串联谐振单相全桥逆变电路的设计
单相全桥无源逆变电路
4.3 电压型单相全桥无源逆变电路
电路结构
图1 电压型单相全桥无源逆变电路
4.3 电压型单相全桥无源逆变电路
结构特点： 结构特点： 1. 直流侧并联有大容量电容器，直流侧电压基本 无脉动，直流回路呈现低阻抗的电压源特性。 2. 逆变器交流输出电压波形为矩形波，并与负载 阻抗性质无关；而交流输出电流波形和相位由负载 阻抗决定。 3. 逆变器各桥臂都反并联续流二极管，用以给交 流无功能量向直流侧回馈提供通路。 4. 同相上下桥臂的功率开关器件的触发脉冲要有 “死区”，即遵循“先关断，后开通”原则，防止 桥臂直通短路。
无源逆变器的应用： 无源逆变器的应用 目前几乎所有的电力电子变换电路都包含有无源逆变电 路，是电力电子技术中的最核心部分。 1. 变频调速（交流电机驱动） 2. 感应加热 3. 隔离型开关电源 4. 高频直流焊机 5. 脉冲电源 6. 节能照明
4.2 无源逆变器的分类
电压型和电流型逆变器 单相和三相 半桥、全桥、推挽式 换流方式： 换流方式：在电力电子变换电路中，电流从一 个支路向另一个支路转移的过程称为换流。 1. 器件换流（全控型器件）； 2. 电网换流（有源逆变，晶闸管构成的AC－AC）； 3. 负载换流（谐振电路－－串联谐振和并联谐振）； 4. 强迫换流（半控器件＋辅助换流电路）。
电压型单相全桥无源逆变电路
课件4
4.1 无源逆变电路
电力电子技术-第4章逆变电路讲解
4.2.1单相电压型逆变电路
2、 全桥逆变电路
（1）电路图
由四个桥臂构成， 桥臂1,4作为一对， 2,3作为另一对，两 对交替各导通 180°。
输入端并有一个电 容。负载接在上下 两组桥臂之间。
（2）工作过程
u o
U m
O
t
-U m
VT1上使其承受反向电压而关断， 电流从VT1、VT4换到VT3、VT2。
注意：触发VT2、VT3时刻 t1必 须在uo过零前并留有足够裕量，才
能使换流顺利完成。
•4.强迫换流 (1) 直接耦合式强迫换流
由换流电路内电容直接提供换流电压
给晶闸管加上反向 电压而使其关断的 换流
电压换流
(2)电感耦合式强迫换流
因此研究换流方式主要 是研究如何使器件关断
4.1.2 换流方式分类
①器件换流（IGBT,GTO,GTR,BJT,MOSFET) ②电网换流（有交流电网） ③负载换流（负载满足的条件？） ④强迫换流（直接耦合式，电感耦合式）
1. 器件换流
利用全控型器件的自关断能力进行换流
•在采用IGBT、电力MOSFET、GTO、GTR等全控 型器件的电路中，其换流方式即为器件换流。
能否不改变直 流电压，直接进行 调制呢？为此提出 了导电方式二：
电流源型单相全桥逆变电路
电流源型单相全桥逆变电路的设计
摘要
本次设计说明书首先介绍了电流源型单相全桥逆变电路的特点和原理，用单相桥式电流型逆变电路的原理图说明了该电路是采用负载换相方式工作的，要求负载电流略超前于负载电压，又详细分析该电路的工作过程，并用图给出该逆变电路的工作波形。最后根据以上分析运用仿真软件PSIM对电路进行仿真设计，得到波形图。
关键词：电流源型单相电路，逆变电路，PSIM仿真
'
目录
.
