電力電子課程設(shè)計--三相半波有源逆變的研究

1、<p>　　電力電子技術(shù)課程設(shè)計</p><p><b>　　班級 </b></p><p><b>　　姓名 </b></p><p><b>　　二零一三年二月</b></p><p>　　三相半波有源逆變的研究</p><p&g

2、t;<b>　　目錄</b></p><p>　　一、引言····························

3、·················3</p><p>　　二、主電路設(shè)計及工作原理·············

4、3;··············3-5</p><p>　　三、單元電路設(shè)計················

5、3;···················5-7</p><p>　　四、參數(shù)計算············

6、···························7-9</p><p>　　五、仿真波形圖····&

7、#183;·······························9-10</p><p>　　數(shù)據(jù)

8、分析····································&#

9、183;·10-11</p><p>　　七、心得體會·····························&#

10、183;··········11</p><p>　　八、參考文獻(xiàn)·····················

11、;···················12</p><p><b>　　一、引言</b></p><p><b>　?。ㄒ唬┠孀兊膽?yīng)用</b></p

12、><p>　　隨著科技的快速發(fā)展，逆變電路已經(jīng)越來越多的出現(xiàn)在人們的生活中。目前，逆變電路的已經(jīng)在很多領(lǐng)域應(yīng)用到，比如電腦、電視、洗衣機、空調(diào)、家庭影院、電動砂輪、電動工具、縫紉機、錄像機、按摩器、風(fēng)扇、照明、交流電機調(diào)速用變頻器、不間斷電源、感應(yīng)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(zhuǎn)換為頻率和電壓都任意可調(diào)的交流電源。</p>&l

13、t;p><b>　　（二）逆變的分類</b></p><p>　　逆變與整流相對應(yīng)，是把直流電能經(jīng)過直交變換，向交流電源反饋能量的變換電路。當(dāng)交流側(cè)接電網(wǎng)，稱為有源逆變，當(dāng)交流側(cè)接負(fù)載，稱為無源逆變。當(dāng)直流側(cè)是電壓源，稱為電壓源型逆變電路，當(dāng)直流側(cè)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

14、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>　　（三）有源逆變產(chǎn)生的條件</p><p>　　1、負(fù)載側(cè)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(cè)輸出應(yīng)有一個與原整流電壓極性相反的逆變電壓u，其平均值U<

15、E，以吸收能量，并將其能量饋送給直流電源。</p><p>　　3、晶閘管的控制角α>90 °，使輸出電壓為負(fù)值。</p><p>　　二、主電路設(shè)計及工作原理</p><p><b>　?。ㄒ唬┛傮w框架圖</b></p><p><b>　　圖1總體框架圖</b></p>

16、;<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(dǎo)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(cè)流向交流電源側(cè)。</p><p><b>　　（二）主體電路圖</b></p><p><b>　　圖2 主電路圖</b></p><p>　　主電路分析，由3

17、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(fù)載為電阻、電感、直流電源，直流電源與晶閘管正向?qū)ǚ较蛞恢隆?lt;/p><p><b>　?。ㄈ┕ぷ髟?lt;/b></p><p>　　三相半波有源逆變電路帶電阻電感負(fù)載時，負(fù)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）V

18、T1觸發(fā)導(dǎo)通，由于直流電源的作用，即使VA相電壓為負(fù)，VT1仍能導(dǎo)通。接下來VT2，VT3依次落后導(dǎo)通。VT1、VT2、VT3依次導(dǎo)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(zhuǎn)換為交流，實現(xiàn)了有源逆變。</p><p><b>　　三、 單元電路設(shè)計</b></p><p><b>　?。ㄒ唬┯|發(fā)電路</b></p>&l

19、t;p><b>　　圖3 觸發(fā)脈沖電路</b></p><p>　　觸發(fā)脈沖的寬度應(yīng)保證晶閘管開關(guān)可靠導(dǎo)通（門極電流應(yīng)大于擎柱電流），觸發(fā)脈沖應(yīng)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(nèi)，應(yīng)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(yīng)保證按

20、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(gòu)成完整的觸發(fā)電路產(chǎn)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>　　本題仿真時采用了sy

21、nchronized 6-pluse generator作為題中的三個晶閘管的觸發(fā)脈沖輸入電路，初始觸發(fā)脈沖設(shè)為150度角，選擇1,3,5觸發(fā)信號接入。芯片會自動給各個晶閘管提供所需要的觸發(fā)脈沖，使晶閘管在需要導(dǎo)通的時候?qū)ǎ源_保電路的正常運行。</p><p><b>　　（二）波形觀察電路</b></p><p>　　在物理學(xué)上常用的觀察波形的器件是示波器，在m

22、atlab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(zhì)的屏面上，就可產(chǎn)生細(xì)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

23、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(diào)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>　?。ㄈ┰O(shè)計電路圖</b></p>&l

24、t;p><b>　　圖4 原理圖</b></p><p><b>　　四、參數(shù)計算</b></p><p><b>　　（一）交流電源</b></p><p>　　按三相對稱電源要求設(shè)置參數(shù)Um=100V、f=25Hz、初相位依次為0°、-120°、120°。<

25、;/p><p><b>　　（二）晶閘管</b></p><p>　　晶閘管設(shè)置參數(shù)為Ron=0.001Ω、Lon=0.5mH、Vf=0V、Rs=10Ω、Cs=4.7e-6F。</p><p><b>　?。ㄈ㏑LC原件</b></p><p>　　RLC原件設(shè)置參數(shù)為R=5Ω、L=0.08H、C=i

