單相橋式逆變電路課程設(shè)計

1、<p>　　《電力電子技術(shù)》課程設(shè)計說明書</p><p><b>　　單相橋式逆變電路</b></p><p>　　院 、 部： 電氣與信息工程學(xué)院 </p><p>　　學(xué)生姓名： 高 村 </p><p>　　指導(dǎo)教師： 肖文英 職稱 副教授 </p><

2、;p>　　專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 </p><p>　　班 級： 電氣本1204 </p><p>　　完成時間： 2015年6月1日 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著電力電子技術(shù)的高速發(fā)展，逆變電路的應(yīng)用非常廣泛，蓄電池、干電池、

3、太陽能電池等都是直流電源，當(dāng)我們使用這些電源向交流負(fù)載供電時，就需要逆變電路。另外，交流電機(jī)調(diào)速用變頻器、不間斷電源、感應(yīng)加熱等電力電子裝置，其核心部分都是逆變電路。</p><p>　　本設(shè)計要做的就是輸入100V的直流電壓，輸出交流電壓頻率范圍在30～60HZ，電壓30～50V范圍可調(diào)。根據(jù)電力電子技術(shù)的相關(guān)知識，把直流電變成交流電的電路成為逆變電路。單相橋式逆變電路是一種常見的逆變電路。采用阻感負(fù)載，負(fù)載兩

4、端的電壓即為輸出電壓。設(shè)計電路中采用IGBT作為開關(guān)器件，利用ICL8038芯片產(chǎn)生頻率符合要求的信號來控制IGBT的通斷，從而得到頻率范圍在30～60HZ的交流電壓。采用移相調(diào)壓來調(diào)節(jié)輸出電壓的大小。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 直流電壓；交流電壓；逆變；橋式</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Wit

5、h 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 power supply to the ac loa

6、d 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 c

7、ircuit. This design has to do is enter the dc voltage</p><p>　　Key words dc voltage；ac voltage；inverter；bridge </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要I</b>

8、</p><p>　　ABSTRACTII</p><p><b>　　課程設(shè)計任務(wù)書V</b></p><p><b>　　緒論1</b></p><p>　　第1章方案設(shè)計5</p><p>　　1.1系統(tǒng)框圖5</p><p>　　

9、1.2主電路框圖5</p><p>　　1.3主電路原理圖6</p><p>　　第2章主電路設(shè)計7</p><p>　　2.1主電路原理圖7</p><p>　　2.2主電路原理分析7</p><p>　　2.3器件的選擇8</p><p>　　2.3.1絕緣柵雙極晶

10、體管8</p><p>　　2.3.2電力二極管8</p><p>　　2.4元件參數(shù)9</p><p>　　第3章驅(qū)動電路的設(shè)計10</p><p>　　3.1驅(qū)動電路原理圖設(shè)計10</p><p>　　3.2驅(qū)動電路的種類10</p><p>　　3.3驅(qū)動電路的作用

11、10</p><p>　　3.4驅(qū)動電路的選擇11</p><p>　　第4章控制電路設(shè)計12</p><p>　　4.1控制電路的作用12</p><p>　　4.2控制電路原理圖設(shè)計12</p><p>　　4.3控制電路原理分析13</p><p>　　4.4移相調(diào)

12、壓的原理13</p><p>　　4.5CL8038芯片介紹14</p><p>　　4.5.1ICL0838引腳功能14</p><p>　　4.5.2ICL0838內(nèi)部結(jié)構(gòu)15</p><p>　　第5章保護(hù)電路的設(shè)計17</p><p>　　5.1保護(hù)電路的種類17</p>&

13、lt;p>　　5.2保護(hù)電路的作用17</p><p>　　5.3保護(hù)電路的選擇18</p><p>　　第6章仿真分析19</p><p>　　6.1仿真軟件MATLAB19</p><p>　　6.2仿真電路圖20</p><p>　　6.3參數(shù)設(shè)置21</p><

14、p>　　6.4仿真效果圖21</p><p>　　6.5仿真結(jié)果分析22</p><p>　　第7章設(shè)計總結(jié)23</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)24</b></p><p><b>　　致謝詞25</b></p><p><b>　　附錄

15、26</b></p><p><b>　　課程設(shè)計任務(wù)書</b></p><p>　　一、課程設(shè)計的目的 </p><p>　　1、加強(qiáng)和鞏固所學(xué)的知識，加深對理論知識的理解； </p><p>　　2、培養(yǎng)學(xué)生文獻(xiàn)檢索的能力，特別是如何利用Internet檢索需要的文獻(xiàn)資料；</p&g

16、t;<p>　　3、培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問題、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力； </p><p>　　4、培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用知識的能力和工程設(shè)計能力；</p><p>　　5、培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用仿真軟件的能力和方法；</p><p>　　6、培養(yǎng)學(xué)生科技寫作水平。</p><p>　　二、課程設(shè)計的主要內(nèi)容</p><p>

17、;　　1、關(guān)于本課程學(xué)習(xí)情況簡述；</p><p>　　2、主電路的設(shè)計、原理分析和器件的選擇；</p><p>　　3、控制電路的設(shè)計；</p><p>　　4、保護(hù)電路的設(shè)計；</p><p>　　5、利用MATLAB軟件對自己的設(shè)計進(jìn)行仿真。</p><p><b>　　三、課程設(shè)計的要求</b&

18、gt;</p><p>　　1、通過查閱資料，確定自己的設(shè)計方案；</p><p>　　2、按抓鬮的方式選定課題，即此類推。自擬參數(shù)不能雷同；</p><p>　　3、要求最后圖紙是標(biāo)準(zhǔn)的CAD圖；</p><p>　　4、課程設(shè)計在第13周之前交上來。</p><p><b>　　四、課題</b>

