[畢業(yè)設(shè)計精品]電壓型逆變電路設(shè)計

1、第1章 緒論1.1 課題研究的目的意義：在電力電子技術(shù)的應(yīng)用中，逆變電路是通用變頻器核心部件之一，起著非常重要的作用。逆變電路是與整流電路相對應(yīng)，把直流電變成交流電的電路。逆變電路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。無源逆變電路的應(yīng)用非常廣泛。在已有的各種電源中，蓄電池、太陽能電池等都是直流電源，當(dāng)需要這些電源向交流負(fù)載供電時，需要通過無源逆變電路；無源逆變電路與其它電力電子變換電路組合形成具有特殊功能的電力電子設(shè)備，如無源逆變器與整流器組合為交-直-交變頻器(來自交流電源的恒定幅度和頻率的電能先經(jīng)整流變?yōu)橹绷麟?，然后?jīng)無源逆變器輸出

2、可調(diào)頻率的交流電供給負(fù)載)。當(dāng)電網(wǎng)提供的工頻電源不能滿足負(fù)載的需要，就需要用交-直-交變頻電路進(jìn)行電能交換。如感應(yīng)加熱需要較高頻率的電源；交流電動機(jī)為了獲得良好的調(diào)速特性需要頻率可變的電源。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀：隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，逆變電路主要應(yīng)用于各種直流電源，如蓄電池、干電池、太陽能電池等；還可以應(yīng)用于交流電機(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。逆變電路根據(jù)直流側(cè)電源性質(zhì)的不同可分為兩種：直流側(cè)是電壓源的稱為電壓型逆變電路；直流側(cè)是電流源的稱為電流型逆變電路。逆變電路可用以構(gòu)成靜止式中頻加熱電源。它具有主電路簡單、起動性能好的優(yōu)點(diǎn)，但負(fù)載適應(yīng)性較差，故只適

3、用于負(fù)載變化不大但又需要頻繁起動的場合。由于電壓型逆變電路具有直流側(cè)為電壓源或并聯(lián)大電容，直流側(cè)電壓基本無脈動；輸出電壓為矩形波，輸出電流因負(fù)載阻抗不同而不同；阻感負(fù)載時需要提供無功功率等特點(diǎn)而具有廣泛的應(yīng)用。在晶閘管逆變電路中，負(fù)載換相式電壓型逆變電路利用負(fù)載電流相位超前電壓的特點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)換相，不用附加專門的換相電路，因而應(yīng)用較多。1.3 論文研究內(nèi)容：此設(shè)計是對負(fù)載換相式電壓型逆變電路對中頻感應(yīng)爐供電進(jìn)行研究。系統(tǒng)總框圖如圖1-1所示。圖1-1 系統(tǒng)總框圖 第2章 整流電路和逆變電路設(shè)計2.1 三相半波可控整流電路當(dāng)整流負(fù)載容量較大,或要求直流電壓的脈動要小、易濾波，或要求快速控制時，應(yīng)采用

4、對電網(wǎng)來說是平衡的三相整流裝置。三相可控整流電路的類型很多，包括三相半波、三相全控橋式、三相半控橋式、雙反星形以及由此發(fā)展起來適用于大功率的12相整流電路等。此設(shè)計將采用最基本的三相半波可控整流電路。2.1.1 三相半波可控整流電路電感式負(fù)載原理圖三相半波可控整流電路的類型很多，包括電阻性負(fù)載、電感式負(fù)載、以及三相半波晶閘管共陽極整流電路等。由于此設(shè)計是對中頻感應(yīng)爐供電，因此采用電感式負(fù)載的三相半波可控整流電路。三相半波可控整流電感式負(fù)載電路如圖2-1所示。為了得到零線，整流變壓器的二次繞組必須接成星形，而一次繞組多接成三角形，使其3次諧波能夠通過，減少高次諧波的影響。三個晶閘管的陽極分別接入

5、、三相電源，他們的陰極連接在一起，稱共陰極接法，這對觸發(fā)電路有公共線者連接較方便，用的較廣。圖2-1 帶電感性的三相半波可控整流電路 2.1.2 工作原理分析 圖2-2(a)是相電壓的波形，在期間，相電壓比、相都高。如果在時刻觸發(fā)晶閘管，由于電感的存在阻止電流通過使電壓減小，在電抗器兩端可使導(dǎo)通，此時負(fù)載上得到相電壓。在期間，相電壓最高，在時觸發(fā)晶閘管，即導(dǎo)通。此時因承受反相電壓而關(guān)斷，負(fù)載上得到相電壓。在時觸發(fā)晶閘管，即導(dǎo)通，并關(guān)斷，使負(fù)載上得到相電壓。之后，各晶閘管都按同樣的規(guī)律依次觸發(fā)導(dǎo)通并關(guān)斷前面一個已導(dǎo)通的晶閘管。圖2-2(b)為的波形。輸出的整流電壓是一個比單相整流脈動大的直流電壓

6、，如圖2-2(c)所示。在一個周期內(nèi)整流電壓有三次脈動，因此脈動頻率是。從圖中可以看出，各晶閘管上的觸發(fā)脈沖，其相序應(yīng)與電源的相序相同。各項(xiàng)觸發(fā)脈沖依次間隔。在一個周期內(nèi)，三相電源輪流向負(fù)載供電，每相晶閘管能觸發(fā)導(dǎo)通的最早時刻。在這點(diǎn)以前晶閘管因承受泛亞，不能觸發(fā)導(dǎo)通，因此把它作為計算控制角的起點(diǎn)，即該處的。這個交點(diǎn)叫自然換相點(diǎn)。這是因?yàn)槿绨丫чl管換成不可控的二極管，相電壓的交點(diǎn)就是二極管的自然換相點(diǎn)的緣故。 電感對電流變化有抗拒作用，因而電感器件中的電流是不能突變的。當(dāng)電流流過電抗器的電流變化時，在電抗器兩端會產(chǎn)生一個感應(yīng)電動勢，它的極性是阻止電流變化的，當(dāng)電流增加時，電動勢的方向是阻止電流

