单相电压型全桥逆变电路及其simulink仿真(含开题报告书)

电力电子技术课程设计单相电压型全桥逆变电路及其simulink仿真

开题报告

课题名称：单相电压型全桥逆变电路及其simulink仿真

完成时间：2012.12.14

指导老师：刘彬

(一)简要背景说明

随着电力电子技术的发展，逆变电路具有广泛的应用范围。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。由于电压型逆变电路具有直流侧为电压源或并联大电容，直流侧电压基本无脉动；输出电压为矩形波，输出电流因负载阻抗不同而不同；阻感负载时需要提供无功功率，为了给交流侧向直流侧反馈的无功提供通道，逆变桥各臂并联反馈二极管等特点而具有广泛的应用范围。电压型逆变电路主要用于两方面：①笼式交流电动机变频调速系统。由于逆变电路只具有单方向传递电能的功能，故比较适用于稳态运行、无需频繁起制动和加、减速的场合。②不停电电源。该电源在逆变输入端并接蓄电池，类似于电压源。

图1 单相电压型全桥逆变电路

(二)研究的目的及其意义

在教学及实验基础上，设计单相电压型全桥逆变电路及其控制与保护电路，并通过使用simulink对课程中理论对电路进行仿真实现，进一步了解单相电压型全桥逆变电路的工作原理、波形及计算。

培养学生运用所学知识综合分析问题解决问题的能力。

在电力电子技术的应用中，逆变电路是通用变频器核心部件之一，起着非常重要的作用。逆变电路是与整流电路相对应，把直流电变成交流电的电路。逆变电路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。无源逆变电路的应用非常广泛。在已有的各种电源中，蓄电池、太阳能电池等都是直流电源，当需要这些电源向交流负载供电时，需要通过无源逆变电路；无源逆变电路与其它电力电子变换电路组合形成具有特殊功能的电力电子设备，如无源逆变器与整流器组合为交-直-交变频器(来自交流电源的恒定幅度和频率的电能先经整流变为直流电，然后经无源逆变器输出可调频率的交流电供给负载)。当电网提供的50 Hz 工频电源不能满足负载的需要，就需要用交-直-交变频电路进行电能交换。如感应加热需要较高频率的电源；交流电动机为了获得良好的调速特性需要频率可变的电源。

(三)研究的主要内容

1单相电压型全桥逆变电路的原理。

2单相电压型全桥逆变电路的结构。

3单相电压型全桥逆变电路及其控制电路、保护电路的设计(画出原理图，标明器件的选择)。

4完成单相电压型全桥逆变电路的数学模型的设计。

5建立simulink仿真系统进行建模，并对模型参数进行设置。

6仿真结果与分析。

(四)研究的主要方法和手段

首先建立单相电压型全桥逆变电路的电路拓扑图，在MATLAB中使用simulink工具箱建立相关控制模型，设置模型参数后，通过仿真得到电路的电压、电流结果，并对该结果进行分析。

说明书目录

摘要

--------------------------------------------------------------------------5

第一章设计总体思路

------------------------------------------------------5 一课题概述

----------------------------------------------------

-----5

二设计总体思路

---------------------------------------------------5 第二章基本原理和框图

---------------------------------------------------6

一基本原理

---------------------------------------------------------6 二单相电压型全桥逆变电路分析

----------------------------7

第三章单元电路设计

------------------------------------------------------8 一触发电路

---------------------------------------------------------8 二保护电路

---------------------------------------------------------10 第四章 Simulink仿真

------------------------------------------------------10 一电路模型的建立

-----------------------------------------------10

二各元件的介绍

--------------------------------------------------10

三模型参数的设置

-----------------------------------------------10

四仿真结果

---------------------------------------------------------15

第五章总结与体会

---------------------------------------------------------17

致谢

----------------------------------------------------------------------18

附录一三相整流电路的simulink仿真

-------------------------------19

附录二参考文献

-------------------------------------------------------------25

摘要

逆变电路所谓逆变，就是与整流相反，把直流电转换成某一固定频率或可变频率的交流电(DC/AC)的过程。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件，基本原理和方法已成熟十几年了，随着我国交直流变换器市场迅猛发展，与之相应的核型技术应用于发展比较将成为业内关注的焦点。

第一章设计总体思路

一课题概述

随着电力电子技术的发展，逆变电路具有广泛的应用范围。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。由于电压型逆变电路具有直流侧为电压源或并联大电容，直流侧电压基本无脉动；输出电压为矩形波，输出电流因负载阻抗不同而不同；阻感负载时需要提供无功功率，为了给交流侧向直流侧反馈的无功提供通道，逆变桥各臂并联反馈二极管等特点而具有广泛的应用范围。电压型逆变电路主要用于两方面：①笼式交流电动机变频调速系统。由于逆变电路只具有单方向传递电能的功能，故比较适用于稳态运行、无需频繁起制动和加、减速的场合。②不停电电源。该电源在逆变输入端并接蓄电池，类似于电压源。

二设计基本思路

1主电路的设计

(1)主电路结构设计 (2)主电路保护设计

(3)主电路计算及元器件参数选型

2 Simulink 仿真系统设计

(1)电路模型的建立 (2)各元件的介绍 (3)模型参数的设置 (4)仿真结果

第二章基本原理和框图

一基本原理

逆变电路的基本工作原理:

S1~S4是桥式电路的4个臂，由电力电子器件及辅助电路组成

图2-1 图2-2

逆变电路及其波形举例：

S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压uo 为正 S1、S4断开，S2、S3闭合时，负载电压uo 为负

图2-3

图2-4

改变两

组开关切换频率，可改变输出交流电频率

电阻负载时，负载电流io 和uo 的波形相同，相位也相同阻感负载时，io 相位滞后于uo ，波形也不同

图2-5 图

2-6

a)b)

