y由他提供能量，其電勢(shì)極性與單相橋式的整流電壓相反， 對(duì)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。圖6-2晶閘管1和3門(mén)極電源參數(shù)圖6-3晶閘管2和4門(mén)極觸發(fā)電源參數(shù)9 / 12下載文檔可編輯觸發(fā)電路的原理：為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，我們采用了脈沖信號(hào)發(fā)生器作 為晶閘管的觸發(fā)信號(hào)，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(hào)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12 / 12 下載文檔可編輯圖6-5Ud波形圖圖6-6晶閘管1、2、3、4兩端的電壓波形相同,書(shū)