单相全桥逆变
中国石油大学胜利学院电力电子和拖动技术课程设计总结报告题目：单相全桥逆变
学生姓名：
系别：电气信息工程系
专业年级： 20级电气工程及其自动化班
指导教师：
2年1月 20 日
一、实验目的与要求
(1)加深理解单相全桥逆变的工作原理。
(2)掌握单相全桥单极性PWM逆变电路的调试步骤和方法。
(3)熟悉单相全桥逆变电路各点的电压波形。
(4)掌握Matlab仿真调试的方法
二、实验设备及仪器
Matlab仿真软件6.5
三、实验线路及原理
1.SPWM法的基本原理
脉冲幅值相等而脉冲宽度按正弦规律变化而正弦波等效的PWM 波称为SPWM(sinusoidal PWM)波形。
如图1所示，把正弦半波分成N等份，就可以把正弦半波看成是由N个彼此相连的脉冲序列所组成的波形，这些脉冲宽度都等于 ，但幅值不等，且脉冲顶部不是水平直线，而是按正弦规律变化N
/
的曲线。如果把这些脉冲序列用相同数量的等幅值而不等宽的矩形脉冲来代替，使矩形脉冲的中点和相应的正弦波部分中点重合，且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积相等，则可得图所示的矩形脉冲序列，这就是SPWM波形。
图1 用PWM波来代替正弦半波
2. 规则采样法
SPWM的控制就是根据三角载波与正弦调制波的交点来确定逆变器功率开关器件的通断时刻。规则采样法由经过采样的正弦波与三角波相交，并由交点得出脉冲宽度。该方法只在三角波的顶点或者底点位置对正弦波采样而形成阶梯波。
其原理如图2所示。
图2 规则采样法生成SPWM 波的原理图
假设三角波的幅值为1，正弦函数为r u =M t sin ω，M 为调制度且0 /22/t sin M 12c T t =+ω 其中，c T 为三角载波周期，2t 为脉冲宽度。 所以矩形波开通时间为：2/)sin 1(2c T t M t ω+= 将上式离散化后可得：2/)1)/2sin((2+=N I M t π 式中， c T 为在波周期，I 为第I 个SPWM 波，N 为采样的总个数 3. 单极性PWM 控制逆变电路分析 电路如图2所示，该电路工作时，1V 和2V 通断互补，3V 和4V 也通断互补，如在o u 正半周，1V 导通，2V 关断，3V 和4V 交替通断，且负载电流比电压滞后，在电压正半周，电流有一段区间为正，一段区 间为负。在o u的负半周，让2V保持通态，1V保持断态，3V和4V交替通断，负载电压o u可以得到-d U和零,两种电平。 图2 单相桥式PWM逆变电路 4.单极性PWM控制方式 如图2所示，调制信号r u为正弦波，载波c u在r u的正半周为正极性的三角波，在r u的负半周为负极性的三角波。 a)在r u的正半周时，1V保持通，2V保持断，当r u>c u时，使4V导、 V关断，o u=d U。当r u 3 b)在r u的负半周时，1V保持断态，2V保持通态。当r u 这样就得到单极性PWM波形。 . 图2 单极性PWM控制方式波形 四、实验内容和方法 1. 电路仿真图 2．各元件参数设置 脉冲发生器 载波（等腰三角波） 调试信号（正弦波） 五、实验数据处理 1.输出波形。 六、注意事项 1. 仿真时要与实际电路联系起来； 2. 在调制三角波和正弦波的时候防止发生畸变； 3. 注意调制比和载波比的大小。 七、结论与心得 通过这次课程设计首先让我明白了PWM逆变器各功能模块可以拥有不同设计方案，每种方案有其特点和适用范围。在进行课题设计的过程中，同样也加深了我对DC-DC、逆变电路、PWM控制等知识点的理解和掌握。 这次课程设计也综合了以前及近期所学的各种知识点，加深了我对各知识点的融会贯通，同时也体现出了团队协作能力，大家一起努力进行讨论查阅资料解决此次设计中的各种问题，尽管这过程中我们也有过争吵，大家都是各自坚持自己的观点，但最后我们还是统一了观点，经过多次的修改讨论最终还算是圆满完成了我们的这个作业。 这让我明白只有我们分工协作才能保证整个课程设计的有条不紊。 