电力电子课程设计三相半波有源逆变的研究

1、电力电子技术课程设计班级建电1001学号 101605121姓名刘兹平扬州大学能源与动力工程学院建筑电气与智能化二零一三年二月三相半波有源逆变的研究目录一、引言····································

2、3;········3二、主电路设计及工作原理····························3-5三、单元电路设计·········

3、3;··························5-7四、参数计算······················&

4、#183;················7-9五、仿真波形图·······························

5、83;····9-106、 数据分析······································10-11七、心得体会····

6、;····································11八、参考文献············

7、83;···························12一、引言（一）逆变的应用随着科技的快速发展，逆变电路已经越来越多的出现在人们的生活中。目前，逆变电路的已经在很多领域应用到，比如电脑、电视、洗衣机、空调、家庭影院、电动砂轮、电动工具、缝纫机、录像机、按摩器、风扇、照明、交流电机调速用变频器、不间断电源、感应加热电源

8、等电力电子装置的核心部分都是逆变电路。它的基本作用是在控制电路的控制下将中间直流电路输出的直流电源转换为频率和电压都任意可调的交流电源。（二）逆变的分类逆变与整流相对应，是把直流电能经过直交变换，向交流电源反馈能量的变换电路。当交流侧接电网，称为有源逆变，当交流侧接负载，称为无源逆变。当直流侧是电压源，称为电压源型逆变电路，当直流侧是电流源，又称为电流源型逆变电路，电压型逆变电路输出电压是矩形波，电流型逆变电路输出电流是矩形波。全控整流电路既能工作在整流方式，又能工作在有源逆变方式，即电路在一定条件下，电能从ACDC；在另外条件下，电能又可以从DC返回AC。（三）有源逆变产生的条件1、负载侧存

9、在一个直流电源E，由它提供能量，其电势极性与变流器的整流电压相反，对晶闸管为正向偏置电压。2、变流器在其直流侧输出应有一个与原整流电压极性相反的逆变电压u，其平均值U<E，以吸收能量，并将其能量馈送给直流电源。3、晶闸管的控制角>90°，使输出电压为负值。二、主电路设计及工作原理（一）总体框架图图1总体框架图总体工作原理说明，交流电给主电路的晶闸管和触发电路供电，触发电路触发晶闸管导通，由于直流电源电压大于交流电源平均电压，故能量由直流电源侧流向交流电源侧。（二）主体电路图图2 主电路图主电路分析，由3个相位依次相差120的交流电源组成三相交流电源，并分别于三个晶闸管相连

10、，三个晶闸管共阴极连接，负载为电阻、电感、直流电源，直流电源与晶闸管正向导通方向一致。（三）工作原理三相半波有源逆变电路带电阻电感负载时，负载直流电源对晶闸管正向偏置电压，电路触发脉冲控制角移相范围在之间，即逆变角范围是。在某时刻（本题）VT1触发导通，由于直流电源的作用，即使VA相电压为负，VT1仍能导通。接下来VT2，VT3依次落后导通。VT1、VT2、VT3依次导通,因为直流电源电压大于交流电源平均电压，电能由直流转换为交流，实现了有源逆变。三、 单元电路设计（一）触发电路图3 触发脉冲电路触发脉冲的宽度应保证晶闸管开关可靠导通（门极电流应大于擎柱电流），触发脉冲应有足够的幅度，不超过门

11、极电压、电流和功率，且在可靠触发区域之内，应有良好的抗干扰性能、温度稳定性及与主电路的电气隔离。晶闸管可控整流电路，通过控制触发角a的大小即控制触发脉冲起始相位来控制输出电压大小。为保证相控电路正常工作，很重要的是应保证按触发角a的大小在正确的时刻向电路中的晶闸管施加有效的触发脉冲。如上图为触发电路。由三片集成触发电路芯片KJ004和一片集成双脉冲发生器芯片KJ041形成六路脉冲，再由六个晶闸管进行脉冲放大，即构成完整的触发电路产生的触发信号用接插线与主电路各晶闸管链接。该电路可分为同步、锯齿波形成、移相、脉冲形成、脉冲分选及脉冲放大几个环节。本题仿真时采用了synchronized 6-pl

12、use generator作为题中的三个晶闸管的触发脉冲输入电路，初始触发脉冲设为150度角，选择1,3,5触发信号接入。芯片会自动给各个晶闸管提供所需要的触发脉冲，使晶闸管在需要导通的时候导通，以确保电路的正常运行。（二）波形观察电路在物理学上常用的观察波形的器件是示波器，在matlab软件中，也是使用虚拟的scope（示波器）作为电路的输出波形观察装置！示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器。它能把肉眼看不见的电信号变换成看得见的图象，便于人们研究各种电现象的变化过程。示波器利用狭窄的、由高速电子组成的电子束，打在涂有荧光物质的屏面上，就可产生细小的光点。在被测信号的作用下，电子束就好像一