图5-1u

t1前：S1、S4通，uo 和io 均为正

t1时刻断开S1、S4，合上S2、S3，uo 变负，但io 不能立刻反向

io 从电源负极流出，经S2、负载和S3流回正极，负载电感能量向电源反馈，io 逐渐减小，t2时刻降为零，之后io 才反向并增大

二单相电压型全桥逆变电路分析

1 工作情况:

图2-7

1和4一对，2和3另一对，成对桥臂同时导通，两对交替各导通180°

图2-8

uo 波形同图半桥电路的uo ，幅值高出一倍Um=Ud io 波形和半桥中的io 相同，幅值增加一倍

图2-9

2 输出电压定量分析

u U -U

i 1212

uo 成傅里叶级数

（2-1）基波幅值

（2-2）基波有效值

（2-3）

uo 为正负各180°时，要改变输出电压有效值只能改变Ud 来实现

第三章单元电路设计

一触发电路

该触发电路为D 触发器触发下图为D 触发器和触发电路：

图3-1 D 触发器

?? ??+++= t t t U u ωωωπ5sin 513sin 31sin 4d o d

o1m 27.14U U U ==πd d

1o 9.022U U U ==π

原理：

将控制信号转变为某一频率的脉冲或将控制信号转变为某一频率的脉冲或脉冲群，用这些脉冲控制无源逆变电路中的功率开关元件的通断，以控制逆变器用这些脉冲控制无源逆变电路中的功率开关元件的通断。它主要应用于变频调速装置或不停电电源的逆变器中。一般功能是：根据控制信号的要求产生相应频率的输出脉冲；确定逆变器各功率开关的驱动信号间的相位关系；产生足够的驱动功率以驱动功率开关元件；完成功率开关元件和控制电路之间的电隔离。

图3-2 触发电路

二保护电路

在电力电子电路中, 除了电力电子器件参数选择合适，驱动电路设计良好外，采用合适的过电压保护、过电流保护、du?dt、di?dt保护也是十分必要的

本次课程设计所采用的过电压过电流保护电路如下图所示。该电路又称为缓冲电路。它的作用是抑制电力电子器件内因过电压或者过电流从而减小器件的开关损耗。缓冲电路可分为关断缓冲电路和开通缓冲电路。关断缓冲电路又称为du?dt抑制电路，用于吸收器件关断过电压和换相过电压，抑制du?dt，减小关断损耗。开通缓冲电路又称为di ?dt 抑制电路，用于抑制器件开通时的电流过冲和di ?dt，减小器件开通损耗。可将关断缓冲电路和开通缓冲电路结合在一起构成复合缓冲电路。

图3-3 保护电路

第四章 Simulink仿真一电路模型建立

Simulink仿真电路图如下：

图4-1

二各元件的介绍

本电路涉及8种元件，分别是直流电源（DC Voltage Source）、绝缘栅双极晶体管（IGBT）、二极管（Diode）、脉冲发生器（Pulse Generator）、串联ＲＬＣ支路(Series RLC Branch)、电流表(Current Measurement)、电压表(Voltage Measurement)、示波器（Scope）。

三模型参数的设置

1直流电源参数设置

图4-2

2 IGBT、IGBT1脉冲参数设置

图4-3

3 IGBT2、IGBT3脉冲参数设置及波形：

图4-4

图4-5 4 IGBT参数设置：

图4-6 四仿真结果

１负载为电阻时

RLC参数设置：

负载为电阻时其电流及电压波形

图4-8２负载为电感时

电感参数设置

图4-9

负载为电感时其电流及电压波形：

图4-10 ３阻感负载时

阻感参数设置

阻感负载时其电压电流波形：

图4-12

第五章总结与体会

我们所学习的课程以及我们所处的专业决定了我们的学习必须与实际相联系。目前电压型逆变电路在工业自动化领域中得到了广泛应用。因此，对于电气工程及自动化专业的学生来说，做这样一个设计是非常有意义的，也是非常必要的。通过本次的课程设计，我们所学知识都得到了进一步的巩固，不但扩展了视野，而且学会了用MATLAB 进行simulink仿真。从电路设计到画图，从参数设置到运行结果，每一步看似简单却又都付出了好多心血去研究和调试。虽然设计和实现的过程中遇到很多的问题，但这对于我们来说也是一种挑战和锻炼的机会。也收获了许多。通过这次学习，我们进一步加深了对电力电子技术的基本理论及一些比较抽象的理论知识的理解，对整流电路和逆变电路的工作原理、各电路的控制电路都有了更深入的理解。在查阅大量相关资料的时，对当前电压型逆变电路领域和未来发展概貌也有了一定的了解。我们深深体会到书本上的知识是远远不够的，在实现仿真过程中也略显生涩。所以，要想更加深入得了解控制领域还需要我们不断的学习和实践，才能够保持与时俱进。

致谢

本次课程设计能够顺利完成，离不开众老师、朋友、同学们的指导和支

持。本设计的实现主要是在指导老师的亲切关怀和细心指导下完成的。作为我们的任教老师，刘老师在以往的学习中给了我们很大的帮助，我们对课程知识的掌握他起到了很大作用，他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。在此谨向老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。此外，也对本设计做出提议和修改意见的老师、同学和朋友们表示感谢。

附录

附录一：三相整流电路的simulink仿真一电路模型建立

图附录-1

二参数设置及仿真结果

1电压设置

单相全桥逆变电路原理

单相全桥逆变电路原理 Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998

单相全桥型逆变电路原理电压型全桥逆变电路可看成由两个半桥电路组合而成，共4个桥臂，桥臂1和4为一对，桥臂2和3为另一对，成对桥臂同时导通，两对交替各导通180° 电压型全桥逆变电路输出电压uo 的波形和半桥电路的波形uo 形状相同，也是矩型波，但幅值高出一倍，Um=Ud 输出电流io 波形和半桥电路的io 形状相同，幅值增加一倍 VD1 、V1、VD2、V2相继导通的区间，分别对应VD1和VD4、V1和V4、VD2和VD3、V2和V3相继导通的区间 + - VD 3 VD 4

