單相橋式晶閘管有源逆變電路設(shè)計(jì)(反電勢(shì)阻感負(fù)載)

1、.中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書10/11學(xué)年第一學(xué)期學(xué)院：信息與通信工程學(xué)院專業(yè)：自動(dòng)化學(xué)生姓名：學(xué) 號(hào)：課程設(shè)計(jì)題目 ：?jiǎn)蜗鄻蚴骄чl管有源逆變電路設(shè)計(jì)（反電勢(shì)阻感負(fù)載 ）起迄日期：1月 10 日 1月 14日課程設(shè)計(jì)地點(diǎn) ：電氣工程系實(shí)驗(yàn)中心指導(dǎo)教師：系主任：.下載可編輯 .下達(dá)任務(wù)書日期:2011 年 1 月 9 日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書1設(shè)計(jì)目的 ：1）培養(yǎng)學(xué)生文獻(xiàn)檢索的能力，特別是如何利用Internet 檢索需要的文獻(xiàn)資料 。2）培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問(wèn)題 、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。3）培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用知識(shí)的能力和工程設(shè)計(jì)的能力。4）提高學(xué)生課程設(shè)計(jì)報(bào)告撰寫水平。2設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求 （包括原始數(shù)據(jù) 、技術(shù)參

2、數(shù) 、條件、設(shè)計(jì)要求等 ）：設(shè)計(jì)內(nèi)容 ：1、設(shè)計(jì)一個(gè)單相橋式晶閘管有源逆變電路（反電勢(shì)阻感負(fù)載 ）設(shè)計(jì)要求 ：1）電源電壓 ：交流 50V/50Hz ；2）逆變功率 ：200W ；3）反電勢(shì)：E=70V ；4）逆變角：=35 °。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)說(shuō)明書、圖紙、實(shí)物樣品等：.下載可編輯 .設(shè)計(jì)工作任務(wù)及工作量的要求：1）根據(jù)課程設(shè)計(jì)題目 ，收集相關(guān)資料 、設(shè)計(jì)主電路和觸發(fā)電路 ；2）用 Multisim等軟件制作主電路和控制電路原理圖；3）撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告 畫出主電路 、控制電路原理圖，說(shuō)明主電路的工作原理，完成元器件參數(shù)計(jì)算，元器件選型 ，說(shuō)明控制電路的工作

3、原理，用 Multisim或EWB 等軟件繪出主電路典型的輸出波形（比較實(shí)際波形與理論波形），繪出觸發(fā)信號(hào)（驅(qū)動(dòng)信號(hào) ）波形，說(shuō)明設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的問(wèn)題和解決問(wèn)題的方法，附參考資料 。.下載可編輯 .課程設(shè)計(jì)任務(wù)書4主要參考文獻(xiàn) ：1、樊立萍，王忠慶 .電力電子技術(shù) .北京 :北京大學(xué)出版社 ,20062、徐以榮，冷增祥 .電力電子技術(shù)基礎(chǔ) .南京：東南大學(xué)出版社 ， 19993、王兆安 ,黃俊 .電力電子技術(shù) .北京：機(jī)械工業(yè)出版社 ,20054、童詩(shī)白 .模擬電子技術(shù) .北京 :清華大學(xué)出版社 , 20015、閻石 .數(shù)字電子技術(shù) .北京 :清華大學(xué)出版社 , 19986、邱關(guān)源 .電路 .

4、北京：高等教育出版社 ，19995設(shè)計(jì)成果形式及要求 ：1）撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告 ；2）用 PROTEL或其它軟件畫出主電路和觸發(fā)電路原理圖；3）用 EWB 或其它軟件繪出主電路典型波形，觸發(fā)信號(hào) （驅(qū)動(dòng)信號(hào) ）波形。6工作計(jì)劃及進(jìn)度 ：2011 年1月10日1月11日收集資料 ，計(jì)算所需參數(shù)并選定元器件 ；1月 12日1月13日完成主電路 、控制電路設(shè)計(jì) ；繪出波形圖 ；1月 14日月日完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告 ，下午答辯 。. 下載可編輯 .系主任審查意見 ：簽字：2011年1月9日一、緒論1.1 整流技術(shù)的發(fā)展概況正電路廣泛應(yīng)用于工業(yè)中 。 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

