單相橋式逆變電路課程設(shè)計

1、<p>　　電力電子技術(shù)課程設(shè)計說明書</p><p>　　單相橋式逆變電路的設(shè)計</p><p>　　院 、 部 </p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　指導(dǎo)教師： 職稱 </p>

2、;<p>　　專 業(yè)： </p><p>　　班 級： </p><p>　　學(xué) 號： </p><p>　　完成時間： </p><p&g

3、t;<b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著電力電子技術(shù)的高速發(fā)展，逆變電路的應(yīng)用非常廣泛，蓄電池、干電池、太陽能電池等都是直流電源，當(dāng)我們使用這些電源向交流負(fù)載供電時，就需要用到逆變電路了。本次基于MOSFET的單相橋式無源逆變電路的課程設(shè)計，主要涉及IGBT的工作原理、全橋的工作特性和無源逆變的性能。本次所設(shè)計的單相全橋逆變電路采用IGBT作為開關(guān)器件，將直流電壓Ud 逆變

4、為波形電壓，并將它加到純電阻負(fù)載兩端。</p><p>　　首先分析了單項橋式逆變電路的設(shè)計要求。確定了單項橋式逆變電路的總體方案，對主電路、保護(hù)電路、驅(qū)動電路等單元電路進(jìn)行了設(shè)計和參數(shù)的計算，其中保護(hù)電路有過電壓、過電流、電壓上升率、電流上升率等，選擇和校驗了IGBT、SG3525等元器件，IGBT是由BJT(雙極型三極管)和MOS(絕緣柵型場效應(yīng)管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動式功率半導(dǎo)體器件, 兼有MOSFET

5、的高輸入阻抗和GTR的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點。最后利用MATLAB仿真軟件建立了SIMULINK仿真模型，并進(jìn)行了波形仿真，仿真的結(jié)果證明了完成設(shè)計任務(wù)要求，滿足設(shè)計的技術(shù)參數(shù)要求。</p><p>　　關(guān)鍵詞：單相；逆變；設(shè)計</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　With the rapid develo

6、pment of power electronics technology, the inverter circuit is widely used, batteries, dry batteries, solar cells are DC power supply, when we use these power supply power to the AC load, you need to use the inverter cir

7、cuit. This time based on MOSFET single phase bridge inverter circuit design, mainly related to the work principle of IGBT, the full bridge of the working characteristics and the performance of passive inverter. The singl

8、e-phase full bridge inverter circuit de</p><p>　　Firstly, the design requirements of the single bridge inverter circuit are analyzed. To determine the overall scheme of single bridge inverter circuit, of the

9、 main circuit, protection circuit, driving circuit unit circuit design and parameter calculation, the protection circuit have voltage, current and voltage rate of rise, the current rate of rise, selection and validation

10、of the IGBT and SG3525 components, IGBT is by BJT (bipolar transistor) and MOS (insulated gate field effect transistor) co</p><p>　　Keywords: single phase; inverter; design</p><p><b>　　目

11、錄</b></p><p>　　1 緒論………………………………………………………………………………1</p><p>　　1.1 逆變電路的背景與意義…………………………………………………1</p><p>　　1.2 逆變器技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀…………………………………………………2</p><p>　　1.3 本設(shè)計主要內(nèi)

12、容…………………………………………………………2</p><p>　　2 單相橋式逆變電路主電路設(shè)計…………………………………………………3</p><p>　　2.1 方案設(shè)計……………………………………………………………………3</p><p>　　2.1.1 系統(tǒng)框圖…………………………………………………………3</p><p>

13、　　2.1.2 主電路框圖………………………………………………………3</p><p>　　2.2 逆變電路分類及特點………………………………………………………3</p><p>　　2.2.1 電壓型逆變電路的特點…………………………………………3</p><p>　　2.2.2 單項全橋逆變電路的移相調(diào)壓方式……………………………4 <

14、;/p><p>　　2.3 主電路的設(shè)計……………………………………………………………4</p><p>　　2.4 相關(guān)參數(shù)的計算…………………………………………………………5</p><p>　　3 輔助電路設(shè)計……………………………………………………………………7</p><p>　　3.1 保護(hù)電路的設(shè)計…………………………………