7、增加，當(dāng)電流減小時，它阻止電流減小。由于負(fù)載是大電感性的，值很大，因此整流電流基本是連續(xù)平直的，流過晶閘管的電流波形接近矩形如圖2-2(g)所示。當(dāng)降低而使減少時，在電感上產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢對晶閘管來說是正向的，它阻止電流下降。以相為例，當(dāng)降到零并為負(fù)值時，+仍可為正，因此繼續(xù)導(dǎo)通，直到觸發(fā)導(dǎo)通時為止。也就是說，盡管，仍然能使各晶閘管導(dǎo)通，保證電流連續(xù)。雖此時整流電壓的脈動很大，而且出現(xiàn)負(fù)值，但的脈動卻是很小的。 當(dāng)然這是有條件的，即l必須足夠大 。電流 圖 2-2 帶電感性負(fù)載的三相半波波形中的陰影部分是靠維持導(dǎo)通的。兩端電 可控整流電路波形壓 的波形亦示于圖2-2中，它仍由三段曲線組成。當(dāng)電

8、流連續(xù)的情況下，是容易計算出，即 (2-1) 可見與成余弦關(guān)系，如圖2-3中的曲線2所示。當(dāng)時，波形正負(fù)面積相等，。因而電感性負(fù)載要求的移相范圍為90。如果電感量不是很大，則控制特性必然位于圖2-3中曲線1與2之間，如電阻電感負(fù)載的曲線3。圖 2-3 三相半波可控整流電路與的關(guān)系 1-電阻負(fù)載 2-電感負(fù)載 3-電阻電感負(fù)載 4-電阻負(fù)載時的關(guān)系電感足夠大時，每相電流的波形接近矩形，其高度為，在一個周期內(nèi)導(dǎo)通，因此變壓器二次側(cè)的相電流，亦即晶閘管的電流有效值為 (2-2) 因而 (2-3) 晶閘管兩端的電壓可從圖2-2中的波形看出，由于電流連續(xù)，所以晶閘管承受的最大正、反向電壓都是線電壓的峰值

9、。 (2-4)有關(guān)計算如下：由已知：，折合后為因此有： 電流有效值 因而 2.2 負(fù)載換相式電壓型逆變電路晶閘管逆變電路中，負(fù)載換相式利用負(fù)載電流相位超前電壓的特點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)換相，不用附加專門的換相電路，因而應(yīng)用較多。負(fù)載換相式逆變電路有并聯(lián)諧振式逆變電路和串聯(lián)諧振式逆變電路兩種類型。串聯(lián)諧振式逆變電路直流電源由三相不可控整流電路供電，并聯(lián)諧振式逆變電路直流電源由三相可控整流電路供電。故此設(shè)計采用并聯(lián)并聯(lián)諧振式逆變電路。2.2.1 并聯(lián)諧振式逆變電路電路構(gòu)成圖2-4是并聯(lián)諧振式逆變電路原理圖。其直流電源通常由工頻交流電源經(jīng)三相可控整流后得到。其直流側(cè)并有大電容 ，從而構(gòu)成電壓型逆變電路。 圖 2-

10、4 并聯(lián)諧振式逆變電路 逆變電路為單相橋式，由四個橋臂構(gòu)成，每個橋臂的晶閘管各串一個電抗器。用來限制晶閘管導(dǎo)通時的，各橋臂的之間不存在互感。使橋臂1、4和橋臂2、3以中頻輪流導(dǎo)通，就可以在負(fù)載上得到中頻交流電。 中頻電爐負(fù)載是一個感應(yīng)線圈，圖中和串聯(lián)即為其等效電路。因?yàn)楣β室驍?shù)很低，故并聯(lián)補(bǔ)償電容器。電容和、構(gòu)成并聯(lián)諧振逆變電路，所以這種逆變電路被稱為并聯(lián)諧振式逆變電路。負(fù)載換相方式要求負(fù)載電流超前于電壓，因此補(bǔ)償電容應(yīng)使負(fù)載過補(bǔ)償，使負(fù)載電路工作在容性小失諧情況下?？梢钥闯?，補(bǔ)償電容也起到換相電容的作用。對于這種換相電容和負(fù)載并聯(lián)的逆變電路，也稱作并聯(lián)逆變電路。應(yīng)該指出，負(fù)載換相中的換相電容

11、和上一節(jié)介紹的電容換相方式中的換相電容有很大的不同。在電容換相方式中，換相電容只要提供關(guān)斷晶閘管的能量即可，所需容量很小。而在這里的負(fù)載換相方式中，電容要使整個負(fù)載電路呈容性，因此容量要大得多。2.2.2 并聯(lián)諧振式逆變電路電路工作原理分析因?yàn)榇瞬⒙?lián)諧振式逆變電路屬電壓型，故其交流電壓波形接近矩形波，其中包含基波和各奇次諧波分量。電路工作頻率接近諧振頻率，故負(fù)載對基波電壓呈現(xiàn)低阻抗，基波電流較大，而對諧波分量呈現(xiàn)高阻抗，諧波電流很小，所以負(fù)載電流波形接近正弦波。圖2-5是該逆變電路的工作波形。在交流電流的一個周期內(nèi)，有兩個穩(wěn)定導(dǎo)通階段和兩個換相階段。之間為晶閘管和穩(wěn)定導(dǎo)通階段，負(fù)載電壓，近似為