以前我们也没有进行过Matlab的学习，通过这次课程设计的进行我们也算是给自己进行了一次教学活动，起码以后遇到类似的东西将不再陌生，也为我们以后的毕业设计作下了良好的基础。这也教会了我以后面对未知的困难要自己想办法解决掉它，不能害怕。要学会发挥自己积极主动的精神，将自己所学的知识联系起来，将理论知识与实践能力结合起来，多培养自己的动手操作能力。 最后想说的是在这次课程设计中非常感谢苏老师的指导与帮助，也非常感谢我的小组成员们。这期间多次在课外时间打电话麻烦老师，但是老师还是耐心对我的问题进行解答，真的很感谢老师，以后我会更加努力的。 八、参考文献 【1】张加胜张磊主编，《电力电子技术》第一版，中国石油大学出版社，2008； 【2】王兆安黄俊主编，《电力电子技木》第四版，机械工业出版社，2004； 【3】刘同娟主编，MATLAB建模、仿真及应用，第一版，中国电力出版社，2009； 【4】．莫正康，电力电子技术应用（第3版），机械工业出版社，2000； 【5】．浣喜明姚为正．电力电子技术．高等教育出版社，2000；【6】.MATLAB在电气工程中的应用，中国电力出版社，2001。 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 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 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 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。 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 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 : 逆变器的分类和主要技术性能评价 逆变器的种类很多，可按照不同的方法进行分类。 1、按逆变器输出交流电能的频率分，可分为工频逆变器、中频逆器和高频逆变器。工频逆变器的频率为 50～60Hz的逆变器；中频逆变器的频率一般为 400Hz到十几KHz；高频逆变器的频率一般为十几KHz到MHz。 2、按逆变器输出的相数分，可分为单相逆变器、三相逆变器和多相逆变器。 3、按照逆变器输出电能的去向分，可分为有源逆变器和无源逆变器。凡将逆变器输出的电能向工业电网输送的逆变器，称为有源逆变器；凡将逆变器输出的电能输向某种用电负载的逆变器称为无源逆变器。 4、按逆变器主电路的形式分，可分为单端式逆变器，推挽式逆变器、半桥式逆变器和全桥式逆变器。 5、按逆变器主开关器件的类型分，可分为晶闸管逆变器、晶体管逆变器、场效应逆变器和绝缘栅双极晶体管（IGBT）逆变器等。又可将其归纳为"半控型"逆变器和"全控制"逆变器两大类。前者，不具备自关断能力，元器件在导通后即失去控制作用，故称之为"半控型"普通晶闸管即属于这一类；后者，则具有自关断能力，即无器件的导通和关断均可由控制极加以控制，故称之为"全控型"，电力场效应晶体管和绝缘栅双权晶体管（IGBT）等均属于这一类。 6、按直流电源分，可分为电压源型逆变器（VSI）和电流源型逆变器（CSI）。前者，直流电压近于恒定，输出电压为交变方波；后者，直流电流近于恒定，输也电流为交变方波。 7、按逆变器输出电压或电流的波形分，可分为正弦波输出逆变器和非正弦波输出逆变器。 8、按逆变器控制方式分，可分为调频式（PFM）逆变器和调脉宽式（PWM）逆变器。 9、按逆变器开关电路工作方式分，可分为谐振式逆变器，定频硬开关式逆变器和定频软开关式逆变器。 10、按逆变器换流方式分，可分为负载换流式逆变器和自换流式逆变器。 逆变器的主要技术性能及评价选用 一、技术性能 1、额定输出电压 在规定的输入直流电压允许的波动范围内，它表示逆变器应能输出的额定电压值。对输出额定电压值的稳定准确度一般有如下规定： （1）在稳态运行时，电压波动范围应有一个限定，例如其偏差不超过额定值的±３％或±５％。 （2）在负载突变（额定负载 0％→50％→100％）或有其他干扰因素影响的动态情况下，其输出电压偏差不应超过额定值的± 8％或±10％。 2、输出电压的不平衡度 在正常工作条件下，逆变器输出的三相电压不平衡度（逆序分量对正序分量之比）应不超过一个规定值，一般以％表示，如 5％或 8％。 3、输出电压的波形失真度 当逆变器输出电压为正弦度时，应规定允许的最大波形失真度（或谐波含量）。通常以输出电压的总波形失真度表示，其值不应超过 5％（单相输出允许 10％）。 4、额定输出频率 逆变器输出交流电压的频率应是一个相对稳定的值，通常为工频 50Hz。正常工作条件下其偏差应在±1％以内。 用MATLAB 仿真一个单相全桥逆变器，采用单极性SPWM 调制、双极性SPWM 调制或者单极倍频SPWM 调制的任意一种即可，请注明仿真参数，并给出相应的调制波波形，载波波形，驱动信号波形、输出电压（滤波前）波形。 本文选用双极性SPWM 调制。 1双极性单相SPWM 原理 SPWM 采用的调制波的频率为s f 的正弦波t U U s sm S ωsin =，s s f πω2=；载波c u 是幅值为cm U ，频率为c f 的三角波。载波信号的频率与调制波信号的频率之比称为载波比，正弦调制信号与三角波调制信号的幅值之比称为深度m 。通常采用调制信号与载波信号相比较的方法生成SPWM 信号.当Us>Uc 时，输出电压Uo 等于Ud,当Us 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 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 《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； 浅谈光伏发电系统用逆变器的基本知识 逆变器的概念 通常，把将交流电能变换成直流电能的过程称为整流，把完成整流功能的电路称为整流电路，把实现整流过程的装置称为整流设备或整流器。与之相对应，把将直流电能变换成交流电能的过程称为逆变，把完成逆变功能的电路称为逆变电路，把实现逆变过程的装置称为逆变设备或逆变器。 现代逆变技术是研究逆变电路理论和应用的一门科学技术。它是建立在工业电子技术、半导体器件技术、现代控制技术、现代电力电子技术、半导体变流技术、脉宽调制（ＰＷＭ）技术等学科基础之上的一门实用技术。它主要包括半导体功率集成器件及其应用、逆变电路和逆变控制技术３大部分。 逆变器的分类 逆变器的种类很多，可按照不同的方法进行分类。 １．按逆变器输出交流电能的频率分，可分为工频逆变器、中频逆器和高频逆变器。工频逆变器的频率为５０～６０Ｈｚ的逆变器；中频逆变器的频率一般为４００Ｈｚ到十几ｋＨｚ；高频逆变器的频率一般为十几ｋＨｚ到ＭＨｚ。 ２．按逆变器输出的相数分，可分为单相逆变器、三相逆变器和多相逆变器。３．按照逆变器输出电能的去向分，可分为有源逆变器和无源逆变器。凡将逆变器输出的电能向工业电网输送的逆变器，称为有源逆变器；凡将逆变器输出的电能输向某种用电负载的逆变器称为无源逆变器。 ４．按逆变器主电路的形式分，可分为单端式逆变器，推挽式逆变器、半桥式逆变器和全桥式逆变器。 ５．按逆变器主开关器件的类型分，可分为晶闸管逆变器、晶体管逆变器、场效应逆变器和绝缘栅双极晶体管（ＩＧＢＴ）逆变器等。又可将其归纳为“半控型”逆 变器和“全控制”逆变器两大类。前者，不具备自关断能力，元器件在导通后即失去控制作用，故称之为“半控型”普通晶闸管即属于这一类；后者，则具有自关断能力，即无器件的导通和关断均可由控制极加以控制，故称之为“全控型”，电力场效应晶体管和绝缘栅双权晶体管（ＩＧＢＴ）等均属于这一类。 ６．按直流电源分，可分为电压源型逆变器（ＶＳＩ）和电流源型逆变器（ＣＳＩ）。前者，直流电压近于恒定，输出电压为交变方波；后者，直流电流近于恒定，输也电流为交变方波。 ７．按逆变器输出电压或电流的波形分，可分为正弦波输出逆变器和非正弦波输出逆变器。 ８．