单相桥式逆变电路-电力电子技术课程设计说明书.docx

1、电力电子技术课程设计说明书单相桥式逆变电路I摘 要随着电力电子技术的高速发展，逆变电路的应用非常广泛，蓄电池、干电池、太阳能电池等都是直流电源，当我们使用这些电源向交流负载供电时，就需要逆变电路。另外，交流电机调速用变频器、不间断电源、感应加热等电力电子装置，其核心部分都是逆变电路。本设计要做的就是输入 100V 的直流电压，输出交流电压频率范围在3060H Z，电压 3050V 范围可调。根据电力电子技术的相关知识，把直流电变成交流电的电路成为逆变电路。单相桥式逆变电路是一种常见的逆变电路。采用阻感负载，负载两端的电压即为输出电压。设计电路中采用 IGBT 作为开关器件，利用 ICL8038

2、 芯片产生频率符合要求的信号来控制 IGBT 的通断，从而得到频率范围在 3060HZ 的交流电压。采用移相调压来调节输出电压的大小。关键词： 直流电压；交流电压； 逆 变 ； 桥 式IIABSTRACTWith the rapid development of power electronic technology, the inverter circuit has a very wide range of applications, such as battery, battery, solar battery is a dc power supply, when we use the p

3、ower supply to the ac load power supply, inverter circuit is needed.In addition, the ac motor speed control by frequency converter, uninterruptible power supply, induction heating power electronic devices, such as its core part is the inverter circuit.This design has to do is enter the dc voltage 10

4、0 v, output voltage in 30 60 hz frequency range, 30 50 v voltage range is adjustable.According to the power electronic technology knowledge, become the inverter circuit of direct current into alternating current circuit.Single-phase bridge inverter circuit is a common inverter circuit.Use resistance

5、 load, feeling at the ends of the load voltage is the output voltage.In the design of circuit using IGBT as the switch device, using ICL8038 chip conform to the requirements of the frequency signal to control the on-off of IGBT, frequency range is obtained in 30 60 hz ac voltage.Phase-shifting surge

6、 tank is used to adjust the size of the output voltage.Key words dc voltage；ac voltage；inverter；bridge III目 录摘要 .IABSTRACT.II课程设计任务书 .V绪论 .1第 1 章 方案设计 .51.1 系统框图 .51.2 主电路框图 .51.3 主电路原理图 .6第 2 章 主电路设计 .72.1 主电路原理图 .72.2 主电路原理分析 .72.3 器件的选择 .82.3.1 绝缘栅双极晶体管 .82.3.2 电力二极管 .82.4 元件参数 .9第 3 章 驱动电路的设计 .1

7、03.1 驱动电路原理图设计 .103.2 驱动电路的种类 .103.3 驱动电路的作用 .103.4 驱动电路的选择 .11第 4 章 控制电路设计 .124.1 控制电路的作用 .124.2 控制电路原理图设计 .124.3 控制电路原理分析 .134.4 移相调压的原理 .134.5 CL8038 芯片介绍 .144.5.1 ICL0838 引脚功能 .144.5.2 ICL0838 内部结构 .15IV第 5 章 保护电路的设计 .175.1 保护电路的种类 .175.2 保护电路的作用 .175.3 保护电路的选择 .18第 6 章 仿真分析 .196.1 仿真软件 MATLAB .

8、196.2 仿真电路图 .206.3 参数设置 .216.4 仿真效果图 .216.5 仿真结果分析 .22第 7 章 设计总结 .23参考文献 .24致谢词 .25附录 .26V课程设计任务书一、课程设计的目的 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；

9、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、按抓阄的方式选定课题，即此类推。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 13 周之前交上来。四、课题课题：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3060HZ，电压 3050V 范围可调，其它性能指标自定。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）绪论：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）

10、电路原理图：用 CAD 绘制电路；VI（2）原理分析：用自己的语言；（3）参数计算：请用公式编辑器；（4）器件选择3）控制电路设计：（1）电路原理框图（2）电路原理图（3）原理分析（4）主要器件介绍4）保护电路及其它辅助电路的设计（1）保护电路的作用；（2）电路原理图；（3）分理分析。5）仿真分析（1）仿真模型的建立方法；（2）仿真电路模型；（3）仿真效果图；（4）仿真结果分析。6）设计总结用自己的语方介绍如何完成本次设计的，通过设计自己有哪些方面提高，对本课程教学有什么建议等。7）附录：系统总图1绪 论 电力电子技术的介绍电力电子技术是应用于电力领域的电子技术，就是使用电力电子器件对电能进行