12、恒值，時刻之前在電容上，即負(fù)載上電流從左向右流過。如前所述，負(fù)載電流接近正弦波。在時刻觸發(fā)晶閘管和，因在前和陽極電壓等于負(fù)載電壓，為正值，故和導(dǎo)通，開始進(jìn)入換相階段。由于每個晶閘管都串有換相電抗器lt，故和在時刻不能立刻關(guān)斷，其電流有一個減少過程，和的電流也有一個增大過程。時刻后，四個晶閘管全部導(dǎo)通，負(fù)載電容電壓經(jīng)兩個并聯(lián)的放電回路同時放電。一個回路是經(jīng)、回到電容，另一回路是經(jīng)、回到電容，如圖2-4箭頭方向所示。在這個過程中，、電流逐漸減小，、電流逐漸增大。當(dāng)時，、電流減至零而關(guān)斷，直流側(cè)電流全部從、轉(zhuǎn)移 圖2-5 并聯(lián)諧振式逆變電路波形到、，換相階段結(jié)束。稱為換相時間。 晶閘管在電流減小到零

13、后，尚需一段時間才能恢復(fù)正向阻斷能力。因此，在時刻換相結(jié)束后，還要使、承受一段反壓時間才能保證其可靠關(guān)斷。應(yīng)大于晶閘管關(guān)斷時間。如果、尚未恢復(fù)阻斷能力就加上了正向電壓，就會重新導(dǎo)通，逆變橋處于短路狀態(tài)，造成逆變失敗。 為了保證可靠換相，應(yīng)在負(fù)載電壓過零前的時刻去觸發(fā)、。稱為觸發(fā)引前時間，從圖2-5得 (2-5) 從圖2-5可看出，在換相過程中，負(fù)載電壓是與電壓之差。從圖2-5可知，超前于的時間為 (2-6)把表示為電角度(弧度)可得 (2-7)式中，為電路工作角頻率；、分別是、所對應(yīng)的電角度；也就是負(fù)載的功率因數(shù)角。 換相重疊角，一般為，這里??； ，這里取，折合后。圖2-5中是、的穩(wěn)定導(dǎo)通階段

14、。以后又一次進(jìn)入換相階段，其過程和前面相類似。晶閘管的觸發(fā)脈沖，晶閘管承受的電壓以及、間的電壓均示于圖2-5中。在換相過程中，上下橋臂的電壓極性相反，如不考慮晶閘管壓降，則?？梢钥闯?，的脈動頻率為電路輸出頻率的兩倍。在為負(fù)的部分，逆變電路從直流電源吸收的能量為負(fù)，即補(bǔ)償電容中的能量向直流電源反饋。這實(shí)際上反映了負(fù)載和直流側(cè)無功能量的交換。在直流側(cè)，起到緩沖這種無功能量的作用。定量計算： 負(fù)載電壓和直流電流的關(guān)系 如果忽略換相過程，為矩形波。展開成傅 氏級數(shù)得其基波電壓幅值：基波電壓有效值： 負(fù)載電流有效值：輸出功率：換相時間：觸發(fā)引前時間：，折合后第3章 各電路晶體管的選擇3.1 整流電路和逆

15、變電路晶體管的選擇頻率較低的感應(yīng)加熱電源，采用晶閘管逆變器的較多。但采用普通晶閘管則要使用換流電路。可關(guān)斷晶閘管是門極可關(guān)斷晶閘管的簡稱，常寫作gto。gto的門極給以正脈沖便可導(dǎo)通；給以負(fù)脈沖便可關(guān)斷，所以不需要使用換流回路，從而使結(jié)構(gòu)簡化。因此整流電路和逆變電路的晶體管采用可關(guān)斷晶閘管。3.1.1 整流電路晶體管的選擇本裝置額定中頻輸出功率為，考慮逆變電路損耗與一定的功率余量，最大整流輸出功率為。整流輸出最大直流電壓為，所以整流電路選用型號為可關(guān)斷晶閘管。表示閘流特性；可關(guān)斷型；額定通態(tài)電流系列數(shù)；重復(fù)峰值電壓級數(shù)；3.1.2 逆變電路晶體管的選擇此設(shè)計采用負(fù)載換相式電壓型逆變電路，其額定

16、中頻輸出功率為，其負(fù)載電壓和直流側(cè)電壓的關(guān)系如下：如果忽略換相過程，為矩形波。展開成傅里葉級數(shù)得 其基波的幅值為：其基波有效值為： 由式(2-7)得電角度；因而負(fù)載電流有效值：；所以逆變電路選用型號為的可關(guān)斷晶閘管。表示閘流特性；可關(guān)斷型；額定通態(tài)電流系列數(shù)； 重復(fù)峰值電壓級數(shù)；第4章 逆變電路控制電路設(shè)計4.1 逆變電路的控制電路負(fù)載諧振式并聯(lián)逆變電器的觸發(fā)必須考慮以下兩個因素：(1)逆變橋觸發(fā)必須有自動調(diào)頻控制。逆變電路如以固定頻率的它激信號控制則無法適應(yīng)負(fù)載的變化，使負(fù)載回路諧振頻率偏離逆變工作頻率。因此在使用中頻發(fā)電機(jī)組時，因發(fā)電機(jī)發(fā)出固定不變的中頻，在運(yùn)行中必須隨時調(diào)節(jié)并聯(lián)電容值，以