19、;</p><p>　　課題：單相橋式逆變電路的設(shè)計</p><p>　　已知直流輸入電壓100V，負(fù)載自擬，要求交流輸出電壓頻率范圍在30～60HZ，電壓30～50V范圍可調(diào)，其它性能指標(biāo)自定。</p><p><b>　　五、格式要求</b></p><p>　　1、格式嚴(yán)格按照教務(wù)處規(guī)定的畢業(yè)設(shè)計格式；</p

20、><p><b>　　2、文檔內(nèi)容：</b></p><p>　　1）緒論：主要介紹對本課程學(xué)習(xí)情況；本設(shè)計內(nèi)容的掌握情況；擬出設(shè)計任務(wù)書。</p><p><b>　　2）主電路設(shè)計：</b></p><p>　?。?）電路原理圖：用CAD繪制電路；</p><p>　?。?）

21、原理分析：用自己的語言；</p><p>　?。?）參數(shù)計算：請用公式編輯器；</p><p><b>　?。?）器件選擇</b></p><p><b>　　3）控制電路設(shè)計：</b></p><p><b>　?。?）電路原理框圖</b></p><p&

22、gt;<b>　?。?）電路原理圖</b></p><p><b>　?。?）原理分析</b></p><p><b>　?。?）主要器件介紹</b></p><p>　　4）保護(hù)電路及其它輔助電路的設(shè)計</p><p>　?。?）保護(hù)電路的作用；</p><

23、;p><b>　　（2）電路原理圖；</b></p><p><b>　?。?）分理分析。</b></p><p><b>　　5）仿真分析</b></p><p>　?。?）仿真模型的建立方法；</p><p>　?。?）仿真電路模型；</p><p

24、><b>　?。?）仿真效果圖；</b></p><p>　?。?）仿真結(jié)果分析。</p><p><b>　　6）設(shè)計總結(jié)</b></p><p>　　用自己的語方介紹如何完成本次設(shè)計的，通過設(shè)計自己有哪些方面提高，對本課程教學(xué)有什么建議等。</p><p><b>　　7）附錄：

25、系統(tǒng)總圖</b></p><p><b>　　緒 論</b></p><p><b>　　電力電子技術(shù)的介紹</b></p><p><b>　　表1電力變換種類</b></p><p>　　電力電子技術(shù)是應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)，就是使用電力電子器件對電能進(jìn)行變

26、換和控制的技術(shù)。通常所用的電力有交流和直流兩種。但是這些電源往往不能直接的滿足要求，需要進(jìn)行電力變換。電力變換通常可分為四大類，即交流變直流、直流變交流、直流變直流、交流變交流。交流變直流稱為整流，直流變交流稱為逆變。直流變直流是指一種電壓（或電流）的直流變?yōu)榱硪环N電壓（或電流）的直流，可用直流斬波電路來實現(xiàn)。交流變交流可以是電壓或電力的變換，稱做交流電力控制，也可以是頻率或相數(shù)的變換。進(jìn)行上述電力變換的技術(shù)稱為變流技術(shù)。</p&

27、gt;<p>　　通常把電力電子技術(shù)分為電力電子器件制造技術(shù)和交流電力控制兩個分支。交流技術(shù)也稱為電力電子器件應(yīng)用技術(shù)，它包括用電力電子器件構(gòu)成各種電力電子變換電路和對這些電路進(jìn)行控制的技術(shù)，以及由這些電路構(gòu)成電力電子裝置和電力電子系統(tǒng)技術(shù)。如果沒有晶閘管、電力晶體管等電力電子器件，也就沒有電力電子技術(shù)，而電力電子技術(shù)主要用于電力變換。因此可以認(rèn)為，電力電子器件的制造技術(shù)是電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)，而變流技術(shù)則是電力電子技術(shù)的核

28、心。</p><p>　　電力電子技術(shù)的學(xué)習(xí)情況</p><p>　　通過對電力電子技術(shù)一個學(xué)期的學(xué)習(xí)，對電力電子這門學(xué)科有了一個大概的了解。首先是對應(yīng)用電力電子器件系統(tǒng)組成的認(rèn)識熟悉。在電力電子器件的實際應(yīng)用中一般是由控制電路、驅(qū)動電路、保護(hù)電路和以電力電子器件為核心的主電路組成一個系統(tǒng)。由信息電子電路組成的控制電路按照系統(tǒng)的工作要求形成控制信號，通過驅(qū)動電路去控制主電路中電力電子器件的

29、導(dǎo)通或關(guān)斷，來完成整個系統(tǒng) 的功能。要使器件工作還需要驅(qū)動電路，驅(qū)動 圖0-1電力電子在應(yīng)用中的系統(tǒng)組成</p><p>　　電路又分為電流型驅(qū)動和電壓型驅(qū)動。主電路的電壓和電流一般都較大，而控制電路只能承受較小的電壓和電流，因此在主電路和控制電路連接的路徑上，一般需要電氣隔離（通過光、磁來進(jìn)行信號傳遞）。為了防止電路被過電壓、過電流損壞器件還需加上保護(hù)電路。一般的保護(hù)電路有過電流、過電壓保護(hù)。</p

30、><p>　　然后是電力電子器件的熟悉。它分不可控器件、半控型器件以及全控器件。通過控制信號可以控制其導(dǎo)通而不能控制其關(guān)斷的電力電子器件被稱為半控型器件。通過控制信號既可以控制其導(dǎo)通，又可以控制其關(guān)斷的電力電子器件被稱為全空型器件。不能用信號控制來控制其通斷的電力電子器件被稱為不可控器件。本書重點介紹了整流電路，就是將交流變?yōu)橹绷?。有單相可控整流、三相可控整流和大功率可控整流電路，用整流橋整流后還要進(jìn)行電容濾波等等。