1.电流源型单相全桥逆变电路研究-----------------------------------------3
逆变电路介绍----------------------------------------------------3
电流型逆变电路的主要特点----------------------------------------3
电流源型单相全桥逆变电路----------------------------------------3
电流源型单相全桥逆变电路工作过程--------------------------------4 2.电流源型单相全桥逆变电路设计------------------------------------------7
电路设计原理----------------------------------------------------7
电路仿真图------------------------------------------------------7
3.参数设定及仿真结果----------------------------------------------------8
逆变电路的基本工作原理
第5章逆变电路
主要内容：换流方式，电压型逆变电路，电流型逆变电路，多重逆变电路和多电平逆变电路。
重点：换流方式，电压型逆变电路。
难点：电压型逆变电路，电流型逆变电路。
根本要求：掌握换流方式，掌握电压型逆变电路，理解电流型逆变电路，了解多重逆变电路和多电平逆变电路。
逆变概念：
逆变——直流电变成交流电，与整流相对应。
本章无源逆变逆变电路的应用：
蓄电池、干电池、太阳能电池等直流电源向交流负载供电时，需要逆变电路。交流电机调速用变频器、不连续电源、感应加热电源等电力电子装置的核心局部都是逆变电路。
本章仅讲述逆变电路根本内容，第6章PWM控制技术和第8章组合变流电路中，有关逆变电路的内容会进一步展开
1换流方式
〔1〕逆变电路的根本工作原理
单相桥式逆变电路为例：
S 1～S
4
是桥式电路的4个臂，由电力电子器件及辅助电路组成。S
1
、S
4
闭合，S
2
、S
3
断开时，
负载电压u
o 为正S
1
；S
1
、S
4
断开，S
2
、S
3
闭合时，u
o
为负，把直流电变成了交流电。改变两
组开关切换频率，可改变输出交流电频率。
图5-1 逆变电路及其波形举例
电阻负载时，负载电流i
o 和u
o
的波形一样，相位也一样。阻感负载时，i
o
滞后于u
o
，波
形也不同〔图5-1b〕。
t 1前：S
1
、S
4
通，u
o
和i
o
均为正。
t 1时刻断开S
1
、S
4
，合上S
2
、S
3
，u
o
变负，但i
o
不能立刻反向。
i o 从电源负极流出，经S
2
、负载和S
3
流回正极，负载电感能量向电源反应，i
o
逐渐减小，
t 2时刻降为零，之后i
o
才反向并增大
〔2〕换流方式分类
换流——电流从一个支路向另一个支路转移的过程，也称换相。
详细逆变电路原理分析
4.1.1逆变器的性能指标
（1）谐波系数HF：谐波分量有效值同基波分量有致值 之比。
（2）总谐波系数：总谐波系数表征了一个实际波形 同其基波的接近程度。 （3）逆变效率 （4）单位重量的输出功率:衡量逆变器输出率密度的 指标。 （5）电磁干扰（EMI）和电磁兼容性（EMC）
详细逆变电路原理分析
详细逆变电路原理分析
4.1逆变器的性能指标与分类
1、有源逆变:
1）定义：将逆变电路的交流侧接到交流电网上，把直流电逆变成同频率 的交流电反送到电网去。 2）应用：直流电机的可逆调速、绕线型异步电机的串级调速、高压直流 输电和太阳能发电等方面。
2、无源逆变：
1）定义：逆变器的交流侧不与电网联接，而是直接接到负载，即将直 流电逆变成某一频率或可变频率的交流电供给负载 2）应用：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。
在换流期间四个晶闸管都导通由于时间短和大电感电流减至零而关断直流侧电流中的电流下降到零以后还需一段时间后才能恢复正向阻断能力因此换流结束以后还要使应大于晶闸管关断时间463并联谐振式逆变电路原理图及其工作波形为了保证电路可靠换流必须在输出电压为触发引前时间
第4章: 无源逆变电路
4.1 逆变器的性能指标与分类 4.2 逆变电路的工作原理 4.3 电压型逆变电路 4.4 电流型逆变电路 4.5负载换流式逆变电路
