中北大學(xué)電力電子課程設(shè)計(jì)-三相半波有源逆變電路設(shè)計(jì).docx

中北大學(xué)電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)說明書電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)說明書三相半波有源逆變電路設(shè)計(jì)三號(hào)體學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)： 學(xué) 院：信息與通信工程學(xué)院 專 業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化 指導(dǎo)教師：石喜玲 2013年 1 月中北大學(xué)電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 2012/2013 學(xué)年第 一 學(xué)期學(xué) 院：信息與通信工程學(xué)院專 業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化學(xué) 生 姓 名：學(xué) 號(hào)：課程設(shè)計(jì)題目：三相半波有源逆變電路設(shè)計(jì)起 迄 日 期: 12月24日 01月4 日課程設(shè)計(jì)地點(diǎn):電氣工程系軟件實(shí)驗(yàn)室指 導(dǎo) 教 師:石喜玲系主任：王忠慶下達(dá)任務(wù)書日期: 2012 年 12 月 24日課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書1設(shè)計(jì)目的：1.加深理解電力電子技術(shù)課程的基本理論2.掌握電力電子電路的一般設(shè)計(jì)方法，具備初步的獨(dú)立設(shè)計(jì)能力3.學(xué)習(xí)MATLAB仿真軟件及各模塊參數(shù)的確定2設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、條件、設(shè)計(jì)要求等）： 設(shè)計(jì)條件：1.電源電壓：三相交流U2：100V/50Hz 2.負(fù)載參數(shù)：，直流電動(dòng)勢(shì) 3.逆變角 4.阻感負(fù)載根據(jù)課程設(shè)計(jì)題目和設(shè)計(jì)條件，說明主電路的工作原理、計(jì)算選擇元器件參數(shù)。設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：1. 晶閘管電流、電壓額定參數(shù)選擇 2. 觸發(fā)電路的設(shè)計(jì) 3設(shè)計(jì)工作任務(wù)及工作量的要求包括課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書(論文)、圖紙、實(shí)物樣品等：1.根據(jù)設(shè)計(jì)題目要求的指標(biāo)，通過查閱有關(guān)資料分析其工作原理，確定各器件參數(shù)，設(shè)計(jì)電路原理圖；2.利用MATLAB仿真軟件繪制主電路結(jié)構(gòu)模型圖，設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)。3.用示波器模塊觀察和記錄電源電壓、觸發(fā)信號(hào)、晶閘管電流和電壓，負(fù)載電流和電壓的波形圖。課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書4主要參考文獻(xiàn)：1.王兆安.電力電子技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社.20092.李傳琦.電力電子技術(shù)計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn).電子工業(yè)出版社.20053.洪乃剛.電力電子和電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)的MATLAB仿真.機(jī)械工業(yè)出版社.20064.鐘炎平.電力電子電路設(shè)計(jì).華中科技大學(xué)出版社.20105設(shè)計(jì)成果形式及要求：1.電路原理圖及各器件參數(shù)計(jì)算2. MATLAB仿真3.編寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告。