31、還有直流斬波電路、交流電力控制電路、交交變頻電路、逆變電路、PWM控制技術(shù)、軟開關(guān)技術(shù)和組合交流電路的介紹。</p><p>　　設(shè)計內(nèi)容的主要知識點</p><p>　　逆變電路的基本工作原理</p><p>　　圖0-2逆變電路及其波形舉例</p><p>　　以圖0-2a的單相橋式逆變電路為例說明其最基本的工作原理。圖中S1～S4是橋

32、式電路的4個臂，當(dāng)開關(guān)S1、S4閉合，S2、S3斷開時，負(fù)載電壓U0為正；當(dāng)開關(guān)S1、S4斷開，S2、S3閉合時，負(fù)載電壓U0為負(fù)，其波形圖如圖0-2b所示。這樣，就把直流電變成了交流電，改變兩組開關(guān)的切換頻率，即可改變輸出交流電的頻率。這就是逆變電路最基本的工作原理。</p><p><b>　　換流</b></p><p>　　換流的定義：電流從一個支路向另一個支

33、路轉(zhuǎn)移的過程稱為換流，換流也常被稱為換相。</p><p><b>　　換流方式：</b></p><p><b>　　器件換流</b></p><p>　　利用全控型器件的自關(guān)斷能力進(jìn)行換流稱為器件換流。</p><p><b>　　電網(wǎng)換流</b></p>&

34、lt;p>　　由電網(wǎng)提供換流電壓稱為電網(wǎng)換流。</p><p><b>　　負(fù)載換流</b></p><p>　　由負(fù)載提供換流電壓稱為負(fù)載換流。</p><p><b>　　強(qiáng)迫換流</b></p><p>　　設(shè)置附加的換流電路，給欲關(guān)斷的晶閘管強(qiáng)迫施加反向電壓或反向電流的換流方式稱為強(qiáng)迫

35、換流。</p><p><b>　　單相電壓型逆變電路</b></p><p><b>　　半橋逆變電路</b></p><p>　　a b</p><p>　　圖0-3單相半橋電壓型逆變電路及其波形</p><p>　

36、　半橋逆變電路原理圖如圖0-3a所示，它有兩個橋臂，每個橋臂由一個可控器件和一個反并聯(lián)二極管組成。在直流側(cè)接有兩個互相串聯(lián)的電容，兩個電容的聯(lián)結(jié)節(jié)點就是直流電源的中點。</p><p>　　設(shè)開關(guān)器件V1和V2的柵極信號在一個周期內(nèi)各有半周正偏，半周反偏，且二者互補(bǔ)。當(dāng)負(fù)載為感性時，其工作波形如圖0-3b所示。輸出電壓U0為矩形波，其幅值為Um=Ud/2。輸出電流i0波形隨負(fù)載的情況而異。設(shè)t2時刻以前V1為通態(tài)

37、，V2為斷態(tài)。t2時刻給V1關(guān)斷信號，給V2開通信號，則V1關(guān)斷，但感性負(fù)載中的電流i0不能立即改變方向，于是VD2導(dǎo)通續(xù)流。當(dāng)t3時刻i0降為零時，VD2截止，V2開通，i0開始反向。同樣，t4時刻給V2關(guān)斷信號，給V1開通信號，則V2關(guān)斷，VD1先導(dǎo)通續(xù)流，t5時刻V1才開通。</p><p>　　半橋逆變電路的優(yōu)點是簡單，使用器件少。其缺點是輸出交流電壓的幅值，且直流側(cè)需要兩個電容串聯(lián)，工作時還要控制兩個電

38、容器電壓的均衡。</p><p><b>　　全橋逆變電路</b></p><p>　　a b</p><p>　　圖0-4單相全橋電壓型逆變電路及其波形</p><p>　　電壓型全橋逆變電路的原理圖如圖0-4a所示，它共有4個橋臂，可以看成由兩個半橋電路

39、組和而成。把橋臂1和4作為一對，橋臂2和3作為另一對，成對的兩個橋臂同時導(dǎo)通，兩對交替各導(dǎo)通180°。其輸出電壓U0的波形和圖0-3b的半橋電路的波形U0形狀一樣，但電壓幅值高出一倍，Um=Ud。在直流電壓和負(fù)載都一樣的情況下，輸出電流i0的波形和圖0-3b的半橋電路的i0波形形狀一樣，僅幅值增加一倍。</p><p><b>　　方案設(shè)計</b></p><p

40、>　　我這次所選的課題是單相橋式逆變電路的設(shè)計。設(shè)計的內(nèi)容是已知直流輸入電壓100V，負(fù)載自擬，要求交流輸出電壓頻率范圍在30～60HZ，電壓30～50V范圍可調(diào)，其它性能指標(biāo)自定。</p><p>　　根據(jù)課題和內(nèi)容，以及上述的介紹選擇全橋電壓型逆變電路，負(fù)載采用阻感負(fù)載，利用移相調(diào)壓來調(diào)節(jié)輸出電壓的有效值。由于這里給出的是輸入為100V的直流電壓，但在我們的日常生活中用電都是220V、50HZ的交流電，

41、所以還需要接入一個整流穩(wěn)壓的電路。要實現(xiàn)電壓30～50V范圍可調(diào)，則要利用移相調(diào)壓。要得到交流輸出電壓頻率范圍在30～60HZ，還需要用到PWM控制技術(shù)，實現(xiàn)對開關(guān)的開關(guān)速度控制得到符合輸出頻率要求的電壓信號。</p><p><b>　　系統(tǒng)框圖</b></p><p>　　圖1-1系統(tǒng)原理框圖</p><p>　　整個網(wǎng)絡(luò)由控制電路、驅(qū)動