单相半桥电压型逆变电路工作波形全桥逆变电路是单相逆变电路中应用最多的，对电压波形进行定量分析将幅值为Uo 的矩形波 uo 展开成傅里叶级数，得其中基波幅值Uo1m 和基波有效值Uo1分别为上述公式对半桥逆变电路也适用，将式中的ud 换成Ud /2 uo 为正负电压各为180°的脉冲时，要改变输出电压有效值只能通过改变输出直流电压Ud 来实现 O ON u o U - U m i o VD 1 VD 2 VD 1 VD 2 采用移相方式调节逆变电路的输出电压

t 1时刻前V 1和V 4导通，输出电压u o 为u d t 1时刻V 3和V 4栅极信号反向，V 4截止，因i o 不能突变，V 3不能立即导通，VD 3导通续流，因V 1和VD 3同时导通，所以输出电压为零各IGBT 栅极信号uG1~uG4及输出电压uo 、输出电流io 的波形 u u u u u i o o 实际就是调节输出电压脉冲的宽度 ? 各IGBT 栅极信号为180°正偏， 180°反偏，且V 1和V 2栅极信号互补，V 3和V 4栅极信号互补 ? V 3的基极信号不是比V 1落后 180°，而是只落后 ( 0< <180°) ? V 3、V 4的栅极信号分别比V 2、V 1 的前移180°- ? VD 3 VD 4

基本半桥逆变电路分析

节能灯产品节能灯产品基本半桥逆变电路分析基本半桥逆变电路分析一、各元件的作用 FUSE 保险电阻：过电流和短路电流保护元件，抑制浪涌电流； L1，C1，C2：组成π型EMI 滤波器，减轻高频逆变电路产生的电磁干扰； D1，D2，D3，D4：组成桥式整流电路，将输入的交流变为直流； C3 滤波电容：将整流出的电压进行平滑滤波，使其接近直流电压； R1，C5：RC 积分电路，滤波后的电压经过R1对C5进行充电，提供DB3导通电压； DB3双向触发二极管：当 C5上的电压高于DB3的导通电压时，DB3导通，向Q2的基极注入电流，使T2导通，电路起振后， DB3不再导通； D5：隔离启动电路和振荡电路，使振荡电流不会经过C5到地； R2，C4：C4为续流电容，R2为C4提供放电网络。当Q1和Q2在交替开关的同时截止阶段，使灯丝有电流流过，C4通常为1000~3300pF ； R2，C4组成的放电网络同时避免两个三极管电流重叠，提供一个死区时间。、

积分电容在启动时为触发管提供导通电压，电源电压经过R1对其进行充电,充电达到DB3的28V导通电压，下管导通. 移相电容，在上下管轮流导通工作过程当中，存在一个管子截止而另一个管子尚未导通的现象，而流过灯管的电流需要是连续的，利用电容电流可以突变的特性，把这一缺陷弥补上! 移相电容比较好!电容减小时电流滞后电压,三极管关断功耗加大,三极管打开时功耗减小,所谓电路呈感性;电容增加时电流超前电压,三极管关断功耗减小,三极管打开时功耗增加,所谓电路呈容性.T5灯管管压略高,启辉电容略小电路本身就接近中性,如果还是将移相电容容量增加大会超成三极管滞后打开,三极管在因导通时有较高电压而产生功耗!如T8T9灯管管压略低启辉电容略高,电路容易呈感性,如果还是将移相电容容量减小会超成三极管超前打开,三极管在因关闭时有较高电压而产生功耗!可能有朋友要说了,那我后面灯管的管压和启辉电容选一定参数达到一定呈中性时就不是可以不用这个电容了吗?那不行!我们这里讲的感容性是基波电流相对于矩形波电压而言,矩形波内的高次谐波无法通过选频网络,经电感反势迭加到三极管上,这样三极管有可能瞬态导通和关断时被硬性击穿!有时象 T5灯管不加移相电容时也没事,是因为管压过高时,高次谐波电流经过高的管压强度大大减弱,三极管反而安全了!所以加一定容量的电容也吸收了这些谐波,所以一定要加! 补充一点具体操作方法:用示波器观看三极管的电流波形,调节该电容和磁环的参数就能使三极

单相全桥逆变电路原理

单相全桥型逆变电路原理电压型全桥逆变电路可瞧成由两个半桥电路组合而成,共4个桥臂,桥臂1与4为一对,桥臂2与3为另一对,成对桥臂同时导通,两对交替各导通180° 电压型全桥逆变电路输出电压uo 的波形与半桥电路的波形uo 形状相同,也就是矩型波,但幅值高出一倍,Um=Ud 输出电流io 波形与半桥电路的io 形状相同,幅值增加一倍 VD1 、V1、VD2、V2相继导通的区间,分别对应VD1与VD4、V1与V4、VD2与VD3、V2与V3相继导通的区间 + - VD 3 VD 4

单相半桥电压型逆变电路工作波形全桥逆变电路就是单相逆变电路中应用最多的, 对电压波形进行定量分析将幅值为Uo 的矩形波 uo 展开成傅里叶级数,得其中基波幅值Uo1m 与基波有效值Uo1分别为上述公式对半桥逆变电路也适用,将式中的ud 换成Ud /2 uo 为正负电压各为180°的脉冲时,要改变输出电压有效值只能通过改变输出直流电压Ud 来实现 d d o1m 27.14U U U == π d d 1o 9.022U U U == π O ON u o U - U m i o VD 1 VD 2 VD 1 VD 2 ?? ? ??+++= t t t U u ωωωπ5sin 513sin 31sin 4d o

t 1时刻前V 1与V 4导通,输出电压u o 为u d t 1时刻V 3与V 4栅极信号反向,V 4截止,因i o 不能突变,V 3不能立即导通,VD 3导通续流,因V 1与VD 3同时导通,所以输出电压为零各 IGBT 栅极信号uG1~uG4及输出电压uo 、输出电流io 的波形 u u u u u i o o ? 各IGBT 栅极信号为180°正偏,180°反偏,且V 1与V 2栅极信号互补,V 3与V 4栅极信号互补 ? V 3的基极信号不就是比V 1落后 180°,而就是只落后θ ( 0< θ <180°) ? V 3、V 4的栅极信号分别比V 2、V 1 采用移相方式调节逆变电路的输出电压