按逆变器控制方式分，可分为调频式（ＰＦＭ）逆变器和调脉宽式（ＰＷＭ）逆变器。 ９．按逆变器开关电路工作方式分，可分为谐振式逆变器，定频硬开关式逆变器和定频软开关式逆变器。 １０．按逆变器换流方式分，可分为负载换流式逆变器和自换流式逆变器。 逆变器的基本结构 逆变器的直接功能是将直流电能变换成为交流电能 逆变装置的核心，是逆变开关电路，简称为逆变电路。 该电路通过电力电子开关的导通与关断，来完成逆变的功能。电力电子开关器件的通断，需要一定的驱动脉冲，这些脉冲可能通过改变一个电压信号来调节。产生和调节脉冲的电路。通常称为控制电路或控制回路。逆变装置的基本结构，除上述的逆变电路和控制电路外，还有保护电路、输出电路、输入电路、输出电路等，如图２所示。 逆变器的工作原理。 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。这样就实现了直流电到交流电的逆变。 t (b) (a) u o t3 t2 t1 i o u o Z u o i o U d _ + S3 S2S 4 S1 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 u ωωωπ5sin 513sin 31sin 4d o d d o1m 27.14U U U ==π d d 1o 9.022U 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 指导教师评定成绩： 审定成绩： 重庆邮电大学 自动化学院 综合设计报告 设计题目：单相桥式PWM逆变电路设计 单位（二级学院）：自动化学院 学生姓名：梁勇 专业：电气工程与自动化 班级：0830702 学号：07350225 指导教师：罗萍 设计时间：２０１０年１０月 重庆邮电大学自动化学院制 目录 一、课程设计任务 (2) 二、SPWM逆变器的工作原理 (2) 1.工作原理 (3) 2.控制方式 (4) 3.单片机电源与程序下载模块 (7) 4.正弦脉宽调制的调制算法 (8) 5.基于STC系列单片机的SPWM波形实现 (11) 三、总结 (14) 四、心得体会 (15) 五、附录： (17) 1.程序 (17) 2.模拟电路图 (19) 3.电路图 (22) 摘要： 单片机控制逆变电路，以逆变器为主要元件，稳压、稳频输出的电源保护设备。采用面积等效的SPWM波，又单片机为主导，输出三角波和正弦波再由这两个波相叠加输出spwm波来控制逆变电路的触发，使其把直流编程频率可变的交流电 关键字：单片机逆变电源正弦波脉冲触发 单相桥式PWM逆变电路设计 一、课程设计任务 对单相桥式pwm逆变电路的主电路及控制电路进行设计，参数要求如下：直流电压为12 V，L=1mH，要求频率可调，输出为5V的正弦交流电。 设计要求：1.理论设计：了解掌握单相桥式PWM逆变电路的工作原理，设计单相桥式PWM逆变电路的主电路和控制电路。包括： IGBT电流，电压额定的选择 驱动电路的设计 画出完整的主电路原理图和控制原理图 列出主电路所用元器件的明细表 二、SPWM逆变器的工作原理 由于期望的逆变器输出是一个正弦电压波形，可以把一个正弦半波分作N 等分。然后把每一等分的正弦曲线与横轴所包围的面积都用个与此面积相等的等高矩形脉冲来代替，矩形脉冲的中点与正弦波每一等分的中点重合。这样，由N 个等幅不等宽的矩形脉冲所组成的波形为正弦的半周等效。同样，正弦波的负半周也可用相同的方法来等效。 这一系列脉冲波形就是所期望的逆变器输出SPWM波形。由于各脉冲的幅值相等，所以逆变器可由恒定的直流电源供电，逆变器输出脉冲的幅值就是整流器的输出电压。当逆变器各开关器件都是在理想状态下工作时，驱动相应开关器件的信号也应为与形状相似的一系列脉冲波形，这是很容易推断出来的。 从理论上讲，这一系列脉冲波形的宽度可以严格地用计算方法求得，作为控制逆变器中各开关器件通断的依据。但较为实用的办法是引用通信技术中的“调制”这一概念，以所期望的波形(在这里是正弦波)作为调制波(ModulationWave )，而受它调制的信号称为载波(Carrier Wave )。