15、…………………………7</p><p>　　3.1.1 保護(hù)電路的種類…………………………………………………7</p><p>　　3.1.2 保護(hù)電路的作用…………………………………………………7</p><p>　　3.1.3 過電流保護(hù)電路…………………………………………………8</p><p>　　3.2 驅(qū)動電路的設(shè)計………

16、…………………………………………………8</p><p>　　3.2.1 驅(qū)動電路的種類及作用…………………………………………8</p><p>　　3.2.2 驅(qū)動電路的設(shè)計…………………………………………………8</p><p>　　3.2.3 驅(qū)動電路的原理…………………………………………………9</p><p>　　3.3 控

17、制電路的設(shè)計…………………………………………………………9</p><p>　　3.3.1 控制電路的作用…………………………………………………9</p><p>　　3.3.2 控制電路原理分析………………………………………………9</p><p>　　4 仿真分析………………………………………………………………………11</p><p&

18、gt;　　4.1 仿真軟件MATLAB介紹…………………………………………………11</p><p>　　4.2 主電路仿真圖及參數(shù)計算………………………………………………13</p><p>　　4.3 仿真所得波形……………………………………………………………16</p><p>　　4.4 波形分析…………………………………………………………………17

19、</p><p>　　結(jié)束語………………………………………………………………………………18</p><p>　　參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………19</p><p>　　附錄…………………………………………………………………………………21 </p><p><b>　　1 緒論</b&

20、gt;</p><p>　　1.1 逆變電路的背景與意義</p><p>　　隨著電力電子技術(shù)的高速發(fā)展，逆變電路的應(yīng)用非常廣泛，蓄電池、干電池、太陽能電池等都是直流電源，當(dāng)我們使用這些電源向交流負(fù)載供電時，就需要用到逆變電路了。另外，交流電動機(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設(shè)備使用非常廣泛，其電路的核心部分都是逆變電路。有人甚至說，電力電子技術(shù)早起曾處于整流器時代，后

21、來則進(jìn)入逆變器時代。</p><p>　　隨著各行各業(yè)對電氣設(shè)備控制性能要求的提高，逆變電路在許多領(lǐng)域獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。下面例舉的是其幾個方面的主要應(yīng)用。</p><p><b>　?。?）光伏發(fā)電</b></p><p>　　能源危機(jī)和環(huán)境污染是目前全世界面臨的重大問題，開發(fā)利用新能源和可再生能源是21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中最具有決定性影響的技

22、術(shù)之一，充分開發(fā)利用太陽能世界各國可持續(xù)發(fā)展的能源戰(zhàn)略決策，其中光伏發(fā)電最受矚目。太陽能光伏發(fā)電就是將由太陽電池陣列產(chǎn)生的直流電，通過逆變電路變換為交流電供給負(fù)載或并入電網(wǎng)，供用戶使用。</p><p>　?。?）不間斷電源系統(tǒng)</p><p>　　在通信設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備等對電源持續(xù)供電要求高的設(shè)備中都需要采用不間斷電源UPS。UPS的主要構(gòu)件有充電器和逆變器。在電網(wǎng)有電時，充電器為蓄電池充

23、電，負(fù)載由電網(wǎng)供電；在電網(wǎng)停電時，逆變器將蓄電池提供的直流電逆變成交流電供給用電設(shè)備。</p><p>　?。?）交流電動機(jī)變頻調(diào)速</p><p>　　采用逆變技術(shù)將普通交流電網(wǎng)電壓變化成電壓、頻率都可調(diào)的交流電，供給交流電動機(jī)，以便調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。</p><p><b>　?。?）直流輸電</b></p><p>

24、;　　由于交流輸電架線復(fù)雜、損耗大、電磁波污染環(huán)境，所以直流輸電是一個發(fā)展方向，首先把交流電整流成高壓直流電，再進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸送，然后再逆變成交流電供給用電設(shè)備。</p><p><b>　?。?）風(fēng)力發(fā)電</b></p><p>　　風(fēng)力發(fā)動機(jī)因受風(fēng)力變化的影響，發(fā)出的交流電很不穩(wěn)定，并網(wǎng)或供給用電設(shè)備都不安全，可以將其整成直流，然后再逆變成比較穩(wěn)定的交流，就能安全的