17、保持負(fù)載變化時負(fù)載諧振頻率盡量接近發(fā)電機(jī)頻率，使之運(yùn)行在最佳工作狀態(tài)。為了克服上述缺點(diǎn)，可采用自激控制方式，使觸發(fā)脈沖受回路控制。自激系統(tǒng)要能反映負(fù)載頻率的變化。(2)要使逆變器能正常換流，必須超前中頻負(fù)載電壓()角(逆變角)的時刻發(fā)出觸發(fā)脈沖，才能保證導(dǎo)通的晶閘管受反壓關(guān)斷。本裝置采用定時控制原則，即在逆變電壓、頻率變化時，保證引前時間不變。自激控制信號取自中頻負(fù)載電壓，它能反映負(fù)載的頻率與大小，但是只有一個信號還不行，還要求另外有一個比較信號，這個比較信號與波形的點(diǎn)，距過零點(diǎn)的時間正好是要求的引前觸發(fā)時間。并聯(lián)電容中的電流與的相位差為，利用在電阻上形成的電壓作為比較信號是十分合適的，因?yàn)椋?/p>

18、(1)產(chǎn)生的電壓信號在相位上滯后，只要適當(dāng)調(diào)節(jié)這個信號電壓的幅值，便可方便地改變它與點(diǎn)曲線的交點(diǎn)位置即調(diào)節(jié)的大小。(2)產(chǎn)生的電壓信號與的曲線在任一半周只有一個交點(diǎn)，正好可作為換流點(diǎn)信號。(3)當(dāng)幅值或頻率發(fā)生變化時，產(chǎn)生的電壓信號亦隨之變化，有可能維持引前觸發(fā)時間不變 。 圖4-1為定時控制的信號波形，為中頻輸出電壓波形，為電容電流在某電阻 圖4-1 定時控制的信號波形上產(chǎn)生的電壓信號波形(實(shí)際的信號電壓經(jīng)電壓互感器，電流互感器與電阻分壓而得)二者在某周期內(nèi)相交于點(diǎn)。逆變觸發(fā)電路由以下兩部分組成：(1) 信號檢測電路，其作用是設(shè)法從負(fù)載電路中檢出與兩個信號并按式(4-3)左邊合成，電路如圖4

19、-2所示。信號和分別由中頻電壓互感器與電流互感器檢得，經(jīng)電阻合成，在、端得到逆變器的觸發(fā)信號。當(dāng)阻值增大時，則產(chǎn)生的電壓信號亦增大即()值增大，電流產(chǎn)生的電壓信號與的交點(diǎn)左移，值變大；反之減小。所以改變的阻值可以方便地調(diào)節(jié)值。圖4-2 信號檢測電路 (2)脈沖形成電路。這一電路的作用是在合成信號過零時，分別形成兩組互差的正向脈沖，電路如圖4-3所示。信號電壓加在脈沖形成電路輸入端，、起正負(fù)限幅作用，防止在滿功率中頻輸出時，過大的合成信號使、管損壞。、工作在開關(guān)狀態(tài)，變壓器、組成微分電路，當(dāng)正半周結(jié)束，從導(dǎo)通變?yōu)榻刂沟乃查g，二次側(cè)送出正尖脈沖到雙穩(wěn)態(tài)管的基極，使導(dǎo)通，截止，所以雙穩(wěn)態(tài)的翻轉(zhuǎn)基本上

20、是在信號過零時刻進(jìn)行的。雙穩(wěn)輸出去控制脈沖放大電路，發(fā)出觸發(fā)脈沖，使逆變器對角的晶閘管觸發(fā)實(shí)現(xiàn)換流。這種觸發(fā)電路當(dāng)負(fù)載與逆變電路直流電壓變化時，可自動改變觸發(fā)信號電壓的頻率，以保證引前觸發(fā)時間基本不變。如負(fù)載電壓升高時，電容電流亦增大，使電壓信號與電流信號產(chǎn)生的兩個電壓波形的交點(diǎn)垂直上移，維持不變；當(dāng)負(fù)載變化引起電路諧振頻率增大時，則電容電流亦隨之增大，在電壓信號不變時，它與電流產(chǎn)生的電壓波形的交點(diǎn)左移，以補(bǔ)償由于頻率升高引起的周期的減少， 圖4-3 脈沖形成電路保持基本不變。由于逆變觸發(fā)信號受負(fù)載回路電壓電流的控制即自激控制，故使逆變工作頻率始終跟隨負(fù)載回路的諧振頻率，保證最佳運(yùn)行狀態(tài)。 逆

21、變電路采用自激控制，為了得到最初的觸發(fā)信號，必須設(shè)置逆變啟動環(huán)節(jié)。本裝置在起動時由充電電源預(yù)先對啟動電容充電，然后觸發(fā)小晶閘管，充電電容對感性負(fù)載放電產(chǎn)生衰減振蕩。從衰減電壓、電流中檢出合成信號產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，使裝置由它激轉(zhuǎn)入自激。第5章 整流電路的控制電路設(shè)計5.1整流電路的控制電路大、中功率的變流器，對觸發(fā)電路的精度要求較高，對輸出的觸發(fā)功率要求廣大，故廣泛應(yīng)用的是晶體管觸發(fā)電路。它的種類甚多，如以同步信號來區(qū)分，常用的有鋸齒波同步信號和正弦波同步兩種。此設(shè)計采用鋸齒波同步信號的觸發(fā)電路。5.1.1 控制電路的有關(guān)計算最小逆變角：（最小一般?。榫чl管的關(guān)斷時間折合的電角度； 由題知，中頻感

