電力電子技術課程設計-- 三相半波有源逆變電路研究

1、<p>　　電力電子技術課程設計 </p><p>　　班 級 建電1001 </p><p>　　學 號 **********</p><p>　　姓 名 *******</p><p><b>　　二零一三年一月</b></p><p><b>　　任務書</b&

2、gt;</p><p>　　一 課程設計的目的與要求</p><p>　　1進一步熟悉和掌握電力電子原器件的特性；</p><p>　　2進一步熟悉和掌握電力電子電路的拓撲結構和工作原理；</p><p>　　3掌握電力電子電路設計的基本方法和技術，掌握有關電路參數(shù)的計算方法；</p><p>　　4培養(yǎng)對電力電子電路

3、的性能分析的能力；</p><p>　　5培養(yǎng)撰寫研究設計報告的能力。</p><p>　　通過對一個電力電子電路的初步設計，鞏固已學的電力電子技術課程的理論知識，提高綜合應用能力，為今后從事電力電子裝置的設計工作打下基礎。</p><p><b>　　二 課程設計題目</b></p><p>　　三相半波有源逆變電路研

4、究 </p><p><b>　　三 課程設計的內容</b></p><p>　　1 主電路方案確定 </p><p>　　2 繪制電路原理圖、分析理論波形</p><p>　　3 器件額定參數(shù)的計算</p><p>　　4 建立仿真模型并進行仿真實驗&l

5、t;/p><p>　　6 電路性能分析：輸出波形、器件上波形、參數(shù)的變化、諧波分析、故障分析等</p><p><b>　　四 仿真軟件的使用</b></p><p>　　1 MATLAB (推薦)</p><p>　　Simulink 是The Math Works公司的產品，可在MATLAB環(huán)境下建立系統(tǒng)框圖和仿真的模

6、塊庫，其功能非常強大，可用于電力電子系統(tǒng)的仿真，模塊庫中提供了大量的電力電子模型。</p><p>　　其具體使用方法和相關電力電子模型的建立、仿真等請參閱課程設計教材。</p><p><b>　　2 PSPICE</b></p><p>　　在電力電子系統(tǒng)中，需要應用大功率開關器件，因此對工程技術人員來說對所設計的電路最好能通過計算機分析

7、和仿真，不斷修改和完善電路，這樣做的好處可避免元器件損耗，節(jié)省費用，縮短設計周期，優(yōu)化電路設計。不過計算機分析和仿真只能作為一個工具，電路是否真正達到要求的性能指標，最終還必須通過實際試驗來檢驗。</p><p>　　PSPICE (PersonaI Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis)是 Microsim 公司的產品，它能在PC機上工作

8、。特點是精度高，圖形功能強，應用廣。</p><p>　　學生可選擇一種仿真工具進行本次課程設計。</p><p>　　五 撰寫課程設計報告</p><p>　　課程設計報告必須包括以下方面的內容：</p><p>　　1 課程設計報告的題目</p><p><b>　　2 課程設計的內容</b>

9、</p><p>　　3 所設計電路的工作原理(包括電路原理圖、理論波形)</p><p><b>　　4 電路的設計過程</b></p><p><b>　　5 各參數(shù)的計算</b></p><p>　　6 仿真模型的建立，仿真參數(shù)的設置</p><p>　　7 進行仿真實

10、驗，列舉仿真結果</p><p>　　8 對仿真結果的分析</p><p><b>　　9 結論</b></p><p>　　六 課程設計提交內容</p><p>　　1 課程設計報告(包括紙版和電子版)</p><p>　　2 仿真模型(電子版)</p><p><

11、b>　　目錄</b></p><p>　　1引言………………………………………………………………………………1</p><p>　　1.1逆變的應用………………………………………………………………………………1</p><p>　　1.2逆變的分類………………………………………………………………………………1</p><p>

12、;　　1.3有源逆變產生的條件……………………………………………………………………1</p><p>　　2主電路設計及工作原理…………………………………………………………2</p><p>　　2.1總體框架圖……………………………………………………………………2</p><p>　　2.2主體電路圖……………………………………………………………………2</

13、p><p>　　2.3 工作原理………………………………………………………………………3</p><p>　　3單元電路設計……………………………………………………………………3</p><p>　　3.1 觸發(fā)電路………………………………………………………………………………3</p><p>　　3.2波形觀察電路………………………………………

14、…………………………………4</p><p>　　3.3設計電路圖……………………………………………………………………………5</p><p>　　4參數(shù)計算…………………………………………………………………………5</p><p>　　5仿真波形圖………………………………………………………………………6</p><p>　　5.1阻感負載…

15、……………………………………………………………………………6</p><p>　　5.2電阻負載………………………………………………………………………………7</p><p>　　5.3波形分析………………………………………………………………………………8</p><p>　　6結論………………………………………………………………………………9</p>