25、并到交流電網(wǎng)上或直接供給用電設(shè)備。</p><p>　　1.2 逆變器技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　逆變器技術(shù)的發(fā)展始終與功率器件及其控制技術(shù)的發(fā)展緊密結(jié)合，從開始發(fā)展至今經(jīng)歷了五個階段。</p><p>　　第一階段：20世紀(jì)50-60年代，晶閘管SCR的誕生為正弦波逆變器的發(fā)展創(chuàng)造了條件。</p><p>　　第二階段：20世紀(jì)7

26、0年代，可關(guān)斷晶閘管GTO及雙極型晶體管BJT的問世，使得逆變技術(shù)得到發(fā)展和應(yīng)用。 第三階段：20世紀(jì)80年代，功率場效應(yīng)管、絕緣柵型晶體管、MOS控制晶閘管等功率器件的誕生為逆變器向大容量方向發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。 第四階段：20世紀(jì)90年代，微電子技術(shù)的發(fā)展使新近的控制技術(shù)如矢量控制技術(shù)、多電平變換技術(shù)、重復(fù)控制、模糊控制等技術(shù)在逆變領(lǐng)域得到了較好的應(yīng)用，極大的促進(jìn)了逆變器技術(shù)的發(fā)展。 第五階段：21世紀(jì)初，逆變技

27、術(shù)的發(fā)展隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和現(xiàn)代控制理論的進(jìn)步不斷改進(jìn)，逆變技術(shù)正朝著高頻化、高效率、高功率密度、高可靠性、智能化的方向發(fā)展?，F(xiàn)在的逆變技術(shù)可達(dá)到低至48伏的工作電壓，并且性能穩(wěn)定。逆變器可用在電腦、電視、應(yīng)急燈、電扇、手機(jī)充電器、錄音機(jī)等各種電器上。</p><p>　　1.3 本設(shè)計主要內(nèi)容</p><p>　　首先分析了單項橋式逆變電路的設(shè)計要求。確定了單項橋式逆變電路的

28、總體方案，對主電路、保護(hù)電路、驅(qū)動電路等單元電路進(jìn)行了設(shè)計和參數(shù)的計算，其中保護(hù)電路有過電壓、過電流、電壓上升率、電流上升率等，選擇和校驗了IGBT、SG3525等元器件，IGBT是由BJT(雙極型三極管)和MOS(絕緣柵型場效應(yīng)管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動式功率半導(dǎo)體器件, 兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點。最后利用MATLAB仿真軟件建立了SIMULINK仿真模型，并進(jìn)行了波形仿真，仿真的結(jié)果證明了完成設(shè)

29、計任務(wù)要求，滿足設(shè)計的技術(shù)參數(shù)要求。</p><p>　　本設(shè)計說明書共分為四章。</p><p>　　緒論介紹了逆變電路的意義及發(fā)展。</p><p>　　介紹了單相橋式逆變電路的主電路設(shè)計及相關(guān)參數(shù)計算。</p><p>　　主要介紹了輔助電路的設(shè)計，其中包括保護(hù)電路、驅(qū)動電路、控制電路的設(shè)計。</p><p>　

30、　主要介紹了MATLAB仿真及波形分析。</p><p>　　2 單相橋式逆變電路主電路設(shè)計</p><p><b>　　2.1 設(shè)計方案</b></p><p>　　2.1.1 系統(tǒng)框圖</p><p>　　圖1 系統(tǒng)原理框圖</p><p>　　整個網(wǎng)絡(luò)有控制電路、驅(qū)動電路、保護(hù)電路和

31、電力電子器件為核心的主電路組成一個系統(tǒng)。</p><p>　　2.1.2 主電路框圖</p><p>　　圖2 主電路原理框圖</p><p>　　由于我們生活日常用電都是220V、50Hz的交流電，在此增加了一個整流電路，具體參數(shù)在此并不作說明。</p><p>　　2.2 逆變電路分類及特點</p><p>