42、電路、保護(hù)電路和以電力電子器件為核心的主電路組成一個系統(tǒng)。</p><p><b>　　主電路框圖</b></p><p>　　圖1-2主電路原理框圖</p><p>　　由于我們的日常生活中用電都是220V、50 HZ的交流電，在此加了一個整流電路，具體參數(shù)在此并不作說明。在下面的設(shè)計中將省略這一步。</p><p>

43、;<b>　　主電路原理圖</b></p><p>　　圖1-3主電路原理圖</p><p>　　圖中1橢圓虛線里面的為整流電路，穩(wěn)壓為100V。圖中2矩形虛線框里面的則是電壓型逆變電路，起到將直流變交流的作用。</p><p><b>　　主電路設(shè)計</b></p><p><b>　

44、　主電路原理圖</b></p><p>　　主電路采用電壓型逆變電路其原理圖如下圖2-1：</p><p>　　圖2-1主電路原理圖</p><p><b>　　主電路原理分析</b></p><p>　　電壓型全橋逆變電路如圖2-1所示，它共有4個橋臂，可以看成由兩個半橋電路組和而成。把橋臂1和4作為一對

45、，橋臂2和3作為另一對，成對的兩個橋臂同時導(dǎo)通，兩對交替各導(dǎo)通180°。其輸出電壓U0的波形和圖0-3b的半橋電路的波形U0形狀一樣，但電壓幅值高出一倍，Um=Ud。在直流電壓和負(fù)載都一樣的情況下，輸出電流i0的波形和圖0-3b的半橋電路的i0波形形狀一樣，僅幅值增加一倍。</p><p>　　把幅值為的矩形波展開成傅里葉級數(shù)得：</p><p><b>　　(1)&l

46、t;/b></p><p>　　其中基波的幅值和基波的有效值分別為:</p><p><b>　　(2)</b></p><p><b>　　(3)</b></p><p><b>　　器件的選擇</b></p><p><b>　　絕緣

47、柵雙極晶體管</b></p><p>　　絕緣柵雙極晶體管（Insulated-gate Bipolar Transistor）,英文簡寫為IGBT。它是一種典型的全控器件。它綜合了GTR和MOSFET的優(yōu)點，因而具有良好的特性。現(xiàn)已成為中、大功率電力電子設(shè)備的主導(dǎo)器件。IGBT是三端器件，具有柵極G、集電極C和發(fā)射極E。它可以看成是一個晶體管的基極通過電阻與MOSFET相連接所構(gòu)成的一種器件。其等效

48、電路和電氣符號如下：</p><p>　　(b) </p><p>　　圖2-2 IGBT等效電路和電氣圖形符號</p><p>　　它的開通和關(guān)斷是由柵極和發(fā)射極間的電壓 \* MERGEFORMAT UGE所決定的。當(dāng) \* MERGEFORMAT UGE為正且大于開啟電壓 \* MERGEFORMAT UGE時，MOSFET內(nèi)形成

49、溝道，并為晶體管提供基極電流進(jìn)而是IGBT導(dǎo)通。由于前面提到的電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，使得電阻 \* MERGEFORMAT RN減小，這樣高耐壓的IGBT也具有很小的通態(tài)壓降。當(dāng)山脊與發(fā)射極間施加反向電壓或不加信號時，MOSFET內(nèi)的溝道消失，晶體管的積極電流被切斷，使得IGBT關(guān)斷。</p><p><b>　　電力二極管</b></p><p>　　電力二極管（Powe

50、r Diode）自20世紀(jì)50年代初期就獲得應(yīng)用，當(dāng)時也被稱為半導(dǎo)體整流器（Semiconductor Rectifier—SR）,其結(jié)構(gòu)和原理簡單，工作可靠，仍然大量應(yīng)用于許多電設(shè)備中。電力二極管的基本結(jié)構(gòu)和工作原理與信息電子電路中的二極管是一樣的，都是以半導(dǎo)體PN結(jié)為基礎(chǔ)的。由N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體結(jié)合構(gòu)成PN結(jié)。其結(jié)構(gòu)和電氣符號如下：</p><p>　　圖2-3a)結(jié)構(gòu)和b)電氣符號</p>

51、<p>　　當(dāng)PN結(jié)外加正向電壓，即外加電壓的正端接P區(qū)、負(fù)端接N區(qū)時，外加電場與PN結(jié)自建電場方向相反，在外帶電路上形成自P區(qū)流入從N區(qū)流出的電流，這就是PN結(jié)的正向?qū)顟B(tài)。</p><p>　　當(dāng)PN結(jié)外加反向電壓時，外加電場與PN結(jié)自建電場方向相同，在外帶電路上形成自N區(qū)流入從P區(qū)流出的電流，稱之為反向電流。因此反向偏置的PN結(jié)表現(xiàn)為高阻態(tài)，幾乎沒有電流通過，這就是反向截止?fàn)顟B(tài)。</p

52、><p><b>　　元件參數(shù)</b></p><p><b>　　電感電抗：</b></p><p><b>　　（4）</b></p><p><b>　　干路電流有效值：</b></p><p><b>　?。?）<

53、;/b></p><p>　　已知：交流輸出電壓頻率范圍在30～60HZ，電壓Ud=100V。 </p><p>　　又因晶閘管和IGBT的導(dǎo)通電流不宜過大，導(dǎo)通電流一般約為10mA。</p><p><b>　　代入公式（5）得：</b></p><p><b>　　Ω</b></p&