在SPWM中 论文摘要：在电机漏感上减小的情况下，可以相应地降低功率半导体器件的耐压要求，为了减小换流时间以提高逆变器的运行频率，也要求降低电动机的总漏感上。 下述问题涉及电流型逆变器内部结构，以串联二极管式电流型逆变器为讨论对象。对异步电动机的从逆变器元件的选择对电机参数的要求。 串联二极管式电流型逆变器的品闸管和隔离二极管可以确定耐压值。可以看到，在电机漏感上减小的情况下，可以相应地降低功率半导体器件的耐压要求。另外，二极管换流阶段的持续时间可确定。为了减小换流时间以提高逆变器的运行频率，也要求降低电动机的总漏感上。因而，电流型逆变器要求异步电动机有尽可能小的漏感上。这一点正好与电压型逆变器对异步电动机的要求相反。在功率半导体器件耐压已知的情况下，应合理地选择电动机，以减小换流电容器的电容量。 从电动机运行的安全可靠性对电动机材料的要求，电动机在电流型逆变器供电的运行过程中，由干每次换流在电压波形中产生尖峰。这个尖峰在数值上等于I,差加千正线电势波形之上。因此，电动机在运行过程中实际承受的最高电压，于电动机额定线电压的峰值。为了电动机安全地运行，应适当加强其绝缘。由于电流矩形波对电动机供电在电动机内造成谐波损耗，逆变器在高于50赫的情况下运行时，电动机的损坏也有所增加。为了不致因电机效率过低和温升过高造电动机过热而损坏，应适当降低电动机铜铁材料的电负荷。在运行频率较高的情况下，应注意降低电动机的机械损耗和铁耗。 起动转矩和避免机振对电动机结构的要求。电动机低频起动时，起动转矩的平均值和转矩的波动率。起动转矩在某频率时具有最大值。它取决于电动机参数。当频率低于出现最大起动转矩的数值时，转矩的波动率急剧增加。因此，应根据运行要求和特性等决定最佳起动频率或电动机参数。此外，即使在逆变器对电动机供电的正常运行情况下，转矩波形中也含有六倍于逆变器输出频率的脉动转矩。为了避免这种脉动转矩造成的机械系统谐振，应使机械系统的谐振频率与逆变器运行频率范围的六倍相互错开。 对于功率半导体器件的要求。在串联二极管式电流型逆变器中，在触发一个晶闸管，用电容电压关断另一晶闸管以后争由恒流对电容器反向充电。由于电容电压过零需要一段时间，这就保证被关断晶闸管有较长的承受反压的时间。如果说，电压型逆变器对于晶闸管元件的关断时间有较高的要求(郎要求使用快速晶闸管)，那末电流型逆变器由于承受反压的时间较长，因而可以使用普通晶闸管元件。在换流过程中以谐振造成了电压尖峰，因此要求晶闸管元件和隔离二雌有较高的耐压值。 换流浪涌电压吸收回路。在正弦电势波形上迭加的尖峰电压，是由于换流过程中电动机释放漏感贮能所产生的。特别是在运行频率较高的场合，在为了缩短换流时间而选择较小的换流电容值的情况下，换流浪涌过电压就更加严重。浪涌电压将直接威胁功率半导体器件和电动机的安全运行。为了减小这种影响，可以在逆变器输出端，与负载电动机并联一个换流浪涌电压吸收回路(也称为电压箝位器)，如采用电压箝位器以后，逆变器的输出电压和输出电流波形如逆变器输出电压的尖峰可以限制在正弦电势峰值的(11~12)倍以内。有源逆变器型式，可以使箝位电压保持一定。 逆变器运行的可靠性问题。在逆变器的直流侧设有乎波大电感上，在电流闭环的作用下，可以有效地限制故障电流，即使在逆变器换流失败或短路的情况下，也不会造成大电流而损坏元件，因此，电流型逆变器的卫作是可靠的。 能够实现电能再生。在电动机降频减速时，系统能自动地运行于再生状态，可把机械能有效地转变为电能，并缩短电动机的减速时间。此时，逆变器与整流器直流侧电压的极性反号，而电流的流向保持不变，功率由电动机经逆变器和整流器流向交流电源，实现再生制动。因此，电流型逆变器能够方便地实现四象限运行，其动态特性好，容易满足快速及可逆系统的要求。 使用电流型逆变器除了用于要求电变频调速的系统以外，近年来在下述两个方面受到较大的关注。(1)用于泵、风机、增压机等机械的节能。过去这些机械常用恒频的交流电机拖动，在流量、压力要求变化时，用调节阀门的蘐芸方法以满足要求。这样，就白白地浪费了大量的电能。