32、　　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)是電流源的則稱為電流型逆變電路。本設(shè)計采用電壓型逆變電路。</p><p>　　2.2.1 電壓型逆變電路的特點</p><p>　　逆變電路分為三相和單相兩大類。其中，單相逆變電路主要采用橋式接法。主要有單相半橋和單相全橋逆變電路。而三相電壓型逆變電路則是由三個單相逆變電路組成。</p>

33、;<p>　　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)是電流源的則稱為電流型逆變電路。電壓型逆變電路有以下特點：</p><p>　　1）直流側(cè)為電壓源，或并聯(lián)有大電容，相當(dāng)于電壓源。直流側(cè)電壓基本無脈動，直流回路呈現(xiàn)低阻抗。</p><p>　　2）由于直流電壓源的鉗位作用，交流側(cè)輸出電壓波形為矩形波，并且與負(fù)載阻抗角無關(guān)。而交流側(cè)輸出

34、電流波形和相位因為負(fù)載阻抗的情況不同而不同。</p><p>　　3）當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)載時需要提供無功功率，直流側(cè)電容起緩沖無功能量的作用。為了給交流側(cè)想直流側(cè)反饋的無功能量提供通道，逆變橋各臂都并聯(lián)了反饋二極管。（又稱為續(xù)流二極管）</p><p>　　2.2.2 單相全橋逆變電路的移相調(diào)壓方式</p><p>　　共四個橋臂，可看成兩個半橋電路組合而成。兩對橋

35、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改變直流電壓Ud來實現(xiàn)。阻感負(fù)載時，還可采用移相的方式來調(diào)節(jié)輸出電壓——移相調(diào)壓。</p><p>　　圖3 電壓型全橋無源逆變電路的電路圖</p><p>　　V3的基極信號比V1落后? （0＜ ? ＜180 °）。V3、V4的柵極信號分別比V2、V1前移180&

36、#176;－?。輸出電壓是正負(fù)各為??的脈沖。改變??就可調(diào)節(jié)輸出電壓。故移相調(diào)壓就是調(diào)節(jié)輸出電壓的脈寬。</p><p>　　2.3 主電路的設(shè)計</p><p>　　單相逆變電路主要采用橋式接法。它的電路結(jié)構(gòu)主要由四個橋臂組成，其中每個橋臂都有一個全控器件IGBT和一個反向并接的續(xù)流二極管，在直流側(cè)并聯(lián)有大電容而負(fù)載接在橋臂之間。其中橋臂1,4為一對，橋臂2，3為一對?？梢钥闯捎蓛蓚€

37、半橋電路組合而成。其基本電路連接圖如下所示：</p><p>　　圖4 主電路原理圖</p><p>　　由于采用絕緣柵晶體管（IGBT）來設(shè)計,如圖4的單相橋式電壓型無源逆變電路，此課程設(shè)計為電阻負(fù)載，故應(yīng)將RLC負(fù)載中電感、電容的值設(shè)為零。此電路由兩對橋臂組成，V1和V4與V2和V3兩對橋臂各導(dǎo)通180度。再加上采用了移相調(diào)壓法，所以VD3的基極信號落后于VD1的90度，VD4的基極

38、信號落后于VD2的90度。因為是電阻負(fù)載，故晶體管均沒有續(xù)流作用。輸出電壓和電流的波形相同，均為90度正值、90度零、90度負(fù)值、90度零……這樣一直循環(huán)下去。</p><p>　　2.4 有關(guān)參數(shù)計算</p><p>　　晶閘管需一段時間才能恢復(fù)正向阻斷能力，換流結(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)大于晶閘管的關(guān)斷時間。</p><p>　　為

39、了保證可靠換流，應(yīng)在負(fù)載電壓過零前= 時刻觸發(fā)、。</p><p><b>　　稱為觸發(fā)引前時間：</b></p><p>　?。?） 負(fù)載電流超前于負(fù)載電壓的時間：</p><p><b>　　（2）</b></p><p>　　將表示為電角度可得：</p><p>