22、應(yīng)爐額定功率，工作頻率，因此周期于是有。為安全裕量角，約取；其中，為電路工作角頻率；由已知得 由上知取；因此知值取在應(yīng)用晶閘管變流器的可逆直流拖動系統(tǒng)中，由于限制逆變角不得小于，為此整流控制角也必須不得不小于。一般取，因此取5.1.2 各個環(huán)節(jié)的原理圖及工作分析圖5-1是同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路。此電路輸出可為雙窄脈沖，也可為單窄脈沖，適用于有兩相的晶閘管同時導(dǎo)通的電路。電路可分為三個基本環(huán)節(jié)：脈沖的形成與放大；鋸齒波的形成和脈沖移相；同步環(huán)節(jié)。(1)脈沖形成與放大環(huán)節(jié)如圖5-2所示，脈沖形成環(huán)節(jié)由晶體管、組成；放大環(huán)節(jié)由、組成?？刂齐妷杭釉诘幕鶚O上，電路的觸發(fā)脈沖由脈沖變壓器二次側(cè)輸出，其

23、一次繞組接在集電極電路中。當(dāng)控制電壓時，截止。電源通過供給一個足夠大的基極電流，使飽和導(dǎo)通，所以的集電極電壓接近于。、處于截止?fàn)顟B(tài)，無脈沖輸出。另外，電源的經(jīng)、發(fā)射結(jié)到對電容充電，充滿后電容兩端電壓接近，極性如圖5-2所示。圖5-1 同步電壓為鋸齒波的晶體管觸發(fā)電路當(dāng)控制電壓時，導(dǎo)通，點(diǎn)電位由迅速降低至左右，由于電容兩端電壓不能突變，所以基極電位迅速降至約，由于發(fā)射結(jié)反偏置，立即截止。它的集電極電壓由迅速上升到(、三個結(jié)正向壓降之和)，于是、導(dǎo)通，輸出觸發(fā)脈沖。同時，電容經(jīng)電源、放電和反向充電，使基極電位又逐漸上升，直到，又重新導(dǎo)通。 圖5-2 脈沖的形成和輸出電路這時又立即降到，使、截止，輸

24、出脈沖終止?？梢?，脈沖前沿由導(dǎo)通時刻確定，(或)截止持續(xù)時間即為脈沖寬度。所以脈沖寬度與反向充電回路時間常數(shù)有關(guān)。和為、的限流電阻，防止由于長期截止致使、長期過流而燒毀。(2) 齒波的形成和脈沖移相環(huán)節(jié)鋸齒波電壓形成的方案較多，如采用自舉式電路、恒流源電路等。圖5-2所示為恒流源電路方案。電路由、和等元件組成，其中、和為一恒流源電路。當(dāng)截止時，恒流源電流對電容充電，所以兩端電壓為因，所以按線性增長，即的基極電位按線性增長。調(diào)節(jié)電位器是用來調(diào)節(jié)鋸齒波斜率的。當(dāng)導(dǎo)通時，由于阻值很小，所以迅速放電，使電位迅速降到零附近。 當(dāng)周期性地導(dǎo)通和關(guān)斷時，便形成一鋸齒波，同樣也是一個鋸齒波電壓，如圖4-5所示

25、。射極跟隨器的作用是減小控制回路的電流對鋸齒波電壓的影響。管的基極電位是由鋸齒波電壓、直流控制電壓、直流偏移電壓三 圖5-3 鋸齒波觸發(fā)電路各晶體管的電壓波形電壓作用的疊加值所確定，它們分別通過電阻、和與基極相接。根據(jù)疊加原理，先分析基極的波形，為了分析方便，先不考慮管的存在。只考慮鋸齒波電壓時，見圖5-4a：可見仍為一鋸齒波，但斜率比低。只考慮偏移電壓時，見圖5-4b。可見仍為一條與平行的直線，但數(shù)值比小。只考慮直流控制電壓時，見圖5-4c。 圖5-4 點(diǎn)的等效電路 可見仍為與平行的一直線，但數(shù)值比小。如果，為負(fù)值時，點(diǎn)的波形由確定，如圖5-3所示。當(dāng) 為正值時，點(diǎn)的波形由確定。由于的存在，

26、上述電壓波形與實(shí)際波形有出入，當(dāng)點(diǎn)電壓等于后，導(dǎo)通。 之后一直被箝位在。所以實(shí)際波形如圖5-3所示。圖中點(diǎn)是由截止到導(dǎo)通的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。由前面分析可知經(jīng)過點(diǎn)時使電路輸出脈沖。因此當(dāng)為某固定值時，改變就可改變點(diǎn)的時間坐標(biāo)，即改變了脈沖產(chǎn)生的時刻，脈沖移相，從而改變晶閘管電路整流電壓的大小?？梢钥闯?，加的目的是為了確定控制電壓時脈沖的初始相位。當(dāng)感性負(fù)載電流連續(xù)時，三相半波的脈沖初始相位應(yīng)定在；由于是可逆系統(tǒng)，因此需要在整流和逆變狀態(tài)下工作，這時要求脈沖的移相范圍理論上為(考慮和，實(shí)為)，由于鋸齒波波形兩端的非線性，因而要求鋸齒波的寬度大于，例如，此時，令，調(diào)節(jié)的大小使產(chǎn)生脈沖的點(diǎn)移至鋸齒波的中央(處)