54、gt;<p>　　選擇最高頻率60HZ,代入公式（4）得：</p><p>　　使整個電路負(fù)載呈感性則有：X>R。</p><p>　　電阻選擇3000Ω。因此X=6000Ω。</p><p>　　將X=6000Ω代入公式（4）得：</p><p>　　所以選擇電阻R=3000Ω,電感L=0.063H。</p>

55、<p><b>　　驅(qū)動電路的設(shè)計</b></p><p><b>　　驅(qū)動電路原理圖設(shè)計</b></p><p>　　圖3-1驅(qū)動電路原理圖</p><p><b>　　驅(qū)動電路的種類</b></p><p>　　驅(qū)動電路有電流型驅(qū)動電路和電壓型驅(qū)動電路。&l

56、t;/p><p><b>　　驅(qū)動電路的作用</b></p><p>　　驅(qū)動電路是電力電子主電路與控制電路之間的接口，是電力電子裝置的重要環(huán)節(jié)，對整個裝置的性能有很大的影響。采用良好的驅(qū)動電路，可使電力電子器件工作在較理想的開關(guān)狀態(tài)，縮短開關(guān)時間，減小開關(guān)損耗，對裝置的運(yùn)行效率、可靠性和安全性都有重要的意義。</p><p>　　驅(qū)動電路的基本任

57、務(wù)就是將信息電子電路傳來的信號按照其控制目標(biāo)的要求，轉(zhuǎn)換為加在電力電子器件控制端和公共端之間，可以使其開通或關(guān)斷的信號。</p><p><b>　　驅(qū)動電路的選擇</b></p><p>　　驅(qū)動電路的選擇與使用的電力電子器件相關(guān)。在這里我們需要控制IGBT的開關(guān)，因為IGBT是電壓型驅(qū)動器件所以選擇電壓型驅(qū)動電路。常見驅(qū)動電力的混合集成電路有三菱公司的M57918

58、L芯片。同一系列的不同型號其引腳和接線基本相同，只是適用被驅(qū)動器件的容量和開關(guān)頻率以及輸入電流幅值等參數(shù)有所不同。圖3-2給出了M57962L的原理和接線圖。這些混合集成驅(qū)動器內(nèi)部都具有退飽和檢測和保護(hù)環(huán)節(jié)，當(dāng)發(fā)生過電流時能快速響應(yīng)但慢速關(guān)斷IGBT，并向外部電路給出故障信號。M57962L輸出的正驅(qū)動電壓均為+15V，左右，負(fù)驅(qū)動電壓為-10V。</p><p>　　圖3-2M57962L型IGBT驅(qū)動器的原

59、理和接線圖</p><p><b>　　控制電路設(shè)計</b></p><p><b>　　控制電路的作用</b></p><p>　　控制電路的作用就是通過控制驅(qū)動電路運(yùn)行進(jìn)而控制IGBT的通斷。又因IGBT的關(guān)斷速度決定了輸出電壓的頻率。所以控制電路就是通過產(chǎn)生一定頻率的脈沖信號來控制驅(qū)動電路進(jìn)而控制IGBT的關(guān)斷改變電

60、流方向和電壓方向從而得到想要頻率的輸出交流電壓。</p><p><b>　　控制電路原理圖設(shè)計</b></p><p>　　圖4-1控制電路原理圖</p><p><b>　　控制電路原理分析</b></p><p>　　在這里采用2片集成函數(shù)發(fā)生器ICL8038，分別用于發(fā)生頻率一樣的正弦波和

61、三角波，它們共同經(jīng)過運(yùn)放（LM311）、非門（74HC04）生成兩路PWM信號，這兩路信號分別是PWM+、PWM-，它們的相位差為180°。然后通過芯片4528以及與門（74HC08）得到兩路頻率一樣但相位相差）的SPWM波形，它們分別是SPWM1、SPWM2。將SPWM1分成兩路接驅(qū)動電路用來控制開關(guān)V1、V4，將 SPWM2分成兩路接驅(qū)動電路用來控制開關(guān)V2、V3。D觸發(fā)器產(chǎn)生的STOP停止信號用來分別與PWM1、SPWM

62、2相與使驅(qū)動電路停止工作。從而實現(xiàn)逆變電路輸出波形的開與關(guān)。</p><p><b>　　移相調(diào)壓的原理</b></p><p>　　前面分析的都是為正負(fù)電壓各為的脈沖時的情況。在這種情況下若要改變輸出交流電壓的有效值只能通過改變直流電壓Ud的大小來實現(xiàn)。</p><p>　　在阻感負(fù)載時，還可以采用移相的方式來調(diào)節(jié)逆變帶南路的輸出電壓，這種方

63、式成為移相調(diào)壓。移相調(diào)壓實際上就是調(diào)節(jié)輸出電壓脈沖的寬度。當(dāng)V3、V4的柵極信號不是分別和V1、V2的柵極信號同相位，而是前移了。這樣，輸出電壓U0就不再是正負(fù)各為一半的脈沖，而是正負(fù)各為的脈沖，各IGBT的柵極信號及輸出電壓U0、輸出電流i0的波形如圖0-4b所示。</p><p>　　工作原理：設(shè)在t1時刻前V1和V4導(dǎo)通，輸出電壓U0為，t1時刻V3和V4柵極信號反向，V4截止，而因負(fù)載電感中的電流i0不能

64、突變，V3不能立刻導(dǎo)通，VD3導(dǎo)通續(xù)流。因為V1和VD3同時導(dǎo)通，所以輸出電壓為零。到t2時刻V1和V2柵極信號反向，V1截止，而V2不能立刻導(dǎo)通，VD2導(dǎo)通續(xù)流，和VD3構(gòu)成電流通道，輸出電壓為-。到負(fù)載電流過零并開始反向時，VD2和VD3截止，V2和V3導(dǎo)通，U0仍為。t3時刻V3和V4柵極信號再次反向，V3截止，而V4不能立刻導(dǎo)通，VD4導(dǎo)通續(xù)流，U0再次為零。以后重復(fù)該過程。這樣，輸出電壓的正負(fù)脈沖寬度就各為。改變，就可以調(diào)節(jié)輸