电压型单相全桥逆变电路

1.引言逆变电路所谓逆变，就是与整流相反，把直流电转换成某一固定频率或可变频率的交流电(DC/AC)的过程。当把转换后的交流电直接回送电网，即交流侧接入交流电源时，称为有源逆变；而当把转换后的交流电直接供给负载时，则称为无源逆变。通常所讲的逆变电路，若不加说明，一般都是指无源逆变电路。 1. 电压型逆变器的原理图当开关S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压u o为正；当开关S1、S4断开，S2、S3闭合时，u o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，u o的波形如图7.4(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 t (b) (a) u o t3 t2 t1 i o u o Z u o i o U d _ + S3 S2S 4 S1

实现了直流电到交流电的逆变。 2. 电压型单相全桥逆变电路它共有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U d来实现。输出电压定量分析 u o成傅里叶级数基波幅值基波有效值 ? ? ? ? ? + + + = t t t U uω ω ω π 5 sin 5 1 3 sin 3 1 sin 4 d o d d o1m 27 .1 4 U U U= = π d d 1o 9.0 2 2 U U U= = π

当u o为正负各180°时，要改变输出电压有效值只能改变U d 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180o正偏，180o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

单相半桥逆变电路

目录摘要 (1) 第一章系统方案设计及原理 (2) 1.1、系统方案 (2) 1.2、系统工作原理 (2) 1.2.1、逆变电路的基本工作原理 (2) 1.2.2、单相半桥阻感负载逆变电路 (3) 1.2.3、单相半桥纯电阻负载逆变电路 (4) 1.3、IGBT的结构特点和工作原理 (4) 1.3.1、IGBT的结构特点 (4) 1.3.2、IGBT对驱动电路的要求 (6) 第二章硬件电路设计与参数计算 (7) 2.1、系统硬件连接 (7) 2.1.1、单相半桥无源逆变主电路如图下所示 (7) 2.2、整流电路设计方案 (8) 2.2.1、整流变压器的参数运算 (8) 2.2.2、整流变压器元件选择 (9) 2.2.3、整流电路保护元件的选用 (9) 2.3、驱动电路设计方案........................................................................... 错误!未定义书签。 2.3.1、IGBT驱动器的基本驱动性能.............................................. 错误!未定义书签。 2.3.2、驱动电路................................................................................ 错误!未定义书签。 2.4、触发电路设计方案........................................................................... 错误!未定义书签。第三章系统仿真.............................................................................................. 错误!未定义书签。 3.1、建立仿真模型................................................................................... 错误!未定义书签。 3.2、仿真结果分析................................................................................... 错误!未定义书签。第四章小结...................................................................................................... 错误!未定义书签。参考文献............................................................................................................ 错误!未定义书签。

电压型逆变器

电压型逆变电路[浏览次数：约247次] ?电压型逆变电路是指由电压型直流电源供电的逆变电路。它的直流侧为电压源,或并联有大电容,相当于电压源，直流侧电压基本无脉动,直流回路呈现低阻抗。电压型逆变电路主要应用于各种直流电源。目录 ?电压型逆变电路种类 ?电压型逆变电路原理 ?电压型逆变电路特点电压型逆变电路种类 ?1、单相电压型逆变电路（1）单相半桥电压型逆变电路优点：简单，使用器件少缺点：交流电压幅值Ud/2，直流侧需两电容器串联，要控制两者电压均衡（2）单相全桥电压型逆变电路，由两个半桥电路的组合，是单相逆变电路中应用最多的。（3）带中心抽头变压器的逆变电路 2、三相电压型逆变电路三个单相逆变电路可组合成一个三相逆变电路，应用最广的是三相桥式逆变电路。电压型逆变电路原理 ?以三相电压型逆变电路为例：图1是一个三相电压型逆变电路的主电路。直流电源采用相控整流电路，由普通晶闸管组成。逆变电路由6个导电臂组成,每个导电臂均由具有自关断能力的全控型器件及反并联二极管组成，所以实际上也是一种全控型逆变电路。负载为感性，星形接法，在整流电路和逆变电路之间并联大电容Cd。由于Cd的作用，逆变入端电压平滑连续，直流电源具有电压源性质。

逆变电路中各全控器件控制极电压信号的时序如图2b所示。信号脉宽为180°，每隔60°有一次脉冲电平的变化，任何时刻有3个脉冲处于高电平。相应地在主电路中也有3个导电臂处于导通状态。依此类推，可得uAO波形如图2c所示。其他两相uBO和uCO波形分别滞后于uAO120°和240°。根据uAB＝uAO－uBO，可得uAB波形如图2e所示。由图可见，逆变电路输出电压uAB、uBC和uCA是分别互差120°的交变四阶梯波。该波形不随负载而

单相半桥型逆变电路原理

单相半桥型逆变电路原理在直流侧接有两个相互串联的足够大的电容，两个电容的联结点是直流电源的中点。半桥逆变电路有两个桥臂，每个桥臂有一个可控器件和一个反并联二极管组成。负载联结在直流电源中点和两个桥臂联结点之间。设开关器件V1和V2栅极信号在一周期内各半周正偏、半周反偏，两者互补。当负载为感性时，工作波形如图所示 + -a) U VD 1 VD 2

t3时刻io 降为零时，VD2截止，V2开通，io 开始反向并逐渐增大。 t4时刻给V2关断信号，给V1开通信号，V2关断，VD1先导通续流，t5时刻V1才开通。 O O u o U m -U m i o V D 1 V D 2 V D 1 V D 2 O O u o U m -U m i o V D V D V D V D

