1、電子技術課程設計說明書三相半波有源逆變電路設計學生姓名： 學號：學 院：信息和通信工程體院專 業：電氣工程及其自動化 指導教師：石喜玲2013年1月 中北大學 電子技術課程設計任務書2012/2013 學年第 一 學期學 院：信息和通信工程學院電氣工程及其自動化學生姓名： 課程設計題目：起迄日期： 課程設計地點： 指導教師: 系主任：學號：三相半波有源逆變電路設計12 月24日 01月4日電氣工程系軟件實驗室石喜玲王忠慶下達任務書日期：2012 年12月24日課程設計任務書1. 設計目的:1. 加深理解電力電子技術課程的基本理論2. 掌握電力電子電路的一般設計方法，具備初步的獨立設計能力3.

2、學習MATLA仿真軟件及各模塊參數的確定2. 設計內容和要求（包括原始數據、技術參數、條件、設計要求等）：設計條件：1電源電壓：三相交流 U2: 100V/50HZ2.負載參數：R = ，直流電動勢Em =150V3逆變角30°4.阻感負載根據課程設計題目和設計條件，說明主電路的工作原理、計算選擇元器件參數。設 計內容包括：1.晶閘管電流、電壓額定參數選擇2.觸發電路的設計3. 設計工作任務及工作量的要求包括課程設計計算說明書（論文）、圖紙、實物樣品等：1根據設計題目要求的指標，通過查閱有關資料分析其工作原理，確定各器件參 數，設計電路原理圖；2利用MATLA仿真軟件繪制主電路結構模

3、型圖，設置相應的參數。3用示波器模塊觀察和記錄電源電壓、觸發信號、晶閘管電流和電壓，負載電流和 電壓的波形圖。課程設計任務書4. 主要參考文獻：1 .王兆安.電力電子技術機械工業出版社.20092 .李傳琦.電力電子技術計算機仿真實驗.電子工業出版社.20053 .洪乃剛.電力電子和電力拖動控制系統的 MATLA仿真.機械工業出版社.20064 .鐘炎平.電力電子電路設計.華中科技大學出版社.20105. 設計成果形式及要求：1. 電路原理圖及各器件參數計算2. MATLA 仿真3. 編寫課程設計報告。6. 工作計劃及進度：2012年12月24日 12月25日 設計電路，計算參數12月26日

4、12月31日 對設計的電路進行 MATLA仿真2013年01月01日 01月04日編寫課程設計說明書，答辯或成績考核系主任審查意見：簽字：年 月曰目錄1 引言 11.1逆變的使用 11.2逆變的分類 11.3有源逆變產生的條件 12主電路設計及工作原理 22.1總體框架圖 22.2主體電路圖 22.3工作原理 33 單元電路設計 33.1觸發電路 33.2波形觀察電路 43.3設計電路圖 54參數計算 55仿真波形圖 66數據分析 77心得體會 7參考文獻 71引言1.1逆變的使用隨著科技的快速發展，逆變電路已經越來越多的出現在人們的生活中。目前，逆變電路的已經在很多領域使用到，比如電腦、電視

5、、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。1.2逆變的分類逆變和整流相對應，是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，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

6、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ACC1.3有源逆變產生的條件（1）負載側存在一個直流電源 E,由它提供能量，其電勢極性和變流器 的整流電壓相反，對晶閘管為正向偏置電壓。（2 ）變流器在其直流側輸出應有一個和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。（3）晶閘管的控制角a >90。，使輸出電壓為負值。2主電路設計及工作原理2.1總體框架圖能量傳遞方向心一圖1總體框架圖總體工作原理說明，交流電給主電路的晶閘管和觸發電路供電，觸發電 路觸發晶閘管導通，由于直流電源電壓大于交流

7、電源平均電壓，故能量由直 流電源側流向交流電源側。2.2主體電路圖（用protues繪制）圖2主電路圖主電路分析，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，直流電源和晶閘管正向導通方向一致。2.3工作原理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

8、源平均電壓，電能由直流轉換為交流，實現了有源逆變。3單元電路設計3.1觸發電路觸發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 觸發區域之內，應有良好的抗干擾性能、溫度穩定性及和主電路的電氣隔離。 晶閘管可控整流電路，通過控制觸發角a的大小即控制觸發脈沖起始相位來圖3觸發電路控制輸出電壓大小。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脈沖。如上圖為觸發電路。由三片集成觸發電路芯片KJ004和一片集成雙脈沖發生器芯片KJ041形成六路脈沖，再由六個晶閘管進行脈

9、沖放大，即構成完 整的觸發電路產生的觸發信號用接插線和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節。本題仿真時采用了 sy nchro nized 6-pluse gen erator作為題中的三個晶閘管的觸發脈沖輸入電路，初始觸發脈沖設為150度角，選擇1,3,5觸發信號接入。芯片會自動給各個晶閘管提供所需要的觸發脈沖，使晶閘管在需f 14 idH為砒 礙膝沖輸iidni-o獰為柿帛中詠沖轍入、h ARn n nKJtMi卑VTiVI.要導通的時候導通，以確保電路的正常運行3.2波形觀察電路在物理學上常用的觀察波形的器件是示波器，在matla

10、b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！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。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

11、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！3.3設計電路圖圖4原理圖4參數計算實驗電源選擇市電(AC220V/50HZ)經過變壓器降壓至100V/50HZ，負載電阻R=5“，直流電動勢Em =150V，逆變角 一 30，即。根據實驗測得的波形可以求得如下參數：輸出平均電壓：-7-= 1.17=1.17=-101.3V輸出平均電流：晶閘管額定電流選取：=5.6A考慮晶閘管有2倍左右的電流儲備，額定電流取7A晶閘管額定電壓選?。壕чl管承受最大反向電壓為，考慮晶閘管有2-3倍左右的電壓儲備，取5仿真波形圖圖5電源電壓及觸發信號波形圖圖6晶閘管電壓和電流波形圖6 數據分析根據

12、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個觸發脈沖。波形上輸出電壓在負半軸， 和逆變結果相應。由于負載接大電感，輸出電流波形近似直線。從圖上讀取 為9V左右，和計算相近。從波形圖上讀取晶閘管承受的最大電壓大約250V,和計算結果相近。7心得體會通過此次課程設計，我從完全不懂到逐漸了解，再到基本學會使用Matlab仿真，它是和我們專業密切聯系的軟件。其中掌握了用Matlab對電 力電子電路進行仿真，觀察波形，調整參數等操作。當然這次實驗有遇到了 不少的困難，也出現了不少的錯誤

13、，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，和同學討論學習，使我進步了許多，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。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，電力電子裝置的使用是十分重要的。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。參考文獻1. 冷增祥 . 電力電子技術 . 東南大學出版社 .20082. 王兆安 . 電力電子技術 . 機械工業出版社