65、出電壓。例如當(dāng)=90°時，輸出電壓有效值。 </p><p>　　CL8038芯片介紹</p><p>　　ICL0838精密函數(shù)發(fā)生器是采用肖特基勢壘二極管等先進(jìn)工藝制成的單片集成電路芯片，是一種具有多種波形輸出的精密振蕩集成電路, 電源電壓范圍寬、穩(wěn)定度高、精度高、易于用等優(yōu)點，只需調(diào)整個別的外部元件就能產(chǎn)生從 0.001HZ～300kHz的低失真正弦波、三角波、矩形波等脈沖

66、信號。輸出波形的頻率和占空比還可以由電流或電阻控制。另外由于該芯片具有調(diào)頻信號輸入端, 所以可以用來對低頻信號進(jìn)行頻率調(diào)制。</p><p>　　ICL0838引腳功能</p><p>　　圖4-2 ICL8038的引腳功能排列圖</p><p>　　腳1、12（Sine Wave Adjust）：正弦波失真度調(diào)節(jié)；</p><p>　　腳2

67、（Sine Wave Out）：正弦波輸出；</p><p>　　腳3（Triangle Out）：三角波輸出；</p><p>　　腳4、5（Duty Cycle Frequency）：方波的占空比調(diào)節(jié)、正弦波和三角波的對稱調(diào)節(jié)；</p><p>　　腳6（V＋）：正電源±10V～±18V；</p><p>　　腳7（F

68、M Bias）：內(nèi)部頻率調(diào)節(jié)偏置電壓輸；</p><p>　　腳8（FM Sweep）：外部掃描頻率電壓輸入；</p><p>　　腳9（Square Wave Out）：方波輸出，為開路結(jié)構(gòu)；</p><p>　　腳10（Timing Capacitor）：外接振蕩電容；</p><p>　　腳11（V- or GND）：負(fù)電原或地；<

69、;/p><p>　　腳13、14（NC）：空腳。</p><p>　　ICL0838內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　圖4-3ICL8038內(nèi)部電路方框圖</p><p>　　基本電路的工作原理:該芯片由三角波振蕩電路、比較器1、比較器2、觸發(fā)器、三角波—正弦波變換電路、恒流源CS1、CS2等組成。恒流源CS1、CS2主要用于對外接電容C進(jìn)行充電放

70、電，可利用4、5腳外接電阻調(diào)整恒流源的電流，以改變電容C的充放電時間常數(shù)，從而改變10腳三角波的頻率。兩個比較器分別被內(nèi)部基準(zhǔn)電壓設(shè)定在23Vs與13Vs。使兩個比較器必須在大于23Vs或小于13Vs的范圍內(nèi)翻轉(zhuǎn)。其輸出同時控制觸發(fā)器，使其一方面控制恒流源CS2的通斷，另一方面輸出方波經(jīng)集電極開路緩沖器，由9腳輸出方脈沖，而10腳經(jīng)緩沖器直接由3腳輸出三角波，另外還經(jīng)三角波—正弦波變換電路由2 腳輸出低失真正弦波。外接電容C由兩個恒流源

71、充電和放電。若S斷開，僅有電流I1 向C充電，當(dāng)C上電壓上升到比較器1的門限電壓23Vs時，觸發(fā)器輸出Q=1。開關(guān)S導(dǎo)通，CS2 把電流I2加到C上反充電，當(dāng)I2> I1時，相當(dāng)于C由一個凈電流I2- I1放電，此時C 上電壓逐漸下降，當(dāng)下降到比較器2的門限電壓13Vs時，RS觸發(fā)器被復(fù)位Q =0，于是S斷開CS2，僅有CS1對C充電，如此反復(fù)形成振蕩，C上電壓近似為三角波，而觸發(fā)器</p><p><

72、;b>　　保護(hù)電路的設(shè)計</b></p><p><b>　　保護(hù)電路的種類</b></p><p>　　換相過電壓保護(hù)：由于晶閘管或者與全控型器件反并聯(lián)的續(xù)流二極管在換相結(jié)束后不能恢復(fù)阻斷能力時，因而有較大的反向電流通過，使殘存的載流子恢復(fù)，而當(dāng)其恢復(fù)了阻斷能力時，反向電流急劇減小，這樣的電流突變會因線路電感而在晶閘管陰陽極這間或與續(xù)流二極管反并聯(lián)

73、的全控型器件兩端產(chǎn)生過電壓。 </p><p>　　圖5-1相過電壓保護(hù)電路</p><p>　　關(guān)斷過電壓保護(hù)：全控型器件在較高頻率下工作，當(dāng)器件關(guān)斷時，因正向電流的迅速降低而線路電感在器件兩端感應(yīng)出的過電壓。</p><p>　　圖5-2斷過電壓保護(hù)電路</p><p>　　過電流保護(hù)：電力

74、電子電路運(yùn)行不正?；蛘甙l(fā)生故障時，可能會發(fā)生過電流現(xiàn)象。過電流分載和短路兩種情況。一般電力電子均同時采用幾種過電壓保護(hù)措施，怪提高保護(hù)的可靠性和合理性。在選擇各種保護(hù)措施時應(yīng)注意相互協(xié)調(diào)。通常，電子電路作為第一保護(hù)措施，快速熔斷器只作為短路時的部分區(qū)斷的保護(hù)，直流快速斷路器在電子電力動作之后實現(xiàn)保護(hù)，過電流繼電器在過載時動作。采用快速熔斷器（簡稱快熔）是電力電子裝置中最有效，應(yīng)用最方泛的一種過電流保護(hù)措施。</p><

