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1、1中北大学课程设计任务书10/11 学年第一学期学院：信息与通信工程学院专业：自动化学生姓 名：学 号：课程设计题目：单相桥式晶闸管有源逆变电路设计（反电势阻感负载）起迄 日期：1 月10 日 1 月14 日课程设计地点：电气工程系实验中心指导 教师：系主任：下达任务书日期:2011年 1 月 9日名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 13 页 -2课 程 设 计 任 务 书1设计目的：1）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。2）培养学生综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。3）培养学生运用知识的能力和工程设计的能力。4）提高学生
2、课程设计报告撰写水平。2设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：设计内容：1、设计一个单相桥式晶闸管有源逆变电路（反电势阻感负载）设计要求：1）电源电压：交流 50V/50Hz；2）逆变功率：200W；3）反电势：E=70V；4）逆变角：=35。3设计工作任务及工作量的要求包括课程设计说明书、图纸、实物样品等：设计工作任务及工作量的要求：1）根据课程设计题目，收集相关资料、设计主电路和触发电路；2）用 Multisim等软件制作主电路和控制电路原理图；3）撰写课程设计报告画出主电路、控制电路原理图，说明主电路的工作原理，完成元器件参数计算，元器件选型，说明控制电路的工作原理
3、，用 Multisim或 EWB 等软件绘出主电路典型的输出波形（比较实际波形与理论波形），绘出触发信号（驱动信号）波形，说明设计过程中遇到的问题和解决问题的方法，附参考资料。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 13 页 -3课 程 设 计 任 务 书4主要参考文献：1、樊立萍，王忠庆.电力电子技术.北京:北京大学出版社,2006 2、徐以荣，冷增祥.电力电子技术基础.南京：东南大学出版社，1999 3、王兆安,黄俊.电力电子技术.北京：机械工业出版社,2005 4、童诗白.模拟电子技术.北京:清华大学出版社,2001 5、阎石.数字电子技术.北京:清华大学出版社,1
4、998 6、邱关源.电路.北京：高等教育出版社，1999 5设计成果形式及要求：1）撰写课程设计报告；2）用 PROTEL 或其它软件画出主电路和触发电路原理图；3）用 EWB 或其它软件绘出主电路典型波形，触发信号（驱动信号）波形。6工作计划及进度：2011 年 1 月 10 日 1 月 11 日收集资料，计算所需参数并选定元器件；1 月 12 日 1 月 13 日完成主电路、控制电路设计；绘出波形图；1 月 14 日 月日完成课程设计报告，下午答辩。系主任审查意见：签字：2011 年 1 月 9日名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 13 页 -4一、绪论1.1 整
5、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
6、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。1.2 系统仿真概述 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名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 13 页 -5型，据此进行试验或定量分析，以获
7、得正确决策所需的各种信息。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象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、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，可通过仿真模型来顺利地解决预测、分析和评价等系统问题。(3)通过系统仿
8、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。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名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 13 页 -6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
9、、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。二、单相桥式全控整流及有源逆变的原理2.1 整流电路的概述整流电路（rectifying circuit）把交流电能转换为直流电能的电路。大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成。它在直流电动机的调速、发电机的励磁调节、电解、电镀等领域得到广泛应用。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
10、与否视具体情况而定。变压器的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。2.2 有源逆变的概述逆变与整流相对应，直流电变成交流电。交流测接电网，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 UE，以吸收能量，并将其能量馈送给交流电源。逆变电路的分类，根据直流侧的电源名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 13 页 -7的性质不同，直流侧是电流源，电流型逆变电路，又
11、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。2.3 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，流出足够的的换向裕量角等。三、参数计算由题意得U2=50V=35。P=200WE=-70VUd=0.9U2cos（-）=0.950cos145。=-3
12、6.86 V Id=（Ud-E）/R P=|EId|-Id2R 联立、得R=6.199 Id=5.35A 晶闸管原件的额定电压为2U2=70.71V,取 23 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.名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 13 页 -8四、实验电路原理及结果图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
13、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 UdE，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。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 13 页 -9晶闸管 1 和 3 门极触发电源参数晶闸管 2 和 4 门极触发电源参数名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页，共 13 页 -10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
14、 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晶闸管触发电源的输出波形名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 10 页，共 13 页 -11Ud波形图晶闸管 1、2、3、4 两端的电压波形相同，1、3 的波形与 2、4 的波形相差半个周期。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 11 页，共 13 页 -12流过晶闸管电流及其两端电压五、心得与总结本次电力电子课程设计以单相全控桥式整流及有源逆变电路为研究对象，对其原理做了很深入的理解。通过本次课程设计暴露出了我在
15、平时学习电力电子技术这门课程中存在的问题。首先在学习中只局限于课本知识，没有去探索新知识，至使在本次课程设计中出现当拿到课题后毫无头绪，无从下手的问题；其次，在学习了电力电子这门学科后，没能很好的将本学科中的知识互相联系，也没能将本学科和模拟电子技术、数字电子技术等学科相互联系，造成了在设计触发电路时遇到很大的困难，最终在老师的指导下才选择了直接使用信号源作为触发源这一简便的方法；最后，缺少实际的操作，忽视了电力电子技术主要在名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 12 页，共 13 页 -13于应用这一点，在设计时由于缺少实践经验，对参数的估算以及各元件参数的设定都走了很多弯路。本次的课程设计需要查询大量的资料，通过本次设计，明白了不是任何东西都能在网络中轻易得到，还是需要自己的耐心寻找和筛选的。同时在设计的过程使我对于Multisim这款软件从最开始的了解到后来能够简单操作。通过本次课程设计是我明白了当面对实际的电力电子技术方面问题时，要能够将自己的理论知识与其结合起来，以及如何将其相互从而联系解决问题的方法，对以后的学习有了更好的指导。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 13 页，共 13 页 -