27、，相應(yīng)于的位置。這時，如為正值，點(diǎn)就向前移，控制角，晶閘管電路處于整流工作狀態(tài)；如為負(fù)值，則點(diǎn)就向后移，晶閘管處于逆變狀態(tài)。(3)同步環(huán)節(jié)在鋸齒波觸發(fā)電路中，觸發(fā)電路與主回路的同步問題是指要求鋸齒波的頻率與主回路電源的頻率相同。從圖5-1可知，鋸齒波是由開關(guān)管來控制的。由導(dǎo)通變截止期間產(chǎn)生鋸齒波，截止持續(xù)時間就是鋸齒波的寬度，開關(guān)的頻率就是鋸齒波的頻率。要使觸發(fā)脈沖與主回路電源同步，使開關(guān)的頻率與主回路電源頻率同步就可到達(dá)。圖5-1所示同步環(huán)節(jié)，它是由同步變壓器和作同步開關(guān)用的晶體管組成。同步變壓器和整流變壓器接在同一電源上，用同步變壓器的二次側(cè)電壓來控制的通斷作用，這就保證了觸發(fā)脈沖與主回路

28、電源同步。同步變壓器二次電壓經(jīng)二極管間接加在的基極上。當(dāng)二次電壓波形在負(fù)半周的下降段時，導(dǎo)通，電容被迅速充電。因點(diǎn)接地為零電位，點(diǎn)為負(fù)電位，點(diǎn)電位與點(diǎn)相近，故在這一階段基極為反向偏置，截止。在負(fù)半周的上升段，電源通過給電容反向充電，為電容反向充電波形，其上升速度比波形慢，故截止，如圖5-3所示。當(dāng)點(diǎn)電位達(dá)時，導(dǎo)通，點(diǎn)電位被箝位在。直到二次電壓的下一個負(fù)半周到來時，重新導(dǎo)通，迅速放電后又被充電，截止。如此周而復(fù)始。在一個正弦波周期內(nèi)，包括截止與導(dǎo)通兩個狀態(tài)，對應(yīng)鋸齒波波形恰好是一個周期，與主回路電源頻率完全一致，達(dá)到同步的目的。可以看出，點(diǎn)電位從同步電壓負(fù)半周上升段開始時刻到達(dá)的時間越長，截止時

29、間就越長，鋸齒波就越寬?？芍忼X波的寬度是由充電時間常數(shù)決定的。(4)強(qiáng)觸發(fā)環(huán)節(jié)強(qiáng)觸發(fā)脈沖可以縮短晶閘管的開通時間，提高晶閘管承受的能力，有利于改善串并聯(lián)器件的動態(tài)均壓和均流，其電路如圖5-2所示。根據(jù)強(qiáng)觸發(fā)脈沖形狀的特點(diǎn)，在脈沖初期階段輸出約為通常情況下的倍脈沖幅值，時間只占整個脈沖寬度的很小一部分，以減少門極損耗，其前沿陡度在左右。電路設(shè)計時要考慮能瞬時輸出高電壓和大電流。此電路強(qiáng)觸發(fā)環(huán)節(jié)由單相橋式整流獲得電源。在導(dǎo)通前，電源已經(jīng)通過向充電。所以點(diǎn)電位已經(jīng)升到。當(dāng)導(dǎo)通時，經(jīng)過脈沖變壓器、迅速放電。由于放電回路電阻較小，電容兩端電壓衰減很快，電位迅速下降。當(dāng)電位稍低于時，二極管由截止變?yōu)閷?dǎo)通

30、。雖然這時電源電壓較高，但它向提供較大的負(fù)載電流，在上的電阻壓降較大，不可能向提供超過的電壓，因此電位被牽制在。當(dāng)由導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r，電源電壓又通過向充電，使點(diǎn)電位再升到，準(zhǔn)備下一次強(qiáng)觸發(fā)。電容是為提高強(qiáng)脈沖前沿陡度而附加的。(5)雙窄脈沖形成環(huán)節(jié)本方案是采用性能價格比較優(yōu)越的、每個觸發(fā)單元一個周期內(nèi)輸出兩個間隔的脈沖的電路。圖5-2中，、兩個晶體管構(gòu)成一個“或”門。當(dāng)、都導(dǎo)通時，約為-15v，使、都截止，沒有脈沖輸出。但只要、中有一個截止，都會使變?yōu)檎妷?，使、?dǎo)通，就有脈沖輸出。所以只要用合適的信號來控制或的截止，就可以產(chǎn)生符合要求的雙脈沖。其中，第一個脈沖由本相觸發(fā)單元的對應(yīng)的控制角使由截

31、止變?yōu)閷?dǎo)通造成瞬時截止，于是輸出脈沖，隔的第二個脈沖是由后相位的后一相觸發(fā)單元在產(chǎn)生第一個脈沖時刻將其信號引至本相觸發(fā)單元的基極，使瞬時截止，于是本相觸發(fā)單元的管又導(dǎo)通，第二次輸出一個脈沖，因而得到間隔的雙脈沖。其中和的作用，主要是防止雙脈沖信號互相干擾。在三相橋式全控整流電路中，器件導(dǎo)通次序?yàn)?、，彼此間隔。因此觸發(fā)電路的雙脈沖環(huán)節(jié)應(yīng)該這樣接線：以器件的觸發(fā)單元而言，圖5-1電路中的端應(yīng)該接器件觸發(fā)單元的電路的端，因?yàn)槠骷牡谝粋€脈沖比器件的第一個脈沖滯后。所以當(dāng)觸發(fā)單元電路的由截止變?yōu)閷?dǎo)通時，本身輸出一個脈沖，同時使器件觸發(fā)單元的管截止，給器件補(bǔ)送一個脈沖。同理，器件觸發(fā)單元的端應(yīng)當(dāng)接器件觸