5、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)和條件?；驹砗头椒ㄒ殉墒焓畮啄炅?，隨著我國(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) 。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(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 。高頻開關(guān)整流器采用模塊化設(shè)計(jì) 、N1 配置和

6、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. 下載可編輯 .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(tái)階 。1.2 系統(tǒng)仿真概述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(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。2、系統(tǒng)仿真的實(shí)質(zhì)(1)它是一種對(duì)系統(tǒng)問(wèn)題求數(shù)值解的計(jì)算技術(shù) 。尤其當(dāng)系

7、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)映象的系統(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、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)仿真模型來(lái)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. 下載可編輯 .便于分

8、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 。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 ，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(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

9、仿真語(yǔ)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 。二、單相橋式全控整流及有源逆變的原理2.1 整流電路的概述整流電路 （rectifying circuit ）把交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能的電路。大多數(shù)整流電路由變壓器 、整流主電路和濾波器等組成 。它在直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速 、發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁調(diào)節(jié) 、電解、電鍍等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用 。 整流電路通常由主電路 、濾波器和變壓器組成 。20世紀(jì) 70年代以后 ，主電路多用硅整流二極管和晶閘管組成 。濾波器接在主電路與負(fù)載之間 ，用于濾除脈動(dòng)直流電壓中的交流成. 下載可編輯 .分。變壓器設(shè)置與否視具體情況而定 。 變壓器

10、的作用是實(shí)現(xiàn)交流輸入電壓與直流輸出電壓間的匹配以及交流電網(wǎng)與整流電路之間的電隔離 。2.2 有源逆變的概述逆變與整流相對(duì)應(yīng) ，直流電變成交流電 。交流測(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 ，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

11、 ，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 。2.3 逆變失敗原因及消除方法有源逆變失敗 （逆變顛覆 ）是指逆變時(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 ，流出足夠的的換向裕量角 等。三、參數(shù)計(jì)算. 下載可編輯 .由題意得U2 =50V=35 。 P=200WE = -70VUd =0.9U 2cos （ - ）=0.9

12、×50×cos145 。= -36.86 V·······Id = （Ud-E）/R ······························P=|EId |-I d2R···

13、·····························聯(lián)立 、 得R = 6.199 Id = 5.35A晶閘管原件的額定電壓為2 U2 =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 =I VT /I d =2/2 ，IT=K fId

14、/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.四、實(shí)驗(yàn)電路原理及結(jié)果圖實(shí)驗(yàn)原理圖. 下載可編輯 .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=70V ，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。晶閘管 1 和 3 門極觸發(fā)電源參數(shù). 下載可編輯 .晶閘管 2 和

15、 4 門極觸發(fā)電源參數(shù)觸發(fā)電路的原理 ：為簡(jiǎn)便起見 ，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. 下載可編輯 .晶閘管觸發(fā)電源的輸出波形. 下載可編輯 .Ud 波形圖晶閘管 1、2、3、4 兩端的電壓波形相同 ，1、3 的波形與 2、4 的波形相差半個(gè)周期 。. 下載可編輯 .流過(guò)晶閘管電流及其兩端電壓五、心得與總結(jié)本次電力電子課程設(shè)計(jì)以單相全控橋式整流及有源逆變電路為研究對(duì)象 ，對(duì)其原理做了很深入的理解。通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)暴露出了我在平時(shí)學(xué)習(xí)電力電子技術(shù)這門課程中存在的問(wèn)題。首先在學(xué)習(xí)中只局限于課本知識(shí)，沒(méi)有去探索新知識(shí) ，至使在本次課程設(shè)計(jì)中出現(xiàn)當(dāng)拿到課題后毫無(wú)頭緒，無(wú)從下手的問(wèn)題 ；其次，在學(xué)習(xí)了電力電子這門學(xué)科后，沒(méi)能很好的將本學(xué)科中的知識(shí)互相聯(lián)系，也沒(méi)能將本學(xué)科和模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)等學(xué)科相互聯(lián)系，造成了在設(shè)計(jì)觸發(fā)電路時(shí)遇到很大的困難 ，最終在老師的指導(dǎo)下才選擇了直接使用信號(hào)源作為觸發(fā)源這一簡(jiǎn)便的方法；最后，缺少實(shí)際的操作 ，忽視了電力電子技術(shù)主要在于應(yīng)用這一點(diǎn)