V1或V2通时，负载电流io 和电压uo 同方向，直流侧向负载提供能量 VD1或VD2通时，io 和uo 反向，负载电感中贮藏的能量向直流侧反馈负载电感将其吸收的无功能量反馈回直流侧，反馈回的能量暂时储存在直流侧电容器中，直流侧电容器起着缓冲这种无功能量的作用。反馈二极续流二极管是负载向直流侧反馈能量的通道使负载电流连续 O O u o U m -U m i o V D 1 V D 2 V D 1 V D 2

可控器件是不具有门极可关断能力的晶闸管时，须附加强迫换流电路才能正常工作。半桥逆变电路特点优点：简单，使用器件少缺点：输出交流电压幅值Um仅为Ud/2，直流侧需两电容器串联，工作时要控制两个电容器电压均衡半桥逆变电路常用于几kW以下的小功率逆变电源

单相全桥逆变电路毕业设计

2008级应用电子技术毕业设计报告设计题目单相电压型全桥逆变电路设计姓名及学号学院专业应用电子技术班级2008级3班指导教师老师 2011年05月1日

题目：单相电压型全桥逆变电路设计

目录第一章绪论 1.1整流技术的发展概况 (4) 第二章设计方案及其原理 2.1电压型逆变器的原理图 (5) 2.2电压型单相全桥逆变电路 (6) 第三章仿真概念及其原理简述 3.1 系统仿真概述 (6) 3.2 整流电路的概述 (8) 3.3 有源逆变的概述 (8) 3.4逆变失败原因及消除方法 (9) 第四章参数计算 4.1实验电路原理及结果图 (10) 第五章心得与总结 (14) 参考文献 (15)

第一章绪论 1.1整流技术的发展概况正电路广泛应用于工业中。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件。基本原理和方法已成熟十几年了，随着我国交直流变换器市场迅猛发展，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。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。

IGBT单相电压型半桥无源逆变电路设计

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1 引言本次课程设计的题目是IGBT单相电压型半桥无源逆变电路设计，根据电力电子技术的相关知识，单相桥式逆变电路是一种常见的逆变电路，与整流电路相比较，把直流电变成交流电的电路成为逆变电路。当交流侧接在电网上，称为有源逆变；当交流侧直接和负载相接时，称为无源逆变，逆变电路在现实生活中有很广泛的应用。电力电子技术课程设计是电力电子技术课程理论教学之后的一个实践教学环节。其目的是训练学生综合运用学过的各种变流电路原理的基础知识，独立完成查找资料、选择方案、设计电路、撰写报告的能力，使学生进一步加深对变流电路基本理论的理解和基本技能的运用，为今后的学习和工作打下坚实的基础。 2 工作原理概论 2.1 IGBT单相电压型半桥无源逆变电路 2.1.1单相电压型逆变电路（1）半桥逆变电路结构及其工作原理 V 1和V 2 栅极信号各半周正偏、半周反偏，二者互补。输出电压u o 为矩形波，幅值为Um=Ud/2，输出电流i o 波形随负载而异，感性负载时，V 1 或V 2 通时，i o 和u o 同方向，直流侧向负载提供能量，VD 1或VD 2 通时，i o 和u o 反向，电感中贮能向直流侧反馈，VD 1、VD 2 称为反馈二极管，还使i o 连续，又称续流二极管。单相半桥电压型逆变电路及其工作波形

优点：简单，使用器件少。缺点：交流电压幅值U d/2，直流侧需两电容器串联，要控制两者电压均衡，用于几k W以下的小功率逆变电源。 2.1.2 IGBT绝缘栅双极型晶体管 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件, 兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR 饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大;MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。 2.2电压型逆变电路的特点及主要类型根据直流侧电源性质的不同可分为两种：直流侧是电压源的称为电压型逆变电路；直流侧是电流源的则称为电流型逆变电路。电压型逆变电路有以下特点：直流侧为电压源，或并联有大电容，相当于电压源。直流侧电压基本无脉动，直流回路呈现低阻抗。由于直流电压源的钳位作用，交流侧输出电压波形为矩形波，并且与负载阻抗角无关。而交流侧输出电流波形和相位因为负载阻抗的情况不同而不同。当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量的作用。为了给交流侧想直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂都并联了反馈二极管。又称为续流二极管。逆变电路分为三相和单相两大类。其中，单相逆变电路主要采用桥式接法。主要有：单相半桥和单相全桥逆变电路。而三相电压型逆变电路则是由三个单相逆变电路组成。 2.3 根据设计题目要求的指标，通过查阅有关资料分析其工作原理，确定各器件参数，设计电路原理图；设计条件： =100V 1.电源电压：直流U d 2.输出功率：300W

电流源型单相全桥逆变电路

电流源型单相全桥逆变电路的设计摘要本次设计说明书首先介绍了电流源型单相全桥逆变电路的特点和原理，用单相桥式电流型逆变电路的原理图说明了该电路是采用负载换相方式工作的，要求负载电流略超前于负载电压，又详细分析该电路的工作过程，并用图给出该逆变电路的工作波形。最后根据以上分析运用仿真软件PSIM对电路进行仿真设计，得到波形图。关键词：电流源型单相电路，逆变电路，PSIM仿真 ' 目录

. 1.电流源型单相全桥逆变电路研究-----------------------------------------3 逆变电路介绍----------------------------------------------------3 电流型逆变电路的主要特点----------------------------------------3 电流源型单相全桥逆变电路----------------------------------------3 电流源型单相全桥逆变电路工作过程--------------------------------4 2.电流源型单相全桥逆变电路设计------------------------------------------7 电路设计原理----------------------------------------------------7 电路仿真图------------------------------------------------------7 3.参数设定及仿真结果----------------------------------------------------8 直流侧仿真------------------------------------------------------8 ) 参数设定-------------------------------------------------8 仿真结果-------------------------------------------------8交流侧仿真------------------------------------------------------8 参数设定-------------------------------------------------8 仿真结果-------------------------------------------------9 4.小结------------------------------------------------------------------9 5.参考文献--------------------------------------------------------------10 :

