单相桥式有源逆变电路设计.doc

单相桥式有源逆变电路设计 1 长江职业学院长江职业学院 电力电子技术课程设计报告 学 院 机电学院 学生姓名 余鸿 指导教师 李莎 专 业 电气自动化 班 级 电气 1401 日 期 2015 12 单相桥式有源逆变电路设计 摘要 整流与逆变一直都是电力电子技术的热点之一 桥式整流是利用二极 管的单向导通性 进行整流的最常用的电路 常用来将交流电转化为直流电 从整流状态变到有源逆变状态 对于特定的实验电路需要恰到好处的时机和 条和方法已成熟十几年了 随 件 基本原理 着我国交直流变换器市场迅猛 单相桥式有源逆变电路设计 2 发展 与之相应的核型技术应用于发展比较将成为业内企业关注的焦点 在逆变电路中 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 称之为有源逆变电路 相应的装置称为有源逆变器 关键词 整流 逆变 桥式 有源逆变 1 前言 目前 整流设备的发展具有下列特点 传统的相控整流设备已经被先进的 高频开关整流设备所取代 系统的设计已经由固定式演化成模块化 以适应各 种等级 各种模块通信设备的要求 加上阀控式密封铅酸蓄电池的广泛应用 为分散供电创造了条件 从而大大提高了通信网运行可靠和通信质量 高频开 关整流器采用模块化设计 N1 配置和热插拨技术 方便了系统的扩展 有利于 设备的维护 由于整流设备和配电设备等配备了微机监控器 使系统设备具有 了智能化管理功能和故障保护及自保护功能 新旗舰 新技术 新材料的应用 使高频开关整流器跃上了一个新台阶 逆变与整流相对应 直流电变成交流电 交流侧接电网 为有源逆变 交流侧接负载 为无源逆变 有源逆变的条件 负载侧存在一个直流电源 E 由他提供能量 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 变流器在起直流侧输出应有一个与原整流电 压相反的逆变电压 U 其平均值 U E 以吸收能量 并将其能量馈送给交流电源 逆变电路的分类 根据直流侧的电源的性质不同 直流侧是电流源 电流型逆 变电路 又称为电流型逆变电路 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 电压型逆变电路的特点 输出电流波形随负载 而变 只有单方向传递功率的功能 故障电流较难抑制 单相桥式有源逆变电路设计 3 2 设计方案及其原理 图 图 2 1 系统方框图 图 2 2 等效电路及波形图 当开关 S1 S4 闭合 S2 S3 断开时 负载电压uo 为正 当开关 S1 S4 断开 S2 S3 闭合时 uo 为负 如此交替进行下去 就在负载上得到了由直流 电变换的交流电 uo 的波形如上图 b 所示 输出交流电的频率与两组开关的 切换频率成正比 这样就实现了直流电到交流电的逆变 t b a uo t3t2t1 io uo O Z uo io Ud S3 S2 S4 S1 单相桥式有源逆变电路设计 4 图 2 3 电压型单相全桥逆变电路 图 2 3 电路图 它共有 4 个桥臂 可以看成由两个半桥电路组合而成 两对桥臂交替导通 180 输出电压和电流波形与半桥电路形状相同 幅值高出一倍 改变输出交 流电压的有效值只能通过改变直流电压Ud 来实现 可采用移相方式调节逆变电 路的输出电压 称为移相调压 各栅极信号为 180 正偏 180 反偏 且 T1 和 T2 互补 T3 和 T4 互补关系不变 T3 的基极信号只比 T1 落后 q 0 q 180 T3 T4 的栅极信号分别比 T2 T1 的前移 180 q uo 成为正负各为 q 的脉冲 改变 q 可调节输出电压有效值 3 仿真概念及其原理简述 3 1 基本概念 所谓系统仿真 system simulation 就是根据系统分析的目的 