11、变换和控制的技术。通常所用的电力有交流和直流两种。但是这些电源往往不能直接的满足要求，需要进行电力变换。电力变换通常可分为四大类，即交流变直流、直流变交流、直流变直流、交流变交流。交流变直流称为整流，直流变交流称为逆变。直流变直流是指一种电压（或电流）的直流变为另一种电压（或电流）的直流，可用直流斩波电路来实现。交流变交流可以是电压或电力的变换，称做交流电力控制，也可以是频率或相数的变换。进行上述电力变换的技术称为变流技术。通常把电力电子技术分为电力电子器件制造技术和交流电力控制两个分支。交流技术也称为电力电子器件应用技术，它包括用电力电子器件构成各种电力电子变换电路和对这些电路进行控制的技术

12、，以及由这些电路构成电力电子装置和电力电子系统技术。如果没有晶闸管、电力晶体管等电力电子器件，也就没有电力电子技术，而电力电子技术主要用于电力变换。因此可以认为，电力电子器件的制造技术是电力电子技术的基础，而变流技术则是电力电子技术的核心。 电力电子技术的学习情况通过对电力电子技术一个学期的学习，对电力电子这门学科有了一个大概的了解。首先是对应用电力电子器件系统组成的认识熟悉。在电力电子器件的实际应用中一般是由控制电路、驱动电路、保护电路和以电力电子器件为核心的主电路组成一个系统。由信息电子电路组成的控制电路按照系统的工作要求形成控制信号，通过驱动电路去控制主电路中电力电子器件的导通或关断，来

13、完成整个系统 的功能。要使器件工作还需要驱动电路，驱动 图 0-1 电力电子在应用中的系统组成输出 输入交流 直流直流 整流 直流斩波交流 变频、变相 逆变表 1 电力变换种类主电路控制电路驱动电路保护电路2电路又分为电流型驱动和电压型驱动。主电路的电压和电流一般都较大，而控制电路只能承受较小的电压和电流，因此在主电路和控制电路连接的路径上，一般需要电气隔离（通过光、磁来进行信号传递） 。为了防止电路被过电压、过电流损坏器件还需加上保护电路。一般的保护电路有过电流、过电压保护。然后是电力电子器件的熟悉。它分不可控器件、半控型器件以及全控器件。通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断的电力电子

14、器件被称为半控型器件。通过控制信号既可以控制其导通，又可以控制其关断的电力电子器件被称为全空型器件。不能用信号控制来控制其通断的电力电子器件被称为不可控器件。本书重点介绍了整流电路，就是将交流变为直流。有单相可控整流、三相可控整流和大功率可控整流电路，用整流桥整流后还要进行电容滤波等等。还有直流斩波电路、交流电力控制电路、交交变频电路、逆变电路、PWM 控制技术、软开关技术和组合交流电路的介绍。 设计内容的主要知识点1. 逆变电路的基本工作原理图 0-2 逆变电路及其波形举例以图 0-2a 的单相桥式逆变电路为例说明其最基本的工作原理。图中 S1S4是桥式电路的 4 个臂，当开关 S1、S4

15、闭合，S2、S3 断开时，负载电压 U0 为正；当开关 S1、S4 断开，S2、S3 闭合时，负载电压 U0 为负，其波形图如图 0-2b 所示。这样，就把直流电变成了交流电，改变两组开关的切换频率，即可改变输出交流电的频率。这就是逆变电路最基本的工作原理。2. 换流换流的定义：电流从一个支路向另一个支路转移的过程称为换流，换流也常被称为换相。换流方式：1) 器件换流利用全控型器件的自关断能力进行换流称为器件换流。2) 电网换流由电网提供换流电压称为电网换流。33) 负载换流由负载提供换流电压称为负载换流。4) 强迫换流设置附加的换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反向电压或反向电流的换流方式称

16、为强迫换流。3. 单相电压型逆变电路1) 半桥逆变电路a b图 0-3 单相半桥电压型逆变电路及其波形半桥逆变电路原理图如图 0-3a 所示，它有两个桥臂，每个桥臂由一个可控器件和一个反并联二极管组成。在直流侧接有两个互相串联的电容，两个电容的联结节点就是直流电源的中点。设开关器件 V1 和 V2 的栅极信号在一个周期内各有半周正偏，半周反偏，且二者互补。当负载为感性时，其工作波形如图 0-3b 所示。输出电压 U0 为矩形波，其幅值为 Um=Ud/2。输出电流 i0 波形随负载的情况而异。设 t2 时刻以前V1 为通态，V2 为断态。t 2 时刻给 V1 关断信号，给 V2 开通信号，则 V1 关断，但感性负载中的电流 i0 不能立即改变方向，于是 VD2 导通续流。当 t3 时刻 i0 降为零时，VD2 截止，V2 开通，i 0 开始反向。同样， t4 时刻给 V2 关断信号，给V1 开通信号，则 V2 关断，VD1 先导通续流，t 5 时刻 V1 才开通。半桥逆变电路的优点是简单，使用器件少。其缺点是输出交流电压的幅值，且直流侧需要两个电容串联，工作时还要控制两个电容器电压的均衡。2) 全桥逆变电路