单相桥式整流逆变电路的设计及仿真辽宁工业大学电力电子技术课程设计（论文）题目：单相桥式整流/ 逆变电路的设计及仿真院（系）：电气工程学院专业班级：自动化111班学号：110302030学生姓名：指导教师：（签字）起止时间：2013.12.30-2014.1.10课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院教研室：自动化注：成绩：平时 20% 论文质量 60% 答辩 20% 以百分制计算摘要整流电路是把交流电转换为直流电的电路。

大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成。

逆变电路是把直流电变成交流电的电路，与整流电路相对应。

无源逆变电路则是将交流侧直接和负载连接的电路。

此次设计的单相桥式整流电路是利用二极管来连接成“桥”式结构，达到电能的充分利用，是使用最多的一种整流电路。

无源逆变是指逆变器的交流侧不与电网连接，而是直接接到负载，即将直流电逆变为某一频率或可变频率的交流电供给负载。

关键词：交直流转换；桥式整流；无源逆变电路；目录第1 章绪论 (1)第2 章课程设计的方案. (2)2.1 概述 (2)2.2 系统组成方案 (2)2.2.1 单相桥式整流电路的结构 (2)2.2.2 单相桥式无源逆变电路的结构 (3)第3 章主电路设计 (4)3.1 单相桥式整流主电路 (4)3.1.1 单相桥式整流主电路图 (4)3.1.2 工作原理 (4)3.2 单相桥式无源逆变电路主电路 (5)3.2.1 单相桥式整流电路主电路图 (5)3.2.2 工作原理 (6)第4 章控制电路设计 (7)4.1 单相桥式整流电路控制 (7)4.1.1 触发电路 (7)4.1.2 保护电路 (8)4.2 单相桥式无源逆变电路控制电路 (9)4.2.1 驱动电路 (9)4.2.2 保护电路 (10)第5章MATLAB仿真. (12)5.1 单相桥式整流电路的仿真 (12)5.2 单相桥式无源逆变电路的仿真 (15)第6 章课程设计总结 (17)参考文献. (18)第1章绪论整流电路就把交流电转换为直流电的电路。

整流电路通常由主电路、滤波器和变压器组成。

20 世纪70 年代以后，主电路多用硅整流二极管和晶闸管组成。

滤波器接在主电路与负载之间，用于滤除脉动直流电压中的交流成分。

变压器设置与否视具体情况而定，其作用是实现交流输入电压与直流输出电压间的匹配以及交流电网与整流电路之间的电隔离。

另外，还有采用全控型器件的电路，其主要控制方式为PWM脉宽调制式，后来，又把驱动，控制，保护电路和功率器件集成在一起，构成功率集成电路（PIC），随着全控型电力电子器件的发展，电力电子电路的工作频率也不断提高。

同时，电力电子器件的开关损耗也随之增大，为了减小开关损耗，软开关技术便应运而生，零电压开关（ZVS）和零电流开关（ZCS）把电力电子技术和整流电路的发展推向了新的高潮。

逆变电路与整流电路相对应，是把直流电变成交流电的电路。

当交流侧接在电网上，即交流侧接有电源时，称为有源逆变；而无源逆变是指逆变器的交流侧不与电网连接，而是直接接到负载，即将直流电逆变为某一频率或可变频率的交流电供给负载。

它在交流电机变频调速、感应加热、不停电电源等方面应用十分广泛，是构成电力电子技术的重要内容。

另外，逆变电路输出电压基波方均根值随外加控制信号电压的大小作连续调节。

逆变电路的基本功能固然是将直流电能改变成所需频率的交流电能，但含逆变电路的工业特殊交流电源，除了必须具备变频功能之外，还要求其出端电压在一定范围内连续可调。

例如：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。

它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。

再例如，为了防止交流电动机磁路饱和，用于变频调速的电源输出电压需要与工作频率同步调节, 以保持U/f 值为常数（其中U 为电源输出基波电压方均根值,f 为工作频率）。

为了适应不同工件和工艺规范的需要，用于感应加热的电源输出功率需要在一定范围内连续可调（相当于电源输出电压可调）。

为了在电网和负载波动条件下维持输出电压恒定，各种恒压电源（如不停电电源等）必须具备输出电压快速调节的功能等等。

第 2章 课程设计的方案2.1 概述本次设计主要设计单相桥式整流电路和单相全桥无源逆变电路。

这两个电路 在电力电子这门课程中算是比较简单的电路，但同时也是基础型的电路。

这次设 计不仅可以更直观的了解电路的工作情况和各个器件的工作原理，使自己对电力 电子知识的掌握更加清晰、 牢固。

同时可以通过对比来分辨两个电路的不同作用。

整流电路要求输入单相电网 220V ，输出电压 0~100V ，电阻性负载，，R=20欧 姆，通过设计整流电路并按照要求参数进行仿真，可以得到相应的波形。

逆变电 路要求单相全桥无源逆变，输出功率 200W ，输出电压 100Hz 方波，应采用无源方 波逆变电路，通过对参数的正确设置，就可以仿真出所求波形。

2.2 系统组成总体结构2.2.1 单相桥式整流电路的结构单相桥式整流电路在输入单相电源后经过变压器带动驱动电路使晶闸管处于 通状态来控制整流电路的通断，整流电路与负载相连得到整流后的波形，保护电 路在整个过程中保证电路的正常运行，防止过压或过流情况的发生。

保护电路图 2.1 单相桥式整流电路的结构单相 电源 驱动 电路单相 桥式 整流 电路2.2.2 单相全桥无源逆变电路的结构无源逆变是指逆变器的交流侧不与电网连接，而是直接接到负载，即将直流电逆变为某一频率或可变频率的交流电供给负载。