75、;p>　　圖5-3電流保護(hù)電路</p><p><b>　　保護(hù)電路的作用</b></p><p>　　保護(hù)電路的作用就是防止系統(tǒng)在外部電壓不穩(wěn)定的時，導(dǎo)致部分器件在過電壓或過電流的情況下被燒壞，造成電路癱瘓，無法正常工作。</p><p><b>　　保護(hù)電路的選擇</b></p><p&g

76、t;　　在本設(shè)計中主要是對IGBT進(jìn)行保護(hù)。根據(jù)IGBT的特性，只要不過電壓則不會導(dǎo)致IGBT過電流。所以采用過電壓保護(hù)。又因為IGBT工作在高頻率條件下，故采用關(guān)斷過電壓保護(hù)。只要將圖5-2所示的電路串接在各IGBT所在的之路上即可。</p><p><b>　　仿真分析</b></p><p>　　仿真軟件MATLAB</p><p>　　

77、Simulink簡介：Simulink是MATLAB最重要的組件之一，它提供一個動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無需大量書寫程序，而只需要通過簡單直觀的鼠標(biāo)操作，就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。Simulink具有適應(yīng)面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細(xì)、貼近實際、效率高、靈活等優(yōu)點，并基于以上優(yōu)點Simulink已被廣泛應(yīng)用于控制理論和數(shù)字信號處理的復(fù)雜仿真和設(shè)計。同時有大量的第三方軟件和硬件可應(yīng)用于或被要求應(yīng)用于Simulink

78、。</p><p>　　功能：Simulink是MATLAB中的一種可視化仿真工具，是一種基于MATLAB的框圖設(shè)計環(huán)境，是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個軟件包，被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號處理的建模和仿真中。Simulink可以用連續(xù)采樣時間、離散采樣時間或兩種混合的采樣時間進(jìn)行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)建動態(tài)系統(tǒng)模型，Simulink

79、提供了一個建立模型方塊圖的圖形用戶接口(GUI)，這個創(chuàng)建過程只需單擊和拖動鼠標(biāo)操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。 </p><p>　　Simulink&reg：是用于動態(tài)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的多領(lǐng)域仿真和基于模型的設(shè)計工具。對各種時變系統(tǒng)，包括通訊、控制、信號處理、視頻處理和圖像處理系統(tǒng)，Simulink提供了交互式圖形化環(huán)境和可定制模塊庫來對其進(jìn)行設(shè)計

80、、仿真、執(zhí)行和測試。 </p><p>　　構(gòu)架在Simulink基礎(chǔ)之上的其他產(chǎn)品擴(kuò)展了Simulink多領(lǐng)域建模功能，也提供了用于設(shè)計、執(zhí)行、驗證和確認(rèn)任務(wù)的相應(yīng)工具。Simulink與MATLAB&reg; 緊密集成，可以直接訪問MATLAB大量的工具來進(jìn)行算法研發(fā)、仿真的分析和可視化、批處理腳本的創(chuàng)建、建模環(huán)境的定制以及信號參數(shù)和測試數(shù)據(jù)的定義。 </p><p><

81、b>　　特點：</b></p><p>　　豐富的可擴(kuò)充的預(yù)定義模塊庫。</p><p>　　交互式的圖形編輯器來組合和管理直觀的模塊圖。 </p><p>　　以設(shè)計功能的層次性來分割模型，實現(xiàn)對復(fù)雜設(shè)計的管理。</p><p>　　通過Model Explorer導(dǎo)航、創(chuàng)建、配置、搜索模型中的任意信號、參數(shù)、屬性，生成模

82、型代碼。</p><p>　　提供API用于與其他仿真程序的連接或與手寫代碼集成。</p><p>　　使用Embedded MATLAB模塊在Simulink和嵌入式系統(tǒng)執(zhí)行中調(diào)用MATLAB算法。</p><p>　　使用定步長或變步長運(yùn)行仿真，(Normal,Accelerator,Rapid Acc- elerator)來決定以解釋性的方式運(yùn)行或以編譯C代碼

83、的形式來運(yùn)行模型。 </p><p>　　圖形化的調(diào)試器和剖析器來檢查仿真結(jié)果，診斷設(shè)計的性能和異常行為。</p><p>　　可訪問MATLAB從而對結(jié)果進(jìn)行分析與可視化，定制建模環(huán)境，定義信號參數(shù)和測試數(shù)據(jù)。模型分析和診斷工具來保證模型的一致性，確定模型中的錯誤。</p><p><b>　　仿真電路圖</b></p><

84、;p>　　圖6-1電路仿真圖</p><p><b>　　參數(shù)設(shè)置表</b></p><p><b>　　表2 參數(shù)設(shè)置表</b></p><p><b>　　仿真效果圖</b></p><p>　　圖6-2仿真結(jié)果波形圖</p><p>&

85、lt;b>　　仿真結(jié)果分析</b></p><p>　　輸入電壓特點：Ud為為100V的恒流電壓源。</p><p>　　輸出電流特點：I0近似正弦波，且連續(xù)，輸出電流周期為0.02S，頻率均為50HZ。</p><p>　　控制脈沖特點：控制脈沖頻率為50HZ，幅值為1V，假設(shè)VT4的延遲角為0°，則由圖可得T1的延遲角90°