13、支笔的笔尖，可以在屏面上描绘出被测信号的瞬时值的变化曲线。利用示波器能观察各种不同信号幅度随时间变化的波形曲线，还可以用它测试各种不同的电量，如电压、电流、频率、相位差、调幅度等等。在软件中，将需要观察的物理量通过电压表或电流表进行量化，然后将电压表或电流表的输出段端接到示波器的输入端，通过运行，便可直观的看到所要测得的器件两端的物理量。（三）设计电路图图4原理图四、参数计算（一）交流电源 按三相对称电源要求设置参数Um=100V、f=25Hz、初相位依次为0°、-120°、120°。（二）晶闸管 晶闸管设置参数为Ron=0.001、Lon=0.5mH、Vf=0V

14、、Rs=10、Cs=4.7e-6F。（三）RLC原件 RLC原件设置参数为R=5、L=0.08H、C=inf。（四）直流电源 直流电压源电压设置为120V。（五）脉冲发生器 由于电源频率为50Hz，脉冲设置为0.04s、脉冲宽度设置为脉宽的10%、脉冲高度为1，如下图所示。图5 脉冲参数设置当=60°时，对于Pulse,触发脉冲对应延迟时间t=t/360=(60+30)*0.02/360=0.005；对于Pulse1,触发脉冲对应延迟时间t=t/360=（90+120）*0.02/360=0.01167；对于Pulse2，触发脉冲对应延迟时间t=（90+240）*0.02/360=0

15、.01833。当=90°时，对于Pulse,触发脉冲对应延迟时间t=t/360=(90+30)*0.02/360=0.00667；对于Pulse1,触发脉冲对应延迟时间t=t/360=（120+120）*0.02/360=0.01333；对于Pulse2，触发脉冲对应延迟时间t=（120+240）*0.02/360=0.02。当=120°时，对于Pulse,触发脉冲对应延迟时间t=t/360=(120+30)*0.02/360=0.00833；对于Pulse1,触发脉冲对应延迟时间t=t/360=（150+120）*0.02/360=0.015；对于Pulse2，触发脉冲对

16、应延迟时间t=（150+240）*0.02/360=0.021667。五、仿真波形图（一）=60图6 仿真波形图（二）=90图7 仿真波形图（三）=120图8 仿真波形图六、数据分析根据上面的波形图，可以看出在输入电源的正弦波一个周期内，输出波有三个周期。由此可知，图形中的三个晶闸管分别各自轮流导通，导通时间是120°，关断时间240。并有3个触发脉冲。波形上输出电压在负半轴，与逆变结果相应。由于负载接大电感，输出电流波形近似直线。由图a知，变换器输出电压Ud 波形的正面积大于负面积，直流平均电压大于零。图b是电路工作在中间状态的波形，变换器输出电压波形Ud 波形的正面积等于负面积，

17、直流平均电压等于零，变化器既不是整流状态也不是逆变状态。图c是电路工作在逆变状态的波形，变换器输出电压波形Ud 波形的正面积小于负面积，直流平均电压小于零。由此可知仿真结果与理论分析吻合较好。七、心得体会经过一个星期左右的不断学习、不断尝试、不断提问，电力电子课程设计终于完成了。课题不是很难，但是由于是第一次接触这种类型的学习过程，所以一开始效率有点低，主要是无从下手，不知该做什么。课程设计前一天我在网上搜索了很多关于课题的文档资料，有一定参照作用，但是也有很多不同之处，比如仿真环境的不同，参数设置方法的不同等，这让我在设计过程中意识到理论知识的重要性。本次课程设计是理论与实践相结合的一次实用性学习，要学会学以致用，将所学知识用到实处。熟练应用MATLAB以及SIMULINK等仿真软件是此次课程设计快速高效完成的关键。学会利用软件仿真是我从此次课程设计中得到的一个重要启示，因为这将是我们将来学以致用的关键。课程设计时间虽短暂，却是另一种完全不同的学习过程，它让我意识到理论联系实践的重要性以及应用时可能会出现很多意想不到的问题，这些东西不是书本上的知识可以学到的，而要通过实践不断积累经验，不断虚心请教和学习才能真正掌握的，因此以后要积极实验、实践