32、發(fā)電路的端，因?yàn)槠骷绕骷皩?dǎo)通，所以器件產(chǎn)生脈沖時給器件補(bǔ)送一個脈沖。依次類推，可以卻確定六個器件相應(yīng)的觸發(fā)單元電路的雙脈沖環(huán)節(jié)間的接線。5.2 觸發(fā)電路的定相在三相晶閘管變流裝置中，選擇觸發(fā)電路的同步信號是個很重要的問題。在常用的鋸齒波、正弦波移相觸發(fā)電路中，送出初始脈沖的時刻是由輸入觸發(fā)電路中不同相位的同步電壓確定的。初始脈沖是指=0時，控制電壓與偏移電壓為固定值條件下的觸發(fā)脈沖。因此，必須根據(jù)被觸發(fā)晶閘管陽極電壓的相位，正確供給各觸發(fā)電路特定相位的同步電壓，才能使觸發(fā)電路分別在各晶閘管需要觸發(fā)脈沖的時刻輸出脈沖。這種正確選擇同步電壓相位以及獲取不同相位同步電壓的方法，就是觸發(fā)電路的定

33、相。對三相變流器來說，六個同步電壓均由三相同步變壓器的二次繞組提供。三相變壓器共有24種接法與12鐘點(diǎn)數(shù)。變壓器一次與二次側(cè)相同接法時，是偶數(shù)點(diǎn)鐘，一次與二次側(cè)不同接法時為奇數(shù)點(diǎn)鐘。由于同步變壓器二次電壓要分別接到六個觸發(fā)電路，要有公共接地端，只能是星形接法，故實(shí)際方案只有12種。因此，當(dāng)同步電壓相位確定后，為取得特定相位的同步電壓，其工作就在于選用哪一種變壓器連接組。對于負(fù)半周有效的鋸齒波觸發(fā)器，采用npn晶體管，鋸齒波上升沿為有效部分。對于它的同步信號相對于該觸發(fā)電路所觸發(fā)的vt相需滯后180?，F(xiàn)假設(shè)主回路整流變壓器為d，聯(lián)結(jié)的三相全控橋，同步變壓器為d，y11的聯(lián)結(jié)，如5-5圖示，分析采

34、用鋸齒波npn晶體管的觸發(fā)電路對晶閘管同步電壓相位的選擇，該電路能在整流和逆變狀態(tài)運(yùn)行。圖5-5 npn管鋸齒波觸發(fā)電路與電壓的矢量關(guān)系主回路同步變壓器系d，聯(lián)結(jié)，故與同相。同步電路與，與，與都同相。對晶閘管來講，應(yīng)先選滯后的作為同步電壓，按此原則，再選其余晶閘管的同步電壓，見表5-1。表5-1 三相全控橋晶閘管的同步電壓 晶閘管 主電路電壓 同步電壓 在鋸齒波的觸發(fā)電路中，為改善波形亦可加r-c濾波器。在一般觸發(fā)器設(shè)置的r-c濾波器，其滯后相角為60。5.3 系統(tǒng)總圖系統(tǒng)圖見附錄b。第6章 結(jié)論與展望我們所學(xué)習(xí)的課程以及我們所處的專業(yè)決定了我們的學(xué)習(xí)必須與實(shí)際相聯(lián)系。目前電壓型逆變電路在工業(yè)

35、自動化領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。因此，對于電氣工程及自動化專業(yè)的學(xué)生來說，設(shè)計做這樣一個設(shè)計是非常有意義的，也是非常必要的。通過本次的畢業(yè)設(shè)計，我以往的所學(xué)知識都得到了進(jìn)一步的鞏固，不但擴(kuò)展了視野，而且對以前從未接觸過的電路設(shè)計方面的知識有所了解，第一次通過看器件手冊知道如何進(jìn)行電路設(shè)計及如何選擇合理的元器件，同時利用以前學(xué)過的理論知識應(yīng)用于本次設(shè)計，當(dāng)然設(shè)計過程中遇到很多的問題，但這對于我來說也是一種挑戰(zhàn)和鍛煉的機(jī)會。通過這次學(xué)習(xí)，我牢固掌握了電力電子技術(shù)的基本理論，加深了對一些比較抽象的理論知識的理解，對整流電路和逆變電路的工作原理、各電路的控制電路都有了更深入的理解。在查閱大量相關(guān)資料的同時

36、，對當(dāng)前電壓型逆變電路領(lǐng)域和未來發(fā)展概貌也有了一定的了解。我深深體會到書本上的知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，要更加深入得了解控制領(lǐng)域需要不斷的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，才能夠保持與時俱進(jìn)。由于平時實(shí)踐機(jī)會較少，在該次理論設(shè)計中難免有錯誤之處，在設(shè)計過程中，我參考了其它書目的大量信息，對有價值的信息，經(jīng)過剖析和處理后于與應(yīng)用，同時也希望有一天也能為電力事業(yè)做出點(diǎn)貢獻(xiàn)。參考文獻(xiàn)1 黃俊主編.電力電子變流技術(shù)m.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20042 莫正康主編.半導(dǎo)體變流技術(shù)m.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，19933 彭鴻才主編.電機(jī)原理與拖動m.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，19984 王兆安、黃俊主編.電力電子技術(shù)m.第4版.北京：機(jī)械工

37、業(yè)出版社，19965 王離九主編.電力拖動自動控制系統(tǒng)m.武漢：華中理工大學(xué)出版社，19916 吳麒.自動控制原理m.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，19907 謝宗安主編.自動控制系統(tǒng)m.重慶：重慶大學(xué)出版社，19968 陳伯時主編.電力拖動自動控制系統(tǒng)m.第2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，19929 leonhard ,w.control of electrical drives 3rd edmspringer-verlag,200110 賴福新.電機(jī)控制系統(tǒng)m.上海：上海交通大學(xué)出版社，199511 秦祖蔭編.電力電子技術(shù)基礎(chǔ)m.西安：西安交通大學(xué)電器教研室，199012 yamamura s.ac