40、;<b>　　（3）</b></p><p>　　式中，為電路工作角頻率；、分別、是對應(yīng)的電角度。也就是負(fù)載的功率因數(shù)角。 </p><p>　　忽略換流過程，可近似成矩形波，展開成傅里葉級數(shù)可得：</p><p>　　（4

41、） </p><p>　　負(fù)載電壓有效值和直流電壓之間的關(guān)系（忽略Ld的損耗，再忽略晶閘管壓降）： </p><p>&

42、lt;b>　?。?）</b></p><p>　　晶閘管承受的最大正向電壓和反向電壓分別為 和。</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　將Ud=100V，α=45°代入（6）中得</p><p>　　取=150V，則晶閘管承受的最大正向電壓為：</p

43、><p>　　晶閘管承受的最大反向電壓為：</p><p>　　當(dāng)Id=1A時，可得晶閘管的額定電流為：</p><p>　　通過以上計算分析，在本次課程設(shè)計中所采用的晶閘管類型為KP10-10。</p><p>　　二極管承受的最大反向電壓為：</p><p>　　根據(jù)分析計算，本次課程設(shè)計所采用的二極管類型為1N400

44、4。</p><p>　　3 輔助電路設(shè)計 </p><p>　　3.1 保護(hù)電路的設(shè)計</p><p>　　3.1.1 保護(hù)電路的種類</p><p>　　隨著電子系統(tǒng)的復(fù)雜性和集成度越來越高，而工作電壓越來越低，電子系統(tǒng)對可靠性、穩(wěn)定性和安全性的要求也越來越高，電路保護(hù)設(shè)計的重要性也越來越強(qiáng)。保護(hù)電路主要分為三種：過電壓保護(hù)電路、過

45、電流保護(hù)電路以及過溫保護(hù)電路。本設(shè)計采用過電流保護(hù)電路。</p><p>　　換相過電壓保護(hù)：由于晶閘管或者與全控器件反并聯(lián)的續(xù)流二極管在換相結(jié)束后不能恢復(fù)阻斷能力時，因而有較大的反向電流通過，使殘存的載流子恢復(fù)，而當(dāng)其恢復(fù)了阻斷能力時，反向電流急劇減小，這樣的電流突變會因線路電感而當(dāng)晶閘管陰陽極之間或與續(xù)流二極管反并聯(lián)的全控型器件兩端產(chǎn)生過電壓。換相過電壓保護(hù)電路如圖所示，其中R1為10K，C1為0.01uF，

46、D1型號為1N4004，V1型號為KP10-10.</p><p>　　圖5 換相過電壓保護(hù)電路</p><p>　　關(guān)斷過電壓保護(hù)：全控型器件在較高頻率工作下，當(dāng)器件關(guān)斷時，因正向電流的迅速降低而線路電感在器件兩端感應(yīng)出的過電壓。關(guān)斷電壓保護(hù)電路如圖所示，其中R1為10K，C1為0.01uF，D1型號為1N4004。</p><p>　　圖6 關(guān)斷電壓保護(hù)電路

47、</p><p>　　3.1.2 保護(hù)電路的作用</p><p>　　保護(hù)電路的作用就是防止系統(tǒng)在外部電壓不穩(wěn)定時而導(dǎo)致的部分器件在過電壓或過電流的情況下被燒壞以及溫度過高而引起器件失效，造成電路癱瘓而無法繼續(xù)工作。</p><p>　　3.1.3   過電流保護(hù)電路 </p><p>　　過電流保護(hù)電路用來防

48、止流過電力電子器件的電流過大而被燒壞。過電流保護(hù)在電力電子變換和控制系統(tǒng)運行不正?；虬l(fā)生故障時，可能發(fā)生過電流造成開關(guān)器件的永久性損壞，快速熔斷器是電力電子變換器系統(tǒng)中常用的一種過電流保護(hù)措施?？焖偃蹟嗥鞯倪^流保護(hù)原理是基于快速熔斷器特性與器件特性的保護(hù)配合來完成的，即通過選擇快速熔斷器的短路容量約器件的熱容量，使得當(dāng)發(fā)生過流時快速熔斷器先熔斷，以保護(hù)器件不損壞。另一種方法是采用電流檢測、比較、判斷，在過流瞬間及時關(guān)斷電路。如圖7所示,