直流侧与电源相接，通过滤波电路得到需要的电压范围，整流电路将直流电压转换成交流电，输出给负载，控制电路全程逆变控制电路的通断。

图 2.2 单相桥式无源逆变电路的结构第3章主电路设计3.1 单相桥式整流电路主电路3.1.1 单相桥式整流主电路图图3.1 单相桥式整流主电路图3.1.2 工作原理如上图所示，晶闸管VT1 和VT2 组成一对桥臂，晶闸管VT4 和VT3 组成另一对桥臂。

当u2 为正半周时，在ωt= α瞬间给VT1和VT4以触发脉冲，则电流i2 从a→VT1→Rd→ VT4→b,VT2 和VT3 均承受反向电压而关断；在电源电压u2 的负半周期时，仍在控制角α时刻触发VT2 和VT3，电流i2 从b→VT3→Rd→VT2 →a,如此一个个周期周而复始地重复、循环。

由于单相桥式整流电路直流电压在一个周期内有两个波头，故整流电压平均值可按下式计算：Ud ( 2U 2sin t)d t 0.9U 2 1 cos /2当α =00°时，晶闸管全导通，相当二极管的不可控整流，Ud=0.9U2为最大值；当α =90°时，U d=0，为最小值，可见，其移相范围为90°。

对电路来说,晶闸管的选取会影响到电路的功能和输出, 因此,晶闸管的参数的选取十分重要, 决定晶闸管性能的主要参数有: 主要电压参数包括断态重复峰值电压,反向重复峰值电压,反向击穿电压,通态平均电压和断态电压临界上升率。

主要电流包括通态平均电流，断态平均电流，维持电流，掣住电流和浪涌电流等。

因此，出于对电路输出的考虑，选取KP1型晶闸管，其主要参数为：通态正向平均电流It 为1av, 断态正反向重复峰值电压Udrn,Udrrm 为50～160V，门极触发电压Vgt 为≤2.5V ，门极触发电流Igt 为≤20mA。

根据以上参数可求得晶闸管承受的最大正、反向电压都是 2 U2。

流过每个晶闸管的电流平均值和有效值公式分别为Idvt 2v Id 2 Id 0.5IdIdvt 2v Id 2 Id 12 Id3.2 单相桥式无源逆变电路主电路3.2.1单相桥式无源逆变主电路图图 3.2 单相桥式无源逆变主电路图3.2.2 工作原理单相桥式无源逆变电路如上图所示，从图中可看出，它由两对桥臂组合而成，VT1 和VT4 构成一对导电臂，VT2 和VT3 构成另一对导电臂，两对导电臂交替导通180 度。

其工作过程如下：t=0 时刻以前，VT2 、VT3 导通，VT1 、VT4 关断，电源电压反向加在负载上，Uo =-Ud。

在t=0 时刻，负载电流上升到负的最大值，此时关断VT2、VT3 ，同时驱动VT1 、VT4 ，由于感性负载电流不能立即改变方向，负载电流经VD1 、VD4 续流，此时，由于VD1 、VD4 导通，VT1 、VT4 受反压而不能导通。

负载电压Uo=+Ud 。

在t=t1 时刻，负载电流下降到0，VD1 、VD4 自然关断，VT1、VT4 在正向电压作用下开始导通。

负载电流正向增大，负载电压0u=+Ud。

在t=t2 时刻负载电流上升到正的最大值，此时关断VT1、VT4 ，并驱动VT2 、VT3 ，同样，由于负载电流不能立即换向，负载电流经VD2、VD3 续流，负载电压0u=-Ud 。

在t= t3 时刻，负载电流下降到0，VD2、VD3 自然关断，VT2、VT3 开通，负载电流反向增大时，0u=-Ud。

在t= t4 时刻，负载电流上升到负的最大值，完成一个工作周期。

从图2-2知，单相全桥逆变电路的输出电压为方波，定量分析时，将0u 展开成傅立叶级数，得Uo 4Ud *(sin t 13sin 3 t 15sin5 t )/其中，基波分量的幅值Uolm 和有效值Uol 分别为：Uolm=1.27Ud Uol=0.9Ud第 4章 控制电路设计4.1 单相桥式整流电路控制电路4.1.1 单相桥式整流电路触发电路1. 电路图图 4.1 单相桥整流电路触发电路图2. 晶闸管触发电路工作原理（1） 由 V1、V2构成的脉冲放大环节和脉冲变压器 TM 和附属电路构成的脉冲输 出环节两部分组成。

（ 2） 当 V1、V2导通时，通过脉冲变压器向晶闸管的门极和阴极之间输出触发 脉冲。

＋Ｅ１＋Ｅ２Ｖ１（3） VD1和 R3是为了 V1、V2 由导通变为截止时脉冲变压器 TM 释放其储存的 能量而设的。

（ 4） 为了获得触发脉冲波形中的强脉冲部分， 还需适当附加其它电路环节。

晶闸管触发电路应满足下列要求：A 、触发脉冲的宽度应该保证晶闸管的可靠导通， 对感性和反电动势负载的变流器 采用宽脉冲或脉冲列触发，对变流器的启动，双星型带平衡电抗器电路的触发脉 冲应该宽于 30°，三相全控桥式电路应小于 60°或采用相隔 60°的双窄脉冲。

B 、脉冲触发应有足够的幅度， 对户外寒冷场合， 脉冲电流的幅度应增大为器件最 大触发电流的 3—5 倍，脉冲前沿的陡度也要增加。

一般需达 1-2A/us 所提供的触发脉冲不应超过晶闸管门极的电压、电流和额定功率，且在门极伏安 特性的可靠触发区域之内。