电压型逆变电路输出电压的调节

电压型逆变电路输出电压的调节电动巡逻车调节电压型逆变电路输出电压的方式有三种，即调节直流侧电压、移相调压和脉宽调制调压。调节直流侧电压从上面的分析可以看出，改变直流侧电压Ud即可调节逆变电路输出电压。为了调节直流侧电压，可以采用如图8-11a的可控整流方式，也可以像图8-11b那样，用二极管整流桥整流，然后再用直流斩波调压。调节直流侧电压方式移相调压电动巡逻车移相调压实际上就是调节输出电压脉冲的宽度。在图8-12a的单相全桥逆变电路中，各电力晶体管的基极信号仍为180°正偏，180°反偏，V1和V2的基极信号互补，V3和V4的基极信号互补，但V3的基极信号不是比V1落后180°，而是只落后θ（0<θ<180°)。这样，输出电压波形就不再是正负各为180°的矩形波，而是正负各为θ的矩形波，各基极信号ub1-ub4及输出电压uo输出电流io的波形如图，．8-12b所示。设在tl 以前，V1和V4导通，输出电压uo为Ud，t1时刻V3和V4基极信号反向，V4截止，而因感性负载电流io不能突变，V3不能立刻导通，VD3导通续流，因V1和VD3同时导通，所以输出电压为零。到t2时刻V1和V2基极信号反向，V1截止，而V2不能立刻导通，VD2导通续流，输出电压uo为-Ud。到负载电流过零并反向时，VD2和VD3截止，V2和V3开始导通，uo仍为-Ud。t时刻V3和V4基极信号再次反向，V3截止，而V4不能立刻导通，VD4续流，uo为零。以后的过程和前面类似。这样，输出电压uo的正负脉冲宽度就各为θ。改变θ，就可调节输出电压。

移相调压方式脉宽调制(PWM)调压电动巡逻车PWM控制方式是把逆变电路输出波形半个周期内的脉冲分割成多个，通过对每个脉冲的宽度进行控制，来控制输出电压并改善波形。PWM是一种非常重要的控制方式。更多电动汽车详情：https://www.360docs.net/doc/3411903950.html,

IGBT单相电压型全桥无源逆变电路设计.

电子技术课程设计说明书 IGBT 单相电压型全桥无源逆变电路设计学生姓名：学号：学院：专指导教师： 2013年01月 XXX 1005044245 信息与通讯工程学院电气工程及其自动化

中北大学电子技术课程设计任务书 2012/2013 学年第一学期学院：信息与通讯工程学院专业：电气工程及其自动化学生姓名：胡定章学号： 1005044245 课程设计题目：IGBT单相电压型全桥无源逆变电路设计起迄日期: 12月24日~ 01月4 日课程设计地点:电气工程系软件实验室指导教师:石喜玲系主任：王忠庆下达任务书日期: 2012 年 12 月 24日

课程设计任务书

目录 1 引言 (1) 2 工作原理概论 (1) 2.1 IGBT的简述 (1) 2.2 电压型逆变电路的特点及主要类型 (2) 2.3 IGBT单相电压型全桥无源逆变电路原理分析 (2) 3 主电路设计及参数选择 (3) 3.1 主电路仿真图 (3) 3.2参数设置及计算 (3) 3.2.1参数设置 (3) 3.2.2计算 (3) 3.2.3设置主电路 (4) 4 仿真电路结果的分析 (5) 4.1 仿真电路图 (5) 1.1.14.1.1 触发电平与负载输出波的波形图 (5) 4.1.2 IGBT电流电压波形图 (6) 4.2 仿真波形分析 (6) 5 总结 (7) 参考文献 (7)

2引言本次课程设计的题目是IGBT单相电压型全桥无源逆变电路设计，根据电力电子技术的相关知识，单相桥式逆变电路是一种常见的逆变电路，与整流电路相比较，把直流电变成交流电的电路成为逆变电路。当交流侧接在电网上，称为有源逆变；当交流侧直接和负载相接时，称为无源逆变，逆变电路在现实生活中有很广泛的应用。 3工作原理概论 2. 1 IGBT的简述绝缘栅双极晶体管（Insulated-gate Bipolar Transistor）,英文简写为IGBT。它是一种典型的全控器件。它综合了GTR和MOSFET的优点，因而具有良好的特性。现已成为中、大功率电力电子设备的主导器件。IGBT是三端器件，具有栅极G、集电极C 和发射极E。它可以看成是一个晶体管的基极通过电阻与MOSFET相连接所构成的一种器件。其等效电路和电气符号如下：图1 IGBT等效电路和电气图形符号它的开通和关断是由栅极和发射极间的电压错误！未找到引用源。所决定的。当UGE为正且大于开启电压UGE时，MOSFET内形成沟道，并为晶体管提供基极电流进而是IGBT导通。由于前面提到的电导调制效应，使得电阻错误！未找到引用源。减小，这样高耐压的IGBT也具有很小的通态压降。当山脊与发射极间施加反向电压或不加信

单相桥式逆变电路设计

《电力电子技术》课程设计说明书单相桥式逆变电路的设计院、部：电气与信息工程学院学生姓名：指导教师：桂友超职称副教授专业：电气工程及其自动化班级：完成时间： 2014年6月