16、<p>　　7參考文獻…………………………………………………………………………9</p><p><b>　　1 引言</b></p><p><b>　　1.1逆變的應用</b></p><p>　　隨著科技的快速發(fā)展，逆變電路已經越來越多的出現(xiàn)在人們的生活中。目前，逆變電路的已經在很多領域應用到，比如電

17、腦、電視、洗衣機、空調、家庭影院、電動砂輪、電動工具、縫紉機、錄像機、按摩器、風扇、照明、交流電機調速用變頻器、不間斷電源、感應加熱電源等電力電子裝置的核心部分都是逆變電路。它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換為頻率和電壓都任意可調的交流電源。。</p><p><b>　　1.2逆變的分類</b></p><p>　　逆變與整流相對應，是

18、把直流電能經過直交變換，向交流電源反饋能量的變換電路。當交流側接電網(wǎng)，稱為有源逆變，當交流側接負載，稱為無源逆變。當直流側是電壓源，稱為電壓源型逆變電路，當直流側是電流源，又稱為電流源型逆變電路，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。全控整流電路既能工作在整流方式，又能工作在有源逆變方式，即電路在一定條件下，電能從AC—DC；在另外條件下，電能又可以從DC返回AC。</p><p>　　

19、1.3 有源逆變產生的條件</p><p>　?。?）負載側存在一個直流電源E，由它提供能量，其電勢極性與變流器的整流電壓相反，對晶閘管為正向偏置電壓。</p><p>　　（2）變流器在其直流側輸出應有一個與原整流電壓極性相反的逆變電壓u，其平均值U<E，以吸收能量，并將其能量饋送給直流電源。</p><p>　?。?）晶閘管的控制角α>90 

20、6;，使輸出電壓為負值。</p><p>　　2主電路設計及工作原理</p><p><b>　　2.1總體框架圖</b></p><p>　　總體工作原理說明，交流電給主電路的晶閘管和觸發(fā)電路供電，觸發(fā)電路觸發(fā)晶閘管導通，由于直流電源電壓大于交流電源平均電壓，故能量由直流電源側流向交流電源側。</p><p>　　2.

21、2主體電路圖（用protues繪制）</p><p><b>　　圖2 主電路圖</b></p><p>　　主電路分析，由3個相位依次相差120的交流電源組成三相交流電源，并分別于三個晶閘管相連，三個晶閘管共陰極連接，負載為電阻、電感、直流電源，直流電源與晶閘管正向導通方向一致。</p><p><b>　　2.3 工作原理<

22、/b></p><p>　　三相半波有源逆變電路帶電阻電感負載時，負載直流電源對晶閘管正向偏置電壓，電路觸發(fā)脈沖控制角移相范圍在之間，即逆變角范圍是。在某時刻（本題）VT1觸發(fā)導通，由于直流電源的作用，即使VA相電壓為負，VT1仍能導通。接下來VT2，VT3依次落后導通。VT1、VT2、VT3依次導通,因為直流電源電壓大于交流電源平均電壓，電能由直流轉換為交流，實現(xiàn)了有源逆變。</p><

23、;p><b>　　3 單元電路設計</b></p><p><b>　　3.1 觸發(fā)電路</b></p><p>　　觸發(fā)脈沖的寬度應保證晶閘管開關可靠導通（門極電流應大于擎柱電流），觸發(fā)脈沖應有足夠的幅度，不超過門極電壓、電流和功率，且在可靠觸發(fā)區(qū)域之內，應有良好的抗干擾性能、溫度穩(wěn)定性及與主電路的電氣隔離。晶閘管可控整流電路，通過控制

24、觸發(fā)角a的大小即控制觸發(fā)脈沖起始相位來控制輸出電壓大小。為保證相控電路正常工作，很重要的是應保證按觸發(fā)角a的大小在正確的時刻向電路中的晶閘管施加有效的觸發(fā)脈沖。</p><p><b>　　圖3觸發(fā)電路</b></p><p><b>　　3.2波形觀察電路</b></p><p>　　控制輸出電壓大小。為保證相控電路正

25、常工作，很重要的是應保證按觸發(fā)角a的大小在正確的時刻向電路中的晶閘管施加有效的觸發(fā)脈沖。</p><p>　　如上圖為觸發(fā)電路。由三片集成觸發(fā)電路芯片KJ004和一片集成雙脈沖發(fā)生器芯片KJ041形成六路脈沖，再由六個晶閘管進行脈沖放大，即構成完整的觸發(fā)電路產生的觸發(fā)信號用接插線與主電路各晶閘管鏈接。該電路可分為同步、鋸齒波形成、移相、脈沖形成、脈沖分選及脈沖放大幾個環(huán)節(jié)。</p><p>