86、，VT2的延遲角為270°，VT3的延遲角為180°。</p><p>　　輸出電壓特點：U0為電壓源經(jīng)過單項逆變器移相調(diào)壓后交流電壓幅值不變，占空比變?yōu)?:4，所以電壓有效值為為50V。</p><p>　　從仿真結(jié)果波形圖觀察輸入直流電壓為100V，經(jīng)過逆變電路后輸出交流電壓為50V，頻率為50HZ，符合課程設(shè)計要求。 </p><p>&

87、lt;b>　　設(shè)計總結(jié)</b></p><p>　　電力電子技術(shù)既是一門基礎(chǔ)技術(shù)課程，也是實用性很強(qiáng)的一門課程。本次電力電子技術(shù)課程設(shè)計，讓我們有機(jī)會將課堂上所學(xué)的理論知識運(yùn)用到實際中。并通過對知識的綜合利用，進(jìn)行必要的分析、比較，從而進(jìn)一步驗證了所學(xué)的理論知識。同時，本次課程設(shè)計也為我們以后的學(xué)習(xí)打下了良好的基礎(chǔ)，還讓我們知道了最重要的是心態(tài)，在你拿到題目時會覺得困難，但是只要有信心，就肯能能

88、完成的。</p><p>　　通過本次電力電子技術(shù)課程設(shè)計，我們不僅加深了對課本專業(yè)知識的理解，同時增強(qiáng)了自己的自學(xué)能力。因為平時上課時只是被動的學(xué)習(xí)理論知識，而在此次的設(shè)計過程中，我們更進(jìn)一步的熟悉了單相橋式逆變電路的原理及其控制電路的設(shè)計。在這個過程中也不是一蹴而就的，我也遇到了各種困難。但是通過查閱資料、和同學(xué)討論，我及時的發(fā)現(xiàn)自己的錯誤并糾正了。這也是本次電力電子課程設(shè)計的一大收獲，使我們的實踐動手能力有

89、了進(jìn)一步的提高，同時也增強(qiáng)了我們對以后學(xué)習(xí)的信心。</p><p>　　課程設(shè)計開始，思緒全無，舉步維艱。對于理論知識學(xué)習(xí)不夠扎實的我深感“書到用時方恨少”，于是重拾教材與實驗手冊，對知識進(jìn)行了系統(tǒng)而全面的梳理，而且領(lǐng)悟諸多平時學(xué)習(xí)難以理解的知識，對于知識的理解更深了一層。</p><p>　　課程設(shè)計結(jié)束了，在這次的課程設(shè)計中不僅檢驗了我所學(xué)習(xí)的知識，也培養(yǎng)了我如何去把握一件事情，如何去

90、做一件事情，又如何完成一件事情。在這里我感謝所有給予我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W(xué)，在我遇到困難的時候是他們耐心的幫助我。我會在以后的學(xué)習(xí)和生活中發(fā)揚(yáng)不怕苦的精神，努力學(xué)習(xí)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]趙可斌.電力電子變流技術(shù)[M].上海：上海交通大學(xué)出版社，1993.[2]陳堅編著.電力電子學(xué)[M].北京：高等教育出版社，20

91、01.[3]李序葆編著.電力電子器件及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996.</p><p>　　[4]黃俊主編.半導(dǎo)體變流技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1986.</p><p>　　[5]邵群濤主編.電機(jī)及拖動基礎(chǔ)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.</p><p>　　[6]鄭忠杰，吳作海編.電力電子變流技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社

92、，1999.</p><p>　　[7]龍志文主編.電力電子技術(shù)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2005.</p><p>　　[8]曲永印主編.電力電子變流技術(shù)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1997.</p><p>　　[9]王兆安，黃俊主編.電力電子技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.</p><p>　　[10]林輝，王輝編著

93、.電力電子技術(shù)[M].武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2001.</p><p>　　[11]張立主編.現(xiàn)代電力電子技術(shù)[M].北京：高等教育出版社，1999.</p><p>　　[12]黃家善，王廷才編.電力電子技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.</p><p>　　[13]莫正康主編.電力電子應(yīng)用技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.</

94、p><p>　　[14]劉衛(wèi)民，施金良主編.電力電子技術(shù)[M].重慶：重慶大學(xué)出版社，2004.</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　這次電力電子技術(shù)設(shè)計，讓我們有機(jī)會將課堂上所學(xué)的理論知識 運(yùn)用到實際中。并通過對知識的綜合運(yùn)用，進(jìn)行必要的分析、比較。從而進(jìn)一步驗證了所學(xué)的理論知識。同時，這次課程設(shè)計，還讓

95、我知道了最重要的是心態(tài)，在剛開始會覺得困難，但是只要充滿信心，就肯定會完成的。</p><p>　　通過電力電子技術(shù)課程設(shè)計，我加深了對課本專業(yè)知識的理解，平常都是理論知識的學(xué)習(xí)，在這個過程 中我也遇到了困難，查閱資料，相互通過討論。我準(zhǔn)確地找出了我們的錯誤并糾正了錯誤，這更是我們的收獲，不但使我們進(jìn)一步提高了我們的實踐能力，也讓我們在以后的工作學(xué)習(xí)有了更大的信心。通過這次課程設(shè)計使我懂得了只有理論知識

96、是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合，從實踐中得出結(jié)論，從而提高了自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設(shè)計中遇到了不少困難，但也讓我學(xué)到了一些課本上沒有的知識，進(jìn)一步的提高了我的能力。 讓我收獲最大的是我發(fā)現(xiàn)了自己對以前的知識理解的不夠深刻，掌握得不夠牢固，通過這次，我把以前所學(xué)的知識重新溫故，鞏固了所學(xué)知識，讓我受益菲淺。最后在這里感謝老師的指導(dǎo)和同學(xué)們的幫助。</p><p><b