38、motor for high-performance applicationsc.newyork：newyorkmarcel dekker, 198613 丁道宏主編.電力電子技術(shù)m.北京：航空工業(yè)出版社，199214 林渭勛主編.電力電子技術(shù)基礎(chǔ)m.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，199015 張立、趙永建主編.現(xiàn)代電力電子技術(shù)m.北京：科技出版社，199216 吳麒等編.自動控制原理與系統(tǒng)m.北京：國防工業(yè)出版社，197917 史乃主編.電機(jī)學(xué)m.北京：機(jī)械出版社，199918 趙明、許廖.工廠電氣控制設(shè)備m.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，199419 呂如良、沈漢昌、陸惠君、郭文華主編.電工手冊m.上海：

39、上?？萍汲霭嫔?，1999致謝畢業(yè)論文是對我大學(xué)階段學(xué)習(xí)成績的總結(jié)，也是對我分析問題、解決問題能力的綜合考察。本次論文能夠順利完成，離不開我?guī)啄陙韺χR的積累，離不開眾老師、朋友、同學(xué)們的指導(dǎo)和支持。本設(shè)計的研究及學(xué)位論文主要是在我的指導(dǎo)老師的親切關(guān)懷和細(xì)心指導(dǎo)下完成的。他作為我的任教老師，在以往的學(xué)習(xí)中給了我很大的幫助，我對專業(yè)基礎(chǔ)課的掌握他起到了很大作用，他嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵著我。從課題的選擇到項(xiàng)目的最終完成，老師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。在此謹(jǐn)向老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。此外，也對本設(shè)計做出提議和修改意見的老師、同學(xué)和朋友們

40、表示感謝。附錄附錄a：外文翻譯資料 外文：combination of elements that will maintain the same voltage across and current through the chosen branch.more simply, the theorem states that of branch equivalence, the terminal voltage and current must be the same. consider the circuit of fig.9.103, in which the voltage across

41、and current through the branch a-b are determined. through the use of the substitution theorem, a number of equivalent a-a branches are shown in fig.9.104. note that for each equivalent, the terminal voltage and current are the same. also consider that the response of the remainder of the circuit of

42、 fig.9.103 is unchanged by substituting any one of the equivalent branches. as demonstrated by the single-source equivalents of fig.9.104, a known potential difference and current in a network can be replaced by an ideal voltage source and current source, respectively.understand that this theorem ca

43、nnot be used to solve networks with two or more sources that are not in series or parallel. for it to be applied, a potential difference or current value must be known or found using one of the techniques discussed earlier. one application of the theorem is shown in fig.9.105. note that in the figur

44、e the known potential difference v was replaced by a voltage source, permitting the isolation of the portion of the network including r3,r4, and r5. recall that this was basically the approach employed in the analysis of the ladder network as we worked our way back toward the terminal resistance r5.

45、the current source equivalence of the above is shown fig.9.106, where a known current is replaced by an ideal current source, permitting the isolation of r4 and r5. you will also recall from the discussion of bridge networks that v=0 and i=1 were replaced by a short circuit and an open circuit, resp

46、ectively. this substitution is a very specific application of the substitution theorem.9.8 reciprocity theoremthe reciprocity theorem is applicable only to single-source networks. it is, therefore, not a theorem employed in the analysis of multisource networks described thus far. the theorem states

47、the following:the current i in any branch of a network, due to a single voltage source e anywhere else in the network, will equal the current through the branch in which the source was originally located if the source is placed in the branch in which the current i was originally measured. in other w

48、ords, the location of the voltage source and the resulting current may be interchanged without a change in current. the theorem requires that the polarity of the voltage source have the same correspondence with the direction of the branch current in each position. in the representative network of fi

49、g.9.107 (a), the current i due to the voltage source e was determined. if the position of each is interchanged as shown in fig.9.107 (b), the current i will be the same value as indicated. to demonstrate the validity of this statement and the theorem, consider the network of fig.9.108, in which valu

50、es for the elements of fig.9.107 (a) have been assigned. the total resistance is rt=r1+r2/(r3+r4)=12+6/(2+4)=12+6/6=12+3=15and is=e/rt=45v/15=3a with i=3a/2=1.5a for the network of fig.9.109, which corresponds to that of fig.9.107 (b), we find rt=r4+r3+r1/r2=2+4+12/6=10and is=e/rt=45v/10=4.5a so tha

51、t i=(6)(4.5a)/(12+6)=4.5a/3=1.5a which agrees with the above. the uniqueness and power of such a theorem can best be demonstrated by considering a complex, single-source network such as the one shown in fig.9.110.9.9 applicationspeaker systemone of the most common applications of the maximum power t

52、ransfer theorem introduced in this chapter is to speaker systems. an audio amplifier (amplifier with a frequency range matching the typical range of the human ear) with an output impedance of 8 is shown in fig.9.111 (a).impedance is a term applied to opposition in ac networksfor the moment think of

53、it as a resistance level. we can also think of impedance as the internal resistance of the source which is normally shown in series with the source voltage as shown in the same figure. every speaker has an internal resistance that can be represented as shown in fig.9.111 (b) for a standard 8-speaker. figure 9.111(c) is a photograph of a commercially available 8- woofer (for very low frequencies).the primary purpose of the following discussion is to sh