26、;　　在物理學上常用的觀察波形的器件是示波器，在matlab軟件中，也是使用虛擬的scope（示波器）作為電路的輸出波形觀察裝置。</p><p>　　示波器是一種用途十分廣泛的電子測量儀器。它能把肉眼看不見的電信號變換成看得見的圖象，便于人們研究各種電現(xiàn)象的變化過程。示波器利用狹窄的、由高速電子組成的電子束，打在涂有熒光物質的屏面上，就可產生細小的光點。在被測信號的作用下，電子束就好像一支筆的筆尖，可以在屏面上

27、描繪出被測信號的瞬時值的變化曲線。利用示波器能觀察各種不同信號幅度隨時間變化的波形曲線，還可以用它測試各種不同的電量，如電壓、電流、頻率、相位差、調幅度等等。</p><p>　　在軟件中，將需要觀察的物理量通過電壓表或電流表進行量化，然后將電壓表或電流表的輸出段端接到示波器的輸入端，通過運行，便可直觀的看到所要測得的器件兩端的物理量。</p><p><b>　　3.3設計電路

28、圖</b></p><p><b>　　原理圖</b></p><p><b>　　4 參數(shù)計算</b></p><p>　　實驗電源選擇 100V/50HZ三相電源，相位互差120度。</p><p><b>　　晶閘管參數(shù)設置</b></p>&

29、lt;p>　　Ron=0.001Ω，Lon=0.5mH,Vf=0V,Rs=10Ω,Cs=4.7*10-6F</p><p><b>　　負載參數(shù)的設置</b></p><p>　　阻感負載R=6Ω，L=0.08H,C=inf</p><p><b>　　電阻負載R=6Ω</b></p><p>

30、;　　直流電源DC=120V</p><p>　　脈沖發(fā)射器模塊（pulse）的參數(shù)設置</p><p>　　當a=60度，pulse延遲0.00500s，pulse1延遲0.01167s，pulse2延遲0.01833s；</p><p>　　當a=90度，pulse延遲0.00667s，pulse1延遲0.01333s，pulse2延遲0.02000s；<

31、/p><p>　　當a=120度，pulse 延遲 0.00833s，pulse1 延遲 0.01500s，pulse2 延遲0.021667s。</p><p>　　周期T=0.02s，脈寬10%，高度為1。</p><p><b>　　5仿真波形圖</b></p><p><b>　　5.1阻感負載</b

32、></p><p><b>　　a=120度</b></p><p><b>　　a=90度</b></p><p><b>　　a=60度</b></p><p><b>　　5.2電阻負載</b></p><p><

33、b>　　a=60度</b></p><p><b>　　a=90度</b></p><p><b>　　a=120度</b></p><p><b>　　5.3 波形分析</b></p><p>　　根據(jù)上面的波形圖，可以看出在輸入電源的正弦波一個周期內，輸出

34、波有三個周期。由此可知，圖形中的三個晶閘管分別各自輪流導通，導通時間是120°，關斷時間240。并有3個觸發(fā)脈沖。波形上輸出電壓在負半軸，與逆變結果相應。阻感負載時由于負載接大電感，輸出電流波形近似直線。</p><p><b>　　6結論</b></p><p>　　有源逆變電路實質上是整流電路工作于移相控制角大于90度，且存在一個極性與晶閘管到同方向一致

35、的反電動勢時的特殊情況，a=90度時是整流與逆變交界時的波形。</p><p>　　通過此次課程設計，我從不懂到逐漸了解，再到基本學會使用Matlab仿真，它是與我們專業(yè)密切聯(lián)系的軟件。其中掌握了用Matlab對電力電子電路進行仿真，觀察波形，調整參數(shù)等操作。當然這次實驗有遇到了不少的困難，也出現(xiàn)了不少的錯誤，反映出基礎知識的某些地方還有薄弱的地方。通過自己查找資料，苦心探索實踐，與同學討論學習，使我進步了許多，

36、學到了很多東西。不論是在基礎理論上還是思維能力、動手能力上都有了比較大的提高。很高興有這么一次課程設計的機會，我想它將對以后的學習和今后的工作帶來一定的好處。</p><p>　　電力電子技術既是一門技術基礎課程，也是實用性很強的一門課程。因此，電力電子裝置的應用是十分重要的。電力電子裝置提供給負載的是各種不同的直流電源，恒頻交流電源和變頻交流電源，因此也可以說電力電子技術研究的也是電源技術。</p>

37、<p><b>　　7參考文獻</b></p><p>　　[1] 電力電子電路的計算機仿真 陳建業(yè) 編著 北京 清華大學出版社 2003</p><p>　　[2] 電路和系統(tǒng)的仿真實踐 張占松 編著 北京 科技出版社 2000</p><p>　　[3] 電子電路CAD—基于O

38、rCAD9.2賈新章 編著 西安 西安電子科技大學出版社 2002</p><p>　　[4] Pspice 8.0電路設計實例精粹 高偉濤 編著 北京 國防工業(yè)出版社 2001</p><p>　　[5] MATLAB 電子仿真與應用 韓利竹 編著 北京 國防工業(yè)出版社</p><p>　　[6] 開關電源的原理與設