6工作計(jì)劃及進(jìn)度：2012年12月24日 12月25日 設(shè)計(jì)電路，計(jì)算參數(shù)12月26日 12月31日 對(duì)設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行MATLAB仿真2013年01月01日 01月04日 編寫課程設(shè)計(jì)說明書，答辯或成績(jī)考核系主任審查意見： 簽字： 年 月 日目錄1 引言11.1逆變的應(yīng)用11.2逆變的分類11.3有源逆變產(chǎn)生的條件12主電路設(shè)計(jì)及工作原理22.1總體框架圖22.2主體電路圖22.3 工作原理33 單元電路設(shè)計(jì)33.1 觸發(fā)電路33.2波形觀察電路43.3設(shè)計(jì)電路圖54參數(shù)計(jì)算55仿真波形圖66數(shù)據(jù)分析77心得體會(huì)7參考文獻(xiàn)71 引言1.1逆變的應(yīng)用隨著科技的快速發(fā)展，逆變電路已經(jīng)越來越多的出現(xiàn)在人們的生活中。目前，逆變電路的已經(jīng)在很多領(lǐng)域應(yīng)用到，比如電腦、電視、洗衣機(jī)、空調(diào)、家庭影院、電動(dòng)砂輪、電動(dòng)工具、縫紉機(jī)、錄像機(jī)、按摩器、風(fēng)扇、照明、交流電機(jī)調(diào)速用變頻器、不間斷電源、感應(yīng)加熱電源等電力電子裝置的核心部分都是逆變電路。它的基本作用是在控制電路的控制下將中間直流電路輸出的直流電源轉(zhuǎn)換為頻率和電壓都任意可調(diào)的交流電源。1.2逆變的分類逆變與整流相對(duì)應(yīng)，是把直流電能經(jīng)過直交變換，向交流電源反饋能量的變換電路。當(dāng)交流側(cè)接電網(wǎng)，稱為有源逆變，當(dāng)交流側(cè)接負(fù)載，稱為無源逆變。當(dāng)直流側(cè)是電壓源，稱為電壓源型逆變電路，當(dāng)直流側(cè)是電流源，又稱為電流源型逆變電路，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。全控整流電路既能工作在整流方式，又能工作在有源逆變方式，即電路在一定條件下，電能從ACDC；在另外條件下，電能又可以從DC返回AC。1.3 有源逆變產(chǎn)生的條件（1）負(fù)載側(cè)存在一個(gè)直流電源E，由它提供能量，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。（2）變流器在其直流側(cè)輸出應(yīng)有一個(gè)與原整流電壓極性相反的逆變電壓u，其平均值U90 ，使輸出電壓為負(fù)值。2 主電路設(shè)計(jì)及工作原理2.1總體框架圖圖1總體框架圖總體工作原理說明，交流電給主電路的晶閘管和觸發(fā)電路供電，觸發(fā)電路觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通，由于直流電源電壓大于交流電源平均電壓，故能量由直流電源側(cè)流向交流電源側(cè)。2.2主體電路圖（用protues繪制）圖2 主電路圖主電路分析，由3個(gè)相位依次相差120的交流電源組成三相交流電源，并分別于三個(gè)晶閘管相連，三個(gè)晶閘管共陰極連接，負(fù)載為電阻、電感、直流電源，直流電源與晶閘管正向?qū)ǚ较蛞恢隆?.3 工作原理三相半波有源逆變電路帶電阻電感負(fù)載時(shí)，負(fù)載直流電源對(duì)晶閘管正向偏置電壓，電路觸發(fā)脈沖控制角移相范圍在90180之間，即逆變角范圍是090。在某時(shí)刻（本題=150）VT1觸發(fā)導(dǎo)通，由于直流電源的作用，即使VA相電壓為負(fù)，VT1仍能導(dǎo)通。接下來VT2，VT3依次落后120導(dǎo)通。VT1、VT2、VT3依次導(dǎo)通120,因?yàn)橹绷麟娫措妷捍笥诮涣麟娫雌骄妷?，電能由直流轉(zhuǎn)換為交流，實(shí)現(xiàn)了有源逆變。3 單元電路設(shè)計(jì)3.1 觸發(fā)電路觸發(fā)脈沖的寬度應(yīng)保證晶閘管開關(guān)可靠導(dǎo)通（門極電流應(yīng)大于擎柱電流），觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的幅度，不超過門極電壓、電流和功率，且在可靠觸發(fā)區(qū)域之內(nèi)，應(yīng)有良好的抗干擾性能、溫度穩(wěn)定性及與主電路的電氣隔離。晶閘管可控整流電路，通過控制觸發(fā)角a的大小即控制觸發(fā)脈沖起始相位來圖3觸發(fā)電路控制輸出電壓大小。為保證相控電路正常工作，很重要的是應(yīng)保證按觸發(fā)角a的大小在正確的時(shí)刻向電路中的晶閘管施加有效的觸發(fā)脈沖。如上圖為觸發(fā)電路。由三片集成觸發(fā)電路芯片KJ004和一片集成雙脈沖發(fā)生器芯片KJ041形成六路脈沖，再由六個(gè)晶閘管進(jìn)行脈沖放大，即構(gòu)成完整的觸發(fā)電路產(chǎn)生的觸發(fā)信號(hào)用接插線與主電路各晶閘管鏈接。