电力电子技术》课程设计任务书一、课程设计的目的通过课程设计达到以下目的 1、加强和巩固所学的知识，加深对理论知识的理解； 2、培养学生文献检索的能力，特别是如何利用Internet检索需要的文献资料； 3、培养学生综合分析问题、发现问题和解决问题的能力； 4、培养学生综合运用知识的能力和工程设计能力； 5、培养学生运用仿真软件的能力和方法； 6、培养学生科技写作水平。二、课程设计的主要内容 1、关于本课程学习情况简述 2、主电路的设计、原理分析和器件的选择； 3、控制电路的设计； 4、保护电路的设计； 5、利用MATLAB软件对自己的设计进行仿真。三、课程设计的要求 1、通过查阅资料，确定自己的设计方案； 2、按学号尾数定课题，即课题一的学号尾数为1，以此类推。自拟参数不能雷同； 3、要求最后图纸是标准的CAD图； 4、课程设计在第18周五前交上来。四、课题 1、课题一：单相桥式可控整流电路的设计已知单相交流输入交流电压220V，负载自拟，要求整流电压在0~100V连续可调，其它性能指标自定。 2、课题二：三相半波可控整流电路的设计已知三相交流输入线电压380V，要求整流电压在0~100V连续可调，负载自拟，其它性能指标自定。 3、课题三：三相桥式可控整流电路的设计

已知三相交流输入线电压380V，要求整流电压在0~100V连续可调，负载自拟，其它性能指标自定。 4、课题四：直流降压斩波电路的设计已知直流输入电压200V，负载自拟，要求输出电压在50~100V可调，其它性能指标自定。 5、课题五：直流升压斩波电路的设计已知直流输入电压200V，负载自拟，要求输出电压在300~400V可调，其它性能指标自定。 6、课题六：直流升降压斩波电路的设计已知直流输入电压200V，负载自拟，要求输出电压在100~300V连续可调，其它性能指标自定。 7、课题七：单相桥式逆变电路的设计已知直流输入电压100V，负载自拟，要求交流输出电压频率范围在30~60HZ，电压在30~50V范围可调，其它性能指标自定。 8、课题八：单相交流调压电路设计已知单相交流输入交流电压220V，负载自拟，要求输出交流电压在0~220V 可调，其它性能指标自定。 9、课题九：三相交流调压电路的设计已知三相交流输入交流线电压380V，负载自拟，要求输出交流电压在0~200V可调，其它性能指标自定。 10、课题十：三相桥式逆变电路的设计已知直流输入电压100V，负载自拟，要求交流输出电压频率范围在30~60HZ，电压在30~50V范围可调，其它性能指标自定。注意：若已经按上课时我讲解的内容和安排的课题进行了设计，则不必再更改。五、格式要求 1、格式严格按照教务处规定的毕业设计格式； 2、文档内容： 1）绪言：主要介绍对本课程学习情况；本设计内容的掌握情况；拟出设计任务书。 2）主电路设计：（1）电路原理图：用CAD绘制电路；（2）原理分析：用自己的语言；

电压型逆变器与电流型逆变电路的定义及特点

比较电压型逆变器和电流型逆变器的特点先两者都属于交-直-交变频器，由整流器和逆变器两部分组成。由于负载一般都是感性的，它和电源之间必有无功功率传送，因此在中间的直流环节中，需要有缓冲无功功率的元件。如果采用大电容器来缓冲无功功率，则构成电压源型变频器；如采用大电抗器来缓冲无功功率，则构成电流源型变频器。电压型变频器和电流型变频器的区别仅在于中间直流环节滤波器的形式不同，但是这样一来，却造成两类变频器在性能上相当大的差异，主要表现列表比较如下：电压型变频器与电流型变频器的性能比较 1、储能元件：电压型变频器——电容器；电流型——电抗器。 2、输出波形的特点：电压形电压波形为矩形波电流波形近似正弦波；电流型变频器则为电流波形为矩形波电压波形为近似正弦波 3、回路构成上的特点，电压型有反馈二极管直流电源并联大容量电容（低阻抗电压源）；电流型无反馈二极管直流电源串联大电感（高阻抗电流源）电动机四象限运转容易。

4、特性上的特点，电压型为负载短路时产生过电流，开环电动机也可能稳定运转；电流型为负载短路时能抑制过电流，电动机运转不稳定需要反馈控制电流型逆变器采用自然换流的晶闸管作为功率开关，其直流侧电感比较昂贵，而且应用于双馈调速中，在过同步速时需要换流电路，在低转差频率的条件下性能也比较差；高压变频器的结构特征 1.1电流型变频器变频器的直流环节采用了电感元件而得名，其优点是具有四象限运行能力，能很方便地实现电机的制动功能。缺点是需要对逆变桥进行强迫换流，装置结构复杂，调整较为困难。另外，由于电网侧采用可控硅移相整流，故输入电流谐波较大，容量大时对电网会有一定的影响。 1.2电压型变频器由于在变频器的直流环节采用了电容元件而得名，其特点是不能进行四象限运行，当负载电动机需要制动时，需要另行安装制动电路。功率较大时，输出还需要增设正弦波滤波器。 1.3高低高变频器;采用升降压的办法，将低压或通用变频器应用在中、高压环境中而得名。原理是通过降压变压器，将电网

IGBT单相电压型半桥无源逆变电路设计

电压型逆变器与电流型逆变电路的定义及特点

电压型逆变器与电流型逆变电路的定义及特点比较电压型逆变器和电流型逆变器的特点先两者都属于交-直-交变频器，由整流器和逆变器两部分组成。由于负载一般都是感性的，它和电源之间必有无功功率传送，因此在中间的直流环节中，需要有缓冲无功功率的元件。如果采用大电容器来缓冲无功功率，则构成电压源型变频器；如采用大电抗器来缓冲无功功率，则构成电流源型变频器。电压型变频器和电流型变频器的区别仅在于中间直流环节滤波器的形式不同，但是这样一来，却造成两类变频器在性能上相当大的差异，主要表现列表比较如下：电压型变频器与电流型变频器的性能比较 1、储能元件：电压型变频器——电容器；电流型——电抗器。 2、输出波形的特点：电压形电压波形为矩形波电流波形近似正弦波；电流型变频器则为电流波形为矩形波电压波形为近似正弦波 3、回路构成上的特点，电压型有反馈二极管直流电源并联大容量电容（低阻抗电压源）；电流型无反馈二极管直流电源串联大电感（高阻抗电流源）电动机四象限运转容易。 4、特性上的特点，电压型为负载短路时产生过电流，开环电动机也可能稳定运转；电流型为负载短路时能抑制过电流，电动机运转不稳定需要反馈控制电流型逆变器采用自然换流的晶闸管作为功率开关，其直流侧电感比较昂贵，而且应用于双馈调速中，在过同步速时需要换流电路，在低转差频率的条件下性能也比较差；高压变频器的结构特征 1.1电流型变频器变频器的直流环节采用了电感元件而得名，其优点是具有四象限运行能力，能很方便地实现电机的制动功能。缺点是需要对逆变桥进行强迫换流，

