长江职业学院
电力电子技术课程设计报告
学院：机电学院
学生姓名：余鸿
指导教师：李莎
专业：电气自动化
班级：电气1401
日期： 2015.12 单相桥式有源逆变电路设计
摘要：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和方法已成熟十几年了，随
件。
基本原理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。
在逆变电路
中，把直流电能经过直交变换，向交流电源反馈能量的变换电路称之为有源逆变电路，相应的装置称为有源逆变器。
关键词：整流逆变桥式有源逆变。
1前言
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。
逆变与整流相对应，直流电变成交流电。
交流侧接电网，为有源逆变。
交流侧接负载，为无源逆变。
有源逆变的条件：负载侧存在一个直流电源E，由他提供能量，其电势极性与变流器的整流电压相反，对晶闸管为正向偏置电压；变流器在起直流侧输出应有一个与原整流电压相反的逆变电压U，其平均值U<E，以吸收能量，并将其能量馈送给交流电源。
逆变电路的分类，根据直流侧的电源的性质不同，直流侧是电流源，电流型逆变电路，
又称为电流型逆变电路；电压型逆变电路，输出电压是矩形波，电流
型逆变电路输出电流是矩形波。
电压型逆变电路的特点：输出电流波
形随负载而变；只有单方向传递功率的功能；故障电流较难抑制。
2设计方案及其原理
图
图2-1 系统方框图
图2-2 等效电路及波形图 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 的波形如上图 (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
t 3
t 2t 1i o u o O Z u o i o U d
_+S 3S 2S 4
S 1
图2-3 电压型单相全桥逆变电路
图2-3 电路图
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。
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<q <180º)，T3、T4的栅极信号分别比T2、T1的前移180º-q，uo成为正负各为q 的脉冲，改变q可调节输出电压有效值。
3仿真概念及其原理简述
3.1基本概念
所谓系统仿真（system simulation），就是根据系统分析的目的，
在分析系统各要素性质及其相互关系的基础上，建立能描述系统结构或行为过程的、且具有一定逻辑关系或数量关系的仿真模型，据此进行试验或定量分析，以获得正确决策所需的各种信息。
3.2系统仿真的实质
(1)它是一种对系统问题求数值解的计算技术。
尤其当系统无法通过建立数学模型求解时，仿真技术能有效地来处理。
(2)仿真是一种人为的试验手段。
它和现实系统实验的差别在于，仿真实验不是依据实际环境，而是作为实际系统映像的系统模型以及相应的“人造”环境下进行的。
这是仿真的主要功能。
3.3系统仿真的作用
(1)仿真的过程也是实验的过程，而且还是系统地收集和积累信息的过程。
尤其是对一些复杂的随机问题，应用仿真技术是提供所需信息的唯一令人满意的方法。
(2)对一些难以建立物理模型和数学模型的对象系统，可通过仿真模型顺利地解决预测、分析和评价等系统问题。
(3)通过系统仿真，可以把一个复杂系统降阶成若干子系统以便于分析。
(4)通过系统仿真，能启发新的思想或产生新的策略，还能暴露出原系统中隐藏着的一些问题，以便及时解决。
3.4系统仿真的方法
系统仿真的基本方法是建立系统的结构模型和量化分析模型，并将其转换为适合在计算机上编程的仿真模型，然后对模型进行仿真实验。
由于连续系统和离散(事件)系统的数学模型有很大差别，所以系统仿真方法基本上分为两大类，即连续系统仿真方法和离散系统仿真方法。
在以上两类基本方法的基础上，还有一些用于系统(特别是社会经济和管理系统)仿真的特殊而有效的方法，如系统动力学方法、蒙特卡洛法等。
系统动力学方法通过建立系统动力学模型(流图等)、利用DYNAMO仿真语言在计算机上实现对真实系统的仿真实验，从而研究系统结构、功能和行为之间的动态关系。
4逆变失败原因及消除方法
有源逆变失败（逆变颠覆）是指逆变时，一旦换相失败，外接直流电源就会通过晶闸管电路短路，或使变流器的输出平均电压和直流电动势变成顺向串联，形成很大短路电流。
防止逆变失败的方法：采用精确可靠的触发电路，使用性能比较好的的晶闸管，保证交流电源的质量，流出足够的逆变角 等。
5 参数计算
由题意得U2=50V β=35。
P=200W E = -70V
Ud=0.9U2cos（π-β）=0.9×50×cos145。
= -36.86 V （公
式1﹚
Id=（Ud-E）/R （公式2﹚
P=|EId|-Id2R
（公式3﹚
联立公式1,2,3得
R = 6.199 Ω Id = 5.35A
晶闸管原件的额定电压为2U2=70.71V,取2～3倍的安全储备电
压，并考虑晶闸管额定电压系取200V.
晶闸管元件额定电压IT：由查表得Kf=IVT/Id =2/2，
IT=KfId/1.57=2.41A
取2倍电流安全储备并考虑晶闸管原件额定电流系列取5 A.
6实验电路原理及结果图
图6-1实验原理图
单相桥式有源逆变原理图说明：负载侧存在一个直流电源E=70V，由他提供能量，其电势极性与单相桥式的整流电压相反，对晶闸管为正向偏置电压；在前半个周期延迟角为135度时，D1,D3导通，后半个周期D2,D4导通，如此循环，单相桥式在直流侧输出有一个与原整流电压相反的逆变电压Ud=36.86V，其平均值Ud<E，以吸收能量，并将其能量馈送给交流电源，从而实现单相桥式的有源逆变。
图6-2晶闸管1和3门极电源参数
图6-3晶闸管2和4门极触发电源参数
触发电路的原理：为简便起见，我们采用了脉冲信号发生器作为晶闸管的触发信号，其参数设定如上两图所示，其中1、3和2、4的参数只有延迟时间不同，相差半个周期，这样就使得两组晶闸管不同时触发，最重要的是脉冲信号发生器的频率和交流电源的频率相同，从而使得电路逆变的顺利进行。
图6-4晶闸管触发电源的输出波形
图6-5Ud波形图
图6-6晶闸管1、2、3、4两端的电压波形相同，
图6-7流过晶闸管电流及其两端电压。