該電路可分為同步、鋸齒波形成、移相、脈沖形成、脈沖分選及脈沖放大幾個(gè)環(huán)節(jié)。本題仿真時(shí)采用了synchronized 6-pluse generator作為題中的三個(gè)晶閘管的觸發(fā)脈沖輸入電路，初始觸發(fā)脈沖設(shè)為150度角，選擇1,3,5觸發(fā)信號(hào)接入。芯片會(huì)自動(dòng)給各個(gè)晶閘管提供所需要的觸發(fā)脈沖，使晶閘管在需要導(dǎo)通的時(shí)候?qū)?，以確保電路的正常運(yùn)行。3.2波形觀察電路在物理學(xué)上常用的觀察波形的器件是示波器，在matlab軟件中，也是使用虛擬的scope（示波器）作為電路的輸出波形觀察裝置！示波器是一種用途十分廣泛的電子測(cè)量?jī)x器。它能把肉眼看不見的電信號(hào)變換成看得見的圖象，便于人們研究各種電現(xiàn)象的變化過程。示波器利用狹窄的、由高速電子組成的電子束，打在涂有熒光物質(zhì)的屏面上，就可產(chǎn)生細(xì)小的光點(diǎn)。在被測(cè)信號(hào)的作用下，電子束就好像一支筆的筆尖，可以在屏面上描繪出被測(cè)信號(hào)的瞬時(shí)值的變化曲線。利用示波器能觀察各種不同信號(hào)幅度隨時(shí)間變化的波形曲線，還可以用它測(cè)試各種不同的電量，如電壓、電流、頻率、相位差、調(diào)幅度等等。在軟件中，將需要觀察的物理量通過電壓表或電流表進(jìn)行量化，然后將電壓表或電流表的輸出段端接到示波器的輸入端，通過運(yùn)行，便可直觀的看到所要測(cè)得的器件兩端的物理量！3.3設(shè)計(jì)電路圖圖4原理圖4 參數(shù)計(jì)算實(shí)驗(yàn)電源選擇市電（AC220V/50HZ）經(jīng)過變壓器降壓至100V/50HZ，負(fù)載電阻，直流電動(dòng)勢(shì)，逆變角，即=150。根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的波形可以求得如下參數(shù)：輸出平均電壓：Ud=326+56+2U2costdt = 1.17U2cos= 1.17100cos150=-101.3V輸出平均電流： Id=Ud-EMR=-101.3-(-150)5=9.7A晶閘管額定電流選?。?IVT=Id3=9.73= 5.6A K f=IVTId=13 IT=KfId1.57=139.71.57=3.57A考慮晶閘管有2倍左右的電流儲(chǔ)備，額定電流取7A晶閘管額定電壓選?。壕чl管承受最大反向電壓為6U2=244.9V,考慮晶閘管有2-3倍左右的電壓儲(chǔ)備，取UVT=600V。5 仿真波形圖圖5電源電壓及觸發(fā)信號(hào)波形圖圖6晶閘管電壓和電流波形圖圖7負(fù)載電壓和電流的波形圖6 數(shù)據(jù)分析根據(jù)上面的波形圖，可以看出在輸入電源的正弦波一個(gè)周期內(nèi)，輸出波有三個(gè)周期。由此可知，圖形中的三個(gè)晶閘管分別各自輪流導(dǎo)通，導(dǎo)通時(shí)間是120，關(guān)斷時(shí)間240。并有3個(gè)觸發(fā)脈沖。波形上輸出電壓在負(fù)半軸，與逆變結(jié)果相應(yīng)。由于負(fù)載接大電感，輸出電流波形近似直線。從圖上讀取為9V左右，與計(jì)算相近。從波形圖上讀取晶閘管承受的最大電壓大約250V，與計(jì)算結(jié)果相近。7 心得體會(huì)通過此次課程設(shè)計(jì)，我從完全不懂到逐漸了解，再到基本學(xué)會(huì)使用Matlab仿真，它是與我們專業(yè)密切聯(lián)系的軟件。其中掌握了用Matlab對(duì)電力電子電路進(jìn)行仿真，觀察波形，調(diào)整參數(shù)等操作。當(dāng)然這次實(shí)驗(yàn)有遇到了不少的困難，也出現(xiàn)了不少的錯(cuò)誤，反映出基礎(chǔ)知識(shí)的某些地方還有薄弱的地方。通過自己查找資料，苦心探索實(shí)踐，與同學(xué)討論學(xué)習(xí)，使我進(jìn)步了許多，學(xué)到了很多東西。不論是在基礎(chǔ)理論上還是思維能力、動(dòng)手能力上都有了比較大的提高。很高興有這么一次課程設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)，我想它將對(duì)以后的學(xué)習(xí)和今后的工作帶來一定的好處。電力電子技術(shù)既是一門技術(shù)基礎(chǔ)課程，也是實(shí)用性很強(qiáng)的一門課程。因此，電力電子裝置的應(yīng)用是十分重要的。電力電子裝置提供給負(fù)載的是各種不同的直流電源，恒頻交流電源和變頻交流電源，因此也可以說電力電子技術(shù)研究的也是電源技術(shù)。參考文獻(xiàn)1.冷增祥.電力電子技術(shù).東南大學(xué)出版社.20082.王兆