装置结构复杂，调整较为困难。另外，由于电网侧采用可控硅移相整流，故输入电流谐波较大，容量大时对电网会有一定的影响。 1.2电压型变频器由于在变频器的直流环节采用了电容元件而得名，其特点是不能进行四象限运行，当负载电动机需要制动时，需要另行安装制动电路。功率较大时，输出还需要增设正弦波滤波器。 1.3高低高变频器;采用升降压的办法，将低压或通用变频器应用在中、高压环境中而得名。原理是通过降压变压器，将电网电压降到低压变频器额定或允许的电压输入范围内，经变频器的变换形成频率和幅度都可变的交流电，再经过升压变压器变换成电机所需要的电压等级。这种方式，由于采用标准的低压变频器，配合降压，升压变压器，故可以任意匹配电网及电动机的电压等级，容量小的时侯（ 1.3.1高低高电流型变频器在低压变频器的直流环节由于采用了电感元件而得名。输入侧采用可控硅移相控制整流，控制电动机的电流，输出侧为强迫换流方式，控制电动机的频率和相位。能够实现电机的四象限运行。 1.3.2高低高电压型变频器在低压变频器的直流环节由于采用了电容元件而得名。输入侧可采用可控硅移相控制整流，也可以采用二极管三相桥直接整流，电容的作用是滤波和储能。逆变或变流电路可采用GTO,IGBT,IGCT,或,SCR元件，通过SPWM变换，即可得到频率和幅度都可变的交流电，再经升压变压器变换成电机所需要的电压等级。需要指出的是，在变流电路至升压变压器之间还需要置入正弦波滤波器（F），否则升压变压器会因输入谐波或dv/dt过大而发热，或破坏绕组的绝缘。该正弦波滤波器成本很高，一般相当于低压变频器的1/3到1/2的价格。 1.4高高变频器高高变频器无需升降压变压器，功率器件在电网与电动机之间直接构建变换器。由于功率器件耐压问题难于解决，目前国际通用做法是采用器件串联的办法来提高电压等级，其缺点是需要解决器件均压和缓冲难题，技术复杂，难度大。但这种变频器由于没有升降压变压器，故其效率较高低高方式的高，而且结构比较紧凑。高高变频器也可分为电流型和电压型两种。

逆变电路的基本工作原理

第5章逆变电路主要容：换流方式，电压型逆变电路，电流型逆变电路，多重逆变电路和多电平逆变电路。重点：换流方式，电压型逆变电路。难点：电压型逆变电路，电流型逆变电路。基本要求：掌握换流方式，掌握电压型逆变电路，理解电流型逆变电路，了解多重逆变电路和多电平逆变电路。逆变概念：逆变——直流电变成交流电，与整流相对应。本章无源逆变逆变电路的应用：蓄电池、干电池、太阳能电池等直流电源向交流负载供电时，需要逆变电路。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。本章仅讲述逆变电路基本容，第6章PWM控制技术和第8章组合变流电路中，有关逆变电路的容会进一步展开 1换流方式（1）逆变电路的基本工作原理单相桥式逆变电路为例： S 1～S 4 是桥式电路的4个臂，由电力电子器件及辅助电路组成。S 1 、S 4 闭合，S 2 、S 3 断开时，负载电压u o 为正S 1 ；S 1 、S 4 断开，S 2 、S 3 闭合时，u o 为负，把直流电变成了交流电。改变两组开关切换频率，可改变输出交流电频率。图5-1 逆变电路及其波形举例电阻负载时，负载电流i o 和u o 的波形相同，相位也相同。阻感负载时，i o 滞后于u o ，波形也不同（图5-1b）。

t 1前：S 1 、S 4 通，u o 和i o 均为正。 t 1时刻断开S 1 、S 4 ，合上S 2 、S 3 ，u o 变负，但i o 不能立刻反向。 i o 从电源负极流出，经S 2 、负载和S 3 流回正极，负载电感能量向电源反馈，i o 逐渐减小， t 2时刻降为零，之后i o 才反向并增大（2）换流方式分类换流——电流从一个支路向另一个支路转移的过程，也称换相。开通：适当的门极驱动信号就可使其开通。关断：全控型器件可通过门极关断。半控型器件晶闸管，必须利用外部条件才能关断，一般在晶闸管电流过零后施加一定时间反压，才能关断。研究换流方式主要是研究如何使器件关断。本章换流及换流方式问题最为全面集中，因此在本章讲述 1、器件换流利用全控型器件的自关断能力进行换流（Device Commutation）。 2、电网换流由电网提供换流电压称为电网换流（Line Commutation）。可控整流电路、交流调压电路和采用相控方式的交交变频电路，不需器件具有门极可关断能力，也不需要为换流附加元件。 3、负载换流由负载提供换流电压称为负载换流（Load Commutation）。负载电流相位超前于负载电压的场合，都可实现负载换流。负载为电容性负载时，负载为同步电动机时，可实现负载换流。图5-2 负载换流电路及其工作波形基本的负载换流逆变电路：采用晶闸管，负载：电阻电感串联后再和电容并联，工作在接近并联谐振状态而略呈容性。电容为改善负载功率因数使其略呈容性而接入，直流侧串入大电感L d ， i d 基本没有脉动。工作过程：