单项桥式逆变电路课程设计说明书.doc

《电力电子技术》课程设计说明书

单相桥式逆变电路的设计


摘要
本次课程设计的目的是设计一直流输入电压100V,要求输出电压频率范围在30~60HZ,电压30~50V范围可调的交流电压的电路。
本次设计的单项桥式逆变电路是由四只晶闸管构成,将直流电压逆变成为交流电压并将它加载到负载电路,负载电路是由感应线圈和补偿电容组成的串联振荡电路,我们通过负载电路来调整电压的频率和幅度,来达到逆变及频率、幅度可调的目的。由于晶闸管逆变装置在逆变过程中会产生过电压、过电流,故又对单相交流调压电路设计了一套保护电路。
在进行主电路的设计时,根据主电路的输入、输出参数来确定各个电力电子器件的参数,并进行器件的选择,已便设计的主电路能够达到要求的设计指标,并完成相应的功能。在本次课程设计中,我担任的是主电路及保护电路等电路的设计。
关键词:PWM;晶闸管;桥式逆变
目录
1 绪论 1
2 总体方案设计 2
2
方案选择 2
3 主电路的设计 3
主电路原理 3
主要元器件选择 4
4 控制与驱动电路的设计 6
控制电路的设计 6
7
5 保护电路的设计 9
9
过电压保护 10
6 仿真及结果分析 12
仿真软件介绍 12
仿真及结果分析 12
总结 16
参考文献 17
附录 18
1 绪论
电力电子技术是利用电力电子器件对电能进行控制和转换的学科。它包括电力电子器件、变流电路和控制电路三个部分,是电力、电子、控制三大电气工程技术领域之间的交叉学科。随着科学技术的发展,电力电子技术由于和现代控制理论、材料科学、电机工程、微电子技术等许多领域密切相关,已逐步发展成为一门多学科相互渗透的综合性技术学科。
随着电力电子技术的飞速发展,正弦波输出变压变频电源已被广泛应用在各个领域中,与此同时对变压变频电源的输出电压波形质量也提出了越来越高的要求。对逆变器输出波形质量的要求主要包括两个方面:一是稳态精度高;二是动态性能好。因此,研究开发既简单又具有优良动、静态性能的逆变器控制策略,已成为电力电子领域的研究热点之一。电力电子器件的发展经历了晶闸管(SCR)、可关断晶闸管(GTO)、晶体管(BJT)、绝缘栅晶体管(IGBT)等阶段。目前正向着大容量、高频率、易驱动、低损耗、模块化、复合化方向发展,与其他电力电子器件相比,IGBT具有高可靠性、驱动简单、保护容易、不用缓冲电路和开关频率高等特点,为了达到这些高性能,采用了许多用于集成电路的工艺技术,如外延技术、离子注入、精细光刻等。IGBT最大的优点是无论在导通状态还是短路状态都可以承受电流冲击。它的并联不成问题,由于本身的关断延迟很短,其串联也容易。尽管IGBT模块在大功率应用中非常广泛,但其有限的负载循环次数使其可靠性成了问题,其主要失效机理是阴极引线焊点开路和焊点较低的疲劳强度,另外绝缘材料的缺陷也是一个问题。在现有的正弦波输出变压变频电源产品中,为了得到SPWM波,一般都采用双极性调制技术。该调制方法的最大缺点是它的4个功率管都工作在较高频率(载波频率),从而产生了较大的开关损耗,开关频率越高,损耗越大。本次课程设计研究单相桥式PWM逆变电路,通过该电路实现逆变电源变压、变频输出。
2 总体方案设计


单相桥式整流电路可分为单相桥式相控整流电路和单相桥式半控整流电路,它们所连接的负载性质不同就会有不同的特点。下面分析两种单相桥式整流电路在带电感性负载的工作情况。
单相半控整流电路的优点是:线路简单、调整方便。弱点是:输出电压脉动冲大,负载电流脉冲大(电阻性负载时),且整流变压器二次绕组中存在直流分量,使铁心磁化,变压器不能充分利用。而单相全控式整流电路具有输出电流脉动小,功率因数高,变压器二次电流为两个等大反向的半波,没有直流磁化问题,变压器利用率高的优点。
方案选择
单相全控式整流电路其输出平均电压是半波整流电路2倍,在相同的负载下流过晶闸管的平均电流减小一半;且功率因数提高了一半。
单相半波相控整流电路因其性能较差,实际中很少采用,在中小功率场合采用更多的是单相全控桥式整流电路。
根据以上的比较分析因此选择的方案为单相全控桥式整流电路(负载为阻感性负载)。
3 主电路的设计
主电路原理

主电路图如图1:
图1 主电路图
主电路原理及说明
在单相桥式全控整流电路中,晶闸管VT1和VT4组成一对桥臂,VT2和VT3组成一对桥臂。在U2的正半周期,触发角α处给晶闸管VT1和VT4加触发脉冲使其开通, =u2。负