49、過流保護(hù)信號取自CT2,經(jīng)分壓、濾波后加至電壓比較器的同相輸入端,如圖7所示。當(dāng)同相輸入端過電流檢測信號比反相輸入端參考電平高時,比較器輸出高電平,使D2從原來的反向偏置狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎驅(qū)?并把同相端電位提升為高電平,使電壓比較器一直穩(wěn)定輸出高電平。同時,該過電流信號還送到SG3525的腳10。當(dāng)SG3525的腳10為高電平時,其腳11及腳14上輸出的脈寬調(diào)制脈沖就會立即消失而成為零。 </p&

50、gt;<p>　　圖7 過電流保護(hù)電路</p><p>　　3.2 驅(qū)動電路的設(shè)計</p><p>　　3.2.1 驅(qū)動電路的種類及作用</p><p>　　驅(qū)動電路有電流型驅(qū)動電路和電壓型驅(qū)動電路。驅(qū)動電路的作用是將控制電路輸出的PWM脈沖放大到足以驅(qū)動功率晶體管——開關(guān)功率放大作用。采用良好的驅(qū)動電路，可使電力電子器件的工作更加理想。<

51、/p><p>　　3.2.2 驅(qū)動電路的設(shè)計</p><p>　　驅(qū)動電路的設(shè)計既要考慮在功率管需要導(dǎo)通時,能迅速地建立起驅(qū)動電壓,又要考慮在需要關(guān)斷時,能迅速地泄放功率管柵極電容上的電荷,拉低驅(qū)動電壓。具體驅(qū)動電路如圖8所示，圖中控制信號為SPWM1。   </p><p><b>　　圖8 驅(qū)動電路 </b>&

52、lt;/p><p>　　3.2.3 驅(qū)動電路的工作原理</p><p>　　當(dāng)光耦原邊有控制電路的驅(qū)動脈沖電流流過時,光耦導(dǎo)通,使Q1的基極電位迅速上升,導(dǎo)致D2導(dǎo)通,功率管的柵極電壓上升,使功率管導(dǎo)通;當(dāng)光耦原邊無控制電路的驅(qū)動脈沖電流流過時,光耦不導(dǎo)通,使Q1的基極電位拉低,而功率管柵極上的電壓還為高,所以導(dǎo)致Q1導(dǎo)通,功率管的柵極電荷通過Q1及電阻R3迅速泄放,使功率管迅速可靠地關(guān)斷。

53、當(dāng)然,對于功率管的保護(hù)同樣重要,所以在功率管源極和漏極之間要加一個緩沖電路避免功率管被過高的正、反向電壓所損壞。</p><p>　　3.3 控制電路的設(shè)計</p><p>　　3.3.1 控制電路的作用</p><p>　　控制電路的作用就是通過控制驅(qū)動電路運行進(jìn)而控制IGBT的通斷。又因IGBT的關(guān)斷速度決定了輸出電壓的頻率。所以控制電路就是通過產(chǎn)生一定頻率

54、的脈沖信號來控制驅(qū)動電路進(jìn)而控制IGBT的關(guān)斷改變電流方向和電壓方向從而得到想要頻率的輸出交流電壓。</p><p>　　3.3.2 控制電路原理分析</p><p><b>　　圖9 控制電路</b></p><p>　　在這里采用2片集成函數(shù)發(fā)生器ICL8038，分別用于發(fā)生頻率一樣的正弦波和三角波，它們共同經(jīng)過運放（LM311）、非門

55、（74HC04）生成兩路PWM信號，這兩路信號分別是PWM+、PWM-，它們的相位差為180°。然后通過芯片4528以及與門（74HC08）得到兩路頻率一樣但相位相差（180°-θ）的SPWM波形，它們分別是SPWM1、SPWM2。將SPWM1分成兩路接驅(qū)動電路用來控制開關(guān)V1、V4，將SPWM2分成兩路接驅(qū)動電路用來控制開關(guān)V2、V3。D觸發(fā)器產(chǎn)生的STOP停止信號用來分別與SPWM1、SPWM2相與使驅(qū)動電路停止