在分析 系统各要素性质及其相互关系的基础上 建立能描述系统结构或行为过程的 且具有一定逻辑关系或数量关系的仿真模型 据此进行试验或定量分析 以获 得正确决策所需的各种信息 单相桥式有源逆变电路设计 5 3 2 系统仿真的实质 1 它是一种对系统问题求数值解的计算技术 尤其当系统无法通过建立数 学模型求解时 仿真技术能有效地来处理 2 仿真是一种人为的试验手段 它和现实系统实验的差别在于 仿真实验 不是依据实际环境 而是作为实际系统映像的系统模型以及相应的 人造 环 境下进行的 这是仿真的主要功能 3 3 系统仿真的作用 1 仿真的过程也是实验的过程 而且还是系统地收集和积累信息的过程 尤其是对一些复杂的随机问题 应用仿真技术是提供所需信息的唯一令人满意 的方法 2 对一些难以建立物理模型和数学模型的对象系统 可通过仿真模型顺利 地解决预测 分析和评价等系统问题 3 通过系统仿真 可以把一个复杂系统降阶成若干子系统以便于分析 4 通过系统仿真 能启发新的思想或产生新的策略 还能暴露出原系统中 隐藏着的一些问题 以便及时解决 3 4 系统仿真的方法 系统仿真的基本方法是建立系统的结构模型和量化分析模型 并将其转换 为适合在计算机上编程的仿真模型 然后对模型进行仿真实验 由于连续系统 和离散 事件 系统的数学模型有很大差别 所以系统仿真方法基本上分为两大 类 即连续系统仿真方法和离散系统仿真方法 在以上两类基本方法的基础上 还有一些用于系统 特别是社会经济和管理系统 仿真的特殊而有效的方法 如 系统动力学方法 蒙特卡洛法等 系统动力学方法通过建立系统动力学模型 流图等 利用 DYNAMO 仿真语言在计算机上实现对真实系统的仿真实验 从而 研究系统结构 功能和行为之间的动态关系 单相桥式有源逆变电路设计 6 4 逆变失败原因及消除方法 有源逆变失败 逆变颠覆 是指逆变时 一旦换相失败 外接直流电源就 会通过晶闸管电路短路 或使变流器的输出平均电压和直流电动势变成顺向串 联 形成很大短路电流 防止逆变失败的方法 采用精确可靠的触发电路 使 用性能比较好的的晶闸管 保证交流电源的质量 流出足够的逆变角 等 5 参数计算 由题意得 U2 50V 35 P 200W E 70V Ud 0 9U2cos 0 9 50 cos145 36 86 V 公式 1 Id Ud E R 公式 2 P EId Id2R 公式 3 联立公式 1 2 3 得 R 6 199 Id 5 35A 晶闸管原件的额定电压为U2 70 71V 取 2 3 倍的安全储备电压 并考虑 2 晶闸管额定电压系取 200V 单相桥式有源逆变电路设计 7 晶闸管元件额定电压 IT 由查表得 Kf IVT Id 2 2 IT KfId 1 57 2 41A 取 2 倍电流安全储备并考虑晶闸管原件额定电流系列取 5 A 6 实验电路原理及结果图 图 6 1 实验原理图 单相桥式有源逆变原理图说明 负载侧存在一个直流电源 E 70V 由 单相桥式有源逆变电路设计 8 他提供能量 其电势极性与单相桥式的整流电压相反 对晶闸管为正向偏置 电压 在前半个周期延迟角为 135 度时 D1 D3 导通 后半个周期 D2 D4 导 通 如此循环 单相桥式在直流侧输出有一个与原整流电压相反的逆变电压 Ud 36 86V 其平均值 Ud E 以吸收能量 并将其能量馈送给交流电源 从 而实现单相桥式的有源逆变 图 6 2 晶闸管 1 和 3 门极 电源参数 单相桥式有源逆变电路设计 9 图 6 3 晶闸管 2 和 4 门极触发电源参数 触发电路的原理 为简便起见 我们采用了脉冲信号发生器作为晶闸管 的触发信号 其参数设定如上两图所示 其中 1 3 和 2 4 的参数只有延迟 时间不同 相差半个周期 这样就使得两组晶闸管不同时触发 最重要的是 脉冲信号发生器的频率和交