电流型逆变器因有许 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。 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 t (b)(a)u o t 3t 2t 1i o u o Z u o i o U d _+S 3S 2S 4S 1 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 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 ?? ? ??+++=Λt t t U u ωωωπ5sin 513sin 31sin 4d o d d o1m 27.14U U U ==π d d 1o 9.022U U U ==π 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 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 计算机仿真实验报告 班级：11 电牵4 班姓名：江流在班编号：26 指导老师：叶满园 实验日期：2014 年4 月21 日 、实验名称: 单相全桥电压型逆变电路MATLAB仿真 二、目的及要求 了解并掌握单相全桥电压型逆变电路的工作原理； 2.进一步熟悉MATLAB 中对Simulink 的使用及构建模块； 3.进一步熟悉掌握用MATLAB绘图的技巧。 三、实验原理 1.电压型逆变器的原理图 1 T 1 (b) 图1直流电伐流电逆变原理示意图 当开关S1、S3闭合，S2、S4断开时，负载电压uO为正；当开关S1、S3断开，S2、S4闭合时，uO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，uO的波形如图1 (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 图2电压型单相全桥逆变电路 它有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 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Ud 来实现。 可采用移相方式调节逆变电路的输出电压， 成为移相调压。各栅极信号为180°正偏，180° 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 本实验依次对两对桥臂交替导通 验研究。首先，两对桥臂交替导通 12亨利，设置直流电压 100V ，设置控制1、4号IGBT 触发 脉冲的的脉冲发生器周期 脉冲幅值1.2V ，脉冲宽度 脉冲幅值1.2V ，脉冲宽度 压方式下时，改设置控制 不变。 五、实验结果与分析 1两对桥臂交替导通 180度 2、输出电压有效值可调的移相工作方式 180度的工作方式以及输出电压可调的移相方式做实 180度工作方式下，设置负载电阻为 1欧姆、负载电感 0.02s , 50%，设置控制2、3号IGBT 触发脉冲的脉冲发生器周期 0.02, 50%，延迟0.01s ;做第二个实验即逆变桥工作在移相调节输出电 2、3号IGBT 触发脉冲的脉冲发生器的延迟为 0.007s ，其他参数 -100 O.OB -100 0 oe oos Uib. Series RLC Branch 100 0.02 0 04 0 06 Usrc: DC Voltage Source 100 0 02 0 04单相全桥逆变电路原理
单相全桥逆变电路原理
电压型单相全桥逆变电路
单相全桥逆变电路毕业设计
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逆变器的分类和主要技术性能评价
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