單相電壓型全橋逆變電路設(shè)計(jì)

第一章緒論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。整流與逆變一百都是電力電子技術(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)和條件?；驹砗头椒ㄒ殉墒焓畮啄炅耍S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(tái)階。第二章設(shè)計(jì)方案及其原理2.1電壓型逆變器的原理圖原理框圖(a)(b)等效圖及其輸出波形當(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。原理框圖(a)(b)等效圖及其輸出波形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。2.2電壓型單相全橋逆變電路它共有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°。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，稱為移相調(diào)壓。各柵極信號(hào)為180°正偏，180°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<180°)，T3、T4的柵極信號(hào)分別比T2、T1的前移180°-q，uo成為正負(fù)各為q的脈沖，改變q即可調(diào)節(jié)輸出電壓有效值。第三章仿真概念及其原理簡(jiǎn)述3.1系統(tǒng)仿真概述1、基本概念所謂系統(tǒng)仿真(systemsimulation)，就是根據(jù)系統(tǒng)分析的日的，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)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。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、系統(tǒng)仿真的作用仿真的過(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。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。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)以便于分析。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。3.2整流電路的概述整流電路（rectifyingcircuit）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品閘管組成。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分。變壓器設(shè)置與否視具體情況而定。變壓器的作用是實(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。3.3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)品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，百流側(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。3.4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)品閘管電路短路，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品閘管，保證交流電源的質(zhì)量，流出足夠的逆變角等。第四章參數(shù)計(jì)算由題意得U2=50VP=35。P=200WE=-70VTOC\o"1-5"\h\zUd=0.9U2cos（n-p）=0.9X50Xcos145。=-36.86V①I「（Ud-E）/R②P=|EId|-Id2R③聯(lián)立①、②、③得R=6.199QI廣5.35A品閘管原件的額定電壓為2U2=70.71V,取2?3倍的安全儲(chǔ)備電壓，并考慮品閘管額定電壓系取200V.品閘管元件額定電壓IT：由查表得Kf=IvT/Id=2/很，IT=KfId/1.57=2.41A取2倍電流安全儲(chǔ)備并考慮品閘管原件額定電流系列取5A.4.1實(shí)驗(yàn)電路原理及結(jié)果圖14Vrms■HHlOmsec20mseclOmsec20<nsec14Vrms■HHlOmsec20mseclOmsec20<nsec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=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)品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U=36.86V，其平均值U<E，dd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_VDLTAGE杯萱|ffi.T.豐新沽辟]如腳初始「互(I)；PulsedValue:DelayTime:RiseTime:FallTime:PuiliseWidth:周期;ACAnalysisMagnitude::AClAnalysisPhffise;：DistcrticinFrequency1Magnitude!DistorticnFrequency1Phase:□iistorticinFrequency2Magnitude!DistortionFrequencyZPhase:外始：在里］用戶走文］103|1.95廠Inse-c|m3ec-±-JnsecRo-|rinser—lil在里］用戶走文］103|1.95廠Inse-c|m3ec-±-JnsecRo-|rinser—lilv三Ralv-1i°QR-ly-I[o口[o%rPUL￡E_VOLTAGEk=ss―、標(biāo)箜］顯示故障引腳］衰里用戶定義初始值⑴:lcrB8*PulsedValue:1*dDelayTime:|mse￡--~'11.95RiseTime:nsecFallTimm:廠|nsecPulseWidth;周期：jmsec叵-HjACAnalysjsFvlagnitude:3ACAnalysisPhase:|aDDistortionFrequency1Magnitude:1°1*DistortionFrequentv1Phase:1°e-DiEtortionFrequency2Magnitude：|azzDistortionFrequency2Phase:公差：D|c%1替換間1取消I信息④幫助＜H)1J—-■:品閘管2和4門極觸發(fā)電源參數(shù)觸發(fā)電路的原理：為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，我們采用了脈沖信號(hào)發(fā)生器作為品閘管的觸發(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，這樣就使得兩組品閘管不同時(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)行品閘管觸發(fā)電源的輸出波形Ud波形圖品閘管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。lOmseciCkriMCpyi&y:；；:；l6niMc20<nsec0V1&V：;;：;i0rnMc20<nsec5GVriris5OH21流過(guò)品閘管電流及其兩端電壓第五章心得與總結(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)，在設(shè)計(jì)時(shí)由于缺少實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)參數(shù)的估算以及各元件參數(shù)的設(shè)定都走了很多彎路。本次的課程設(shè)計(jì)需要查詢大量的資料，通過(guò)本次設(shè)計(jì)，明白了不是任何東西都能在網(wǎng)絡(luò)中輕易得到，還是需要自己的耐心尋找和篩選的。同時(shí)在設(shè)計(jì)的過(guò)程使我對(duì)于《Multisim》這款軟件從最開始的了解到后來(lái)能夠簡(jiǎn)單操作。通過(guò)本次