56、工作。從而實現(xiàn)逆變電路輸出波形的開與關(guān)。</p><p><b>　　4 仿真分析</b></p><p>　　4.1 仿真軟件MATLAB介紹</p><p>　　MATLAB是美國MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算的高級技術(shù)計算語言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB和Simulink

57、兩大部分。</p><p>　　MATLAB和Mathematica、Maple并稱為三大數(shù)學(xué)軟件。它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計算方面首屈一指。MATLAB同時還可以進(jìn)行矩陣運算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語言和程序等，主要應(yīng)用于工程計算、控制設(shè)計、信號處理與通訊、圖像處理、信號檢測、金融建模設(shè)計與分析等領(lǐng)域。</p><p>　　Simulink是MATLA

58、B最重要的組件之一，它提供一個動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無需大量書寫程序，而只需要通過簡單直觀的鼠標(biāo)操作，就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。Simulink具有適應(yīng)面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細(xì)、貼近實際、效率高、靈活等優(yōu)點，并基于以上優(yōu)點Simulink已被廣泛應(yīng)用于控制理論和數(shù)字信號處理的復(fù)雜仿真和設(shè)計。同時有大量的第三方軟件和硬件可應(yīng)用于或被要求應(yīng)用于Simulink。</p><p>　　M

59、ATLAB仿真步驟如下：</p><p>　　打開MATLAB軟件，點擊Simulink按鈕打開Simulink仿真環(huán)境，如下圖所示：</p><p>　　圖10 打開Simulink仿真環(huán)境</p><p>　　（2）打開Simulink后，主界面如下所示：</p><p>　　圖11 Simulink主界面</p>&l

60、t;p>　　（3）點擊Simulink界面中的File/New/Model，建立并保存模型文件。如下圖所示：</p><p>　　圖12 保存模型文件</p><p>　　4.2 主電路仿真圖及參數(shù)計算</p><p>　　圖13 主電路仿真圖</p><p>　　電阻負(fù)載，直流側(cè)輸入電壓=100V，脈寬為θ=90°的方

61、波，輸出功率為300MV，電容和電感都設(shè)置為理想零狀態(tài)。頻率為1000Hz。</p><p>　　由頻率為1000Hz即可得出周期為T=0.001s，由于V2的基波信號比V1落后了90°，通過換算得：</p><p>　　=0.001/4=0.00025s，而 =0s。</p><p><b>　　同理有:</b></p>

62、;<p>　　=0.001/2=0.0005s,而 =0.00075s。</p><p><b>　　由理論情況有效值：</b></p><p>　　Uo=Ud/2=50V</p><p>　　又因為P=300W所以有電阻:</p><p>　　R=Uo*Uo/P=8.333Ω</p>&l

63、t;p><b>　　則輸出電流有效值：</b></p><p>　　Io=P/Uo=6A </p><p>　　則可得到電流幅值為：</p><p>　　Imax=12A，Imin=-12A</p><p><b>　　電壓幅值為：</b></p><p>　　Umax

64、=100V，Umin=-100V</p><p>　　晶閘管額定值計算，電流有效值：</p><p>　　Ivt=Imax/4=3A</p><p>　　額定電流In額定值：</p><p>　　In=（1.5-2）*3=-1.5A</p><p><b>　　最大反向電壓:</b></p&

65、gt;<p><b>　　Uvt=100V</b></p><p><b>　　則額定電壓：</b></p><p>　　Un=（2-3）*100V=-100V</p><p>　　根據(jù)以上計算的各參數(shù)即可正確設(shè)置主電路如下，進(jìn)而仿真波形圖。</p><p>　　仿真圖所調(diào)用的模塊如下

66、：</p><p>　　圖14 IGBT模塊</p><p>　　圖15 Pulse Generator模塊</p><p>　　圖16 DC Voltage Source模塊</p><p>　　圖17 powergui模塊</p><p>　　圖18 Voltage Measurement模塊</p

