电力电子技术课程设计-- 三相半波有源逆变电路研究.doc

电力电子技术课程设计 班 级 建电1001 学 号 *姓 名 *扬州大学信息工程学院电气及自动化工程二零一三年一月任务书一 课程设计的目的与要求1进一步熟悉和掌握电力电子原器件的特性；2进一步熟悉和掌握电力电子电路的拓扑结构和工作原理；3掌握电力电子电路设计的基本方法和技术，掌握有关电路参数的计算方法；4培养对电力电子电路的性能分析的能力；5培养撰写研究设计报告的能力。通过对一个电力电子电路的初步设计，巩固已学的电力电子技术课程的理论知识，提高综合应用能力，为今后从事电力电子装置的设计工作打下基础。二 课程设计题目 三相半波有源逆变电路研究 三 课程设计的内容1 主电路方案确定 2 绘制电路原理图、分析理论波形3 器件额定参数的计算4 建立仿真模型并进行仿真实验6 电路性能分析：输出波形、器件上波形、参数的变化、谐波分析、故障分析等四 仿真软件的使用1 MATLAB (推荐)Simulink 是The Math Works公司的产品，可在MATLAB环境下建立系统框图和仿真的模块库，其功能非常强大，可用于电力电子系统的仿真，模块库中提供了大量的电力电子模型。其具体使用方法和相关电力电子模型的建立、仿真等请参阅课程设计教材。2 PSPICE在电力电子系统中，需要应用大功率开关器件，因此对工程技术人员来说对所设计的电路最好能通过计算机分析和仿真，不断修改和完善电路，这样做的好处可避免元器件损耗，节省费用，缩短设计周期，优化电路设计。不过计算机分析和仿真只能作为一个工具，电路是否真正达到要求的性能指标，最终还必须通过实际试验来检验。PSPICE (PersonaI Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis)是 Microsim 公司的产品，它能在PC机上工作。特点是精度高，图形功能强，应用广。学生可选择一种仿真工具进行本次课程设计。五 撰写课程设计报告课程设计报告必须包括以下方面的内容：1 课程设计报告的题目2 课程设计的内容3 所设计电路的工作原理(包括电路原理图、理论波形)4 电路的设计过程5 各参数的计算6 仿真模型的建立，仿真参数的设置7 进行仿真实验，列举仿真结果8 对仿真结果的分析9 结论六 课程设计提交内容1 课程设计报告(包括纸版和电子版)2 仿真模型(电子版)9目录1引言11.1逆变的应用11.2逆变的分类11.3有源逆变产生的条件12主电路设计及工作原理22.1总体框架图22.2主体电路图22.3 工作原理33单元电路设计33.1 触发电路33.2波形观察电路43.3设计电路图54参数计算55仿真波形图65.1阻感负载65.2电阻负载75.3波形分析86结论97参考文献91 引言1.1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。1.2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。1.3 有源逆变产生的条件（1）负载侧存在一个直流电源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U90 ，使输出电压为负值。2主电路设计及工作原理2.1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。2.2主体电路图（用protues绘制）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，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。2.3 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。3 单元电路设计3.1 触发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。图3触发电路3.2波形观察电路控制输出电压大小。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。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。3.3设计电路图原理图4 参数计算(1) 实验电源选择 100V/50HZ三相电源，相位互差120度。(2) 晶闸管参数设置Ron=0.001，Lon=0.5mH,Vf=0V,Rs=10,Cs=4.7*10-6F(3) 负载参数的设置a) 阻感负载R=6，L=0.08H,C=infb) 电阻负载R=6(4) 直流电源DC=120V(5) 脉冲发射器模块（pulse）的参数设置当a=60度，pulse延迟0.00500s，pulse1延迟0.01167s，pulse2延迟0.01833s；当a=90度，pulse延迟0.00667s，pulse1延迟0.01333s，pulse2延迟0.02000s；当a=120度，pulse 延迟 0.00833s，pulse1 延迟 0.01500s，pulse2 延迟0.021667s。周期T=0.02s，脉宽10%，高度为1。5仿真波形图5.1阻感负载a=120度a=90度a=60度5.2电阻负载a=60度a=90度a=120度5.3 波形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。阻感负载时由于负载接大电感，输出电流波形近似直线。6结论有源逆变电路实质上是整流电路工作于移相控制角大于90度，且存在一个极性与晶闸管到同方向一致的反电动势时的特殊情况，a=90度时是整流与逆变交界时的波形。通过此次课程设计，我从不懂到逐渐了解，再到基本学会使用Matlab仿真，它是与我们专业密切联系的软件。其中掌握了用Matlab对电力电子电路进行仿真，观察波形，调整参数等操作。当然这次实验有遇到了不少的困难，也出现了不少的错误，反映出基础知识的某些地方还有薄弱的地方。通过自己查找资料，苦心探索实践，与同学讨论学习，使我进步了许多，学到了很多东西。不论是在基础理论上还是思维能力、动手能力上都有了比较大的提高。很高兴有这么一次课程设计的机会，我想它将对以后的学习和今后的工作带来一定的好处。电力电子技术既是一门技术基础课程，也是实用性很强的一门课程。因此，电力电子装置的应用是十分重要的。电力电子装置提供给负载的是各种不同的直流电源，恒频交流电源和变频交流电源，因此也可以说电力电子技术研究的也是电源技术。7参考文献1 电力电子电路的计算机仿真 陈建业 编著 北京