26、nf。</p><p><b>　　（四）直流電源</b></p><p>　　直流電壓源電壓設(shè)置為120V。</p><p><b>　?。ㄎ澹┟}沖發(fā)生器</b></p><p>　　由于電源頻率為50Hz，脈沖設(shè)置為0.04s、脈沖寬度設(shè)置為脈寬的10%、脈沖高度為1，如下圖所示。</p&

27、gt;<p>　　圖5 脈沖參數(shù)設(shè)置</p><p>　　當(dāng)α=60°時，對于Pulse,觸發(fā)脈沖對應(yīng)延遲時間t=αt/360=(60+30)*0.02/360=0.005；對于Pulse1,觸發(fā)脈沖對應(yīng)延遲時間t=αt/360=（90+120）*0.02/360=0.01167；對于Pulse2，觸發(fā)脈沖對應(yīng)延遲時間t=（90+240）*0.02/360=0.01833。</p&

28、gt;<p>　　當(dāng)α=90°時，對于Pulse,觸發(fā)脈沖對應(yīng)延遲時間t=αt/360=(90+30)*0.02/360=0.00667；對于Pulse1,觸發(fā)脈沖對應(yīng)延遲時間t=αt/360=（120+120）*0.02/360=0.01333；對于Pulse2，觸發(fā)脈沖對應(yīng)延遲時間t=（120+240）*0.02/360=0.02。</p><p>　　當(dāng)α=120°時，對于

29、Pulse,觸發(fā)脈沖對應(yīng)延遲時間t=αt/360=(120+30)*0.02/360=0.00833；對于Pulse1,觸發(fā)脈沖對應(yīng)延遲時間t=αt/360=（150+120）*0.02/360=0.015；對于Pulse2，觸發(fā)脈沖對應(yīng)延遲時間t=（150+240）*0.02/360=0.021667。</p><p><b>　　五、仿真波形圖</b></p><p&

30、gt;<b>　?。ㄒ唬│?60?</b></p><p><b>　　圖6 仿真波形圖</b></p><p><b>　?。ǘ│?90?</b></p><p><b>　　圖7 仿真波形圖</b></p><p><b>　?。ㄈ│?1

31、20?</b></p><p><b>　　圖8 仿真波形圖</b></p><p><b>　　六、數(shù)據(jù)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(nèi)，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(dǎo)通，導(dǎo)通時間是120°，關(guān)斷時間240。并有3

32、個觸發(fā)脈沖。波形上輸出電壓在負(fù)半軸，與逆變結(jié)果相應(yīng)。由于負(fù)載接大電感，輸出電流波形近似直線。</p><p>　　由圖a知，變換器輸出電壓Ud 波形的正面積大于負(fù)面積，直流平均電壓大于零。圖b是電路工作在中間狀態(tài)的波形，變換器輸出電壓波形Ud 波形的正面積等于負(fù)面積，直流平均電壓等于零，變化器既不是整流狀態(tài)也不是逆變狀態(tài)。圖c是電路工作在逆變狀態(tài)的波形，變換器輸出電壓波形Ud 波形的正面積小于負(fù)面積，直流平均電壓

33、小于零。由此可知仿真結(jié)果與理論分析吻合較好。</p><p><b>　　七、心得體會</b></p><p>　　經(jīng)過一個星期左右的不斷學(xué)習(xí)、不斷嘗試、不斷提問，電力電子課程設(shè)計終于完成了。課題不是很難，但是由于是第一次接觸這種類型的學(xué)習(xí)過程，所以一開始效率有點低，主要是無從下手，不知該做什么。課程設(shè)計前一天我在網(wǎng)上搜索了很多關(guān)于課題的文檔資料，有一定參照作用，但是

34、也有很多不同之處，比如仿真環(huán)境的不同，參數(shù)設(shè)置方法的不同等，這讓我在設(shè)計過程中意識到理論知識的重要性。</p><p>　　本次課程設(shè)計是理論與實踐相結(jié)合的一次實用性學(xué)習(xí)，要學(xué)會學(xué)以致用，將所學(xué)知識用到實處。熟練應(yīng)用MATLAB以及SIMULINK等仿真軟件是此次課程設(shè)計快速高效完成的關(guān)鍵。學(xué)會利用軟件仿真是我從此次課程設(shè)計中得到的一個重要啟示，因為這將是我們將來學(xué)以致用的關(guān)鍵。</p><p

35、>　　課程設(shè)計時間雖短暫，卻是另一種完全不同的學(xué)習(xí)過程，它讓我意識到理論聯(lián)系實踐的重要性以及應(yīng)用時可能會出現(xiàn)很多意想不到的問題，這些東西不是書本上的知識可以學(xué)到的，而要通過實踐不斷積累經(jīng)驗，不斷虛心請教和學(xué)習(xí)才能真正掌握的，因此以后要積極實驗、實踐，認(rèn)真學(xué)習(xí)這些課本之外的東西。總的來說，課程設(shè)計還是讓我學(xué)到了不少新知識，也有不少新領(lǐng)悟，當(dāng)然，對電力電子及三相半波有源逆變也有了更深層次的認(rèn)識，也讓我對專業(yè)知識有了更高的興趣，希望學(xué)到

36、更多關(guān)于自電力電子和MATLAB的知識，做更多的實踐內(nèi)容。</p><p><b>　　八、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1、冷增祥.電力電子技術(shù).東南大學(xué)出版社.2008</p><p>　　2、王兆安.電力電子技術(shù).機械工業(yè)出版社.2009</p><p>　　3、李傳琦.電力電子技術(shù)計算機仿真實驗.電子工業(yè)