67、><p>　　圖19 Current Measurement模塊</p><p>　　圖23 Diode模塊</p><p>　　圖20 VT1的觸發(fā)電平設(shè)置</p><p>　　圖21 VT2的觸發(fā)電平設(shè)置</p><p>　　圖22 VT3的觸發(fā)電平設(shè)置</p><p>　　圖23

68、VT4的觸發(fā)電平設(shè)置</p><p>　　圖24 負(fù)載參數(shù)設(shè)置</p><p>　　圖25 直流電壓設(shè)置</p><p>　　4.3 仿真所得波形</p><p>　　圖26 scope中的波形</p><p>　　圖27 scope1中的波形</p><p><b>　　4

69、.4 波形分析</b></p><p>　　輸入電壓特點：Ud為100V的恒流電壓源。</p><p>　　輸出電流特點：Io近似正弦波，且連續(xù)，輸出電流周期為0.02s，頻率均為50Hz。</p><p>　　控制脈沖特點：控制脈沖頻率為50Hz，幅值為1V，假設(shè)VT4的延遲角為0°，則由圖中可得VT1的延遲角90°，VT2的延遲

70、角為270°，VT3的延遲角為180°。</p><p>　　輸出電壓特點：Uo為電壓源經(jīng)過的單項逆變器移相調(diào)壓后交流電壓幅值不變，占空比為1:4,所以電壓有效值為50V。</p><p>　　從仿真結(jié)果波形圖觀察輸入直流電壓為100V，經(jīng)過逆變電路后輸出交流電壓為50V，頻率為50Hz，符合課程設(shè)計要求。</p><p><b>　　

71、結(jié)束語 </b></p><p>　　這次的電力電子技術(shù)設(shè)計，讓我們有機(jī)會將我們在課堂上學(xué)到的知識運用到實際當(dāng)中。通過對掌握的知識的理解以及運用，做一些比較與分析。既驗證了自己所學(xué)到的理論知識，又相當(dāng)于溫習(xí)了一遍之前學(xué)到的內(nèi)容。做這個課程設(shè)計，也許剛開始會異常困難，但只要堅持下去，穩(wěn)扎穩(wěn)打的做好每一步，就一定會成功的。通過這次課程設(shè)計，我進(jìn)一步鞏固并加深了對課本專業(yè)知識的理解，更熟悉了單相橋式無源電路

72、的原理和觸發(fā)電路的設(shè)計。當(dāng)然，在這個過程中我也遇到了很多困難，于是就翻閱資料，咨詢同學(xué)老師。我最后找出了自己的錯誤并加以改正，這也是我的收獲，不但使我進(jìn)一步提高了我的實踐動手能力，也讓我在未來的學(xué)習(xí)工作中有了更大的信心。通過這次課程設(shè)計使我懂得了只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合，從實踐中得出結(jié)論，從而提高了自己的實際動手能力和獨立思考的能力。讓我收獲最大的是我發(fā)現(xiàn)了自己對以前的知識理解的不夠深刻，掌握得不夠牢固

73、，通過這次設(shè)計，我把以前所學(xué)的知識重新溫故，鞏固了所學(xué)知識，讓我受益匪淺。</p><p>　　做過此次的課程設(shè)計后，我想在變頻技術(shù)這個方向努力。變頻技術(shù)及這一領(lǐng)域的電力電子變換裝置主要是為了這樣一個目標(biāo):即根據(jù)用戶的需求實現(xiàn)電能的AC-AC變換，包括實現(xiàn)電壓、電流、頻率、波形等主要參數(shù)的變換。到目前為止，變頻技術(shù)的主回路拓?fù)浠旧线€是以AC-DC-AC變換為主，其中AC-DC環(huán)節(jié)以現(xiàn)代整流技術(shù)并配以大容量L、C

74、來實現(xiàn),而DC-AC變換則由集成化場控器件構(gòu)建的主回路和經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計并采用集成化、智能化、數(shù)字化控制電路來完成。變頻技術(shù)及其裝置得到了極其廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　在此，也要感謝老師這學(xué)期的悉心教導(dǎo)，同時對那些給予我?guī)椭耐瑢W(xué)表示由衷的感謝。我會繼續(xù)努力的！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 邢巖

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