单相PWM逆变电路课程设计
电力电子技术课程设计
题目：设计一个电压型spwm控制的负载性负载逆变电路
姓名：
学号：
院系：
班级：
指导老师：
日期：
目录
一前言
1.1 电力电子简介 (2)
1.2 课题目的 (3)
1.3 课题内容及要求 (3)
1.4 课题意义 (3)
二单相桥式逆变电路
2.1 电压型逆变电路 (4)
2.2 电流型逆变电路 (6)
三单相桥式PWM逆变主电路设计
3.1 逆变控制电路的设计 (9)
3.2 正弦波输出变压变频电源调制方式 (11)
3. 3种调制方式下逆变器输出电压谐波分析 (13)
四驱动和保护电路的设计
4.1 过电流保护 (14)
4.2 驱动电路的设计 (14)
五使用的元件 (16)
六仿真实验 (19)
七心得体会 (24)
八参考文献 (24)
一前言
1.1 电力电子简介
随着电力电子技术的飞速发展，正弦波输出变压变频电源已被广泛应用在各个领域中，与此同时对变压变频电源的输出电压波形质量也提出了越来越高的要求。对逆变器输出波形质量的要求主要包括两个方面：一是稳态精度高；二是动态性能好。因此，研究开发既简单又具有优良动、静态性能的逆变器控制策略，已成为电力电子领域的研究热点之一。电力电子器件的发展经历了晶闸管（SCR）、可关断晶闸管（GTO）、晶体管（BJT）、绝缘栅晶体管（IGBT）等阶段。目前正向着大容量、高频率、易驱动、低损耗、模块化、复合化方向发展，与其他电力电子器件相比，IGBT具有高可靠性、驱动简单、保护容易、不用缓冲电路和开关频率高等特点，为了达到这些高性能，采用了许多用于集成电路的工艺技术，如外延技术、离子注入、精细光刻等。IGBT最大的优点是无论在导通状态还是短路状态都可以承受电流冲击。它的并联不成问题，由于本身的关断延迟很短，其串联也容易。尽管IGBT模块在大功率应用中非常广泛，但其有限的负载循环次数使其可靠性成了问题，其主要失效机理是阴极引线焊点开路和焊点较低的疲劳强度，另外绝缘材料的缺陷也是一个问题。在现有的正弦波输出变压变频电源产品中，为了得到SPWM波，一般都采用双极性调制技术。该调制方法的最大缺点是它的4个功率管都工作在较高频率(载波频率)，从而产生了较大的开关损耗，开关频率
电磁感应技术在注塑机节能改造中的应用
９ ％ 以 上 ， 加 热 温 度 易 于 控 制 ； 具 有 精 确 的加 ０ 且 ②
５ ８ 料筒 保温层 电磁线 圈
工程 塑 料应 用
２１ ０ ２年 ， ４ 第 ０卷 ， ９期 第
１ 电磁 感 应 加 热装 置 图
引起 车 间环境 温度 上升 ， 器油 温升 高 ， 机 大大 缩短 油
将电能转换为热能的装置。电磁感应加热系统构成 简单 ， 由电磁 加热 控制 器和 电磁 加热 简组成 。
其 中电磁加 热筒 由 ３ 组成 ， 内层 为料简 ， 层 最 即 加热 简体 ， 中间一 层为 保温绝 热 棉 ， 外层 缠绕 电磁 最
ｍｏ ｉ ｃ ｔ ｎ ｔ ０ ｒ ｉ ｆｅ ｄ ｆ ａ ｉｎ ａ ｄ ｔ ｅ ｃ ｍｐ ｅ ｅ ｓｖ ｌｃｒｃｔ ａ ｉｇ ｒ ｔ ｏ ｌ ｅ ｃ ０ ， ｈ ｎ ｒ ｙ ｓ ｖ ｎ ｆｅ ｔ ｄ ｆ ａｉ ｏ ２ ｎ ａ ｒｍｏ ｉ ｃ ｔ ｎ ｏ ｒ ｈ ｎ ｉ ｅ ｅｅ ｔｉｉ ｓ ｖ ｎ ａｅ ｃ ｕ ｄ ｒ ａ ｈ ５ ％ ｔ ｅ ｅ ｅ ｇ ａ ｉ ｇ ｅ ｆ ｃ ｉ ｏ ａ ｔ ｉ ｏ ｈ ｙ ｗａ ｉ ｎ ｆ ａ ｔ ｓ ｇ ｉｃ ｎ． ｓ ｉ
三极 管 组 成 的放 大 器 放 大 ， 后 由 Ｌ 然 Ｃ选 频 回路 决
串联谐振逆变器电路原理
串联谐振逆变器电路原理
1 什么是串联谐振逆变器
串联谐振逆变器(又称全谐振逆变器)是一种特殊的间歇式单相恒电流逆变器，它组合了两个谐振回路：一个串联单相谐振回路，另一个是并联谐振回路。它可以有效提高DC/AC转换效率，减小负载由电流变化引起的谐波。串联谐振逆变器的基本原理是将直流技术和谐振技术有机地结合在一起，充分利用两者相互协调作用，实现直流/交流电能轮换。
2 串联谐振逆变器电路原理
串联谐振逆变器一般由输入滤波电路、控制回路、DC到DC变换电路、恒频谐振电路和节能电路组成。其中输入滤波电路是降低投入电源中各频段电噪比的电路，DC到DC变换电路可以将投入电源的直流电量变成适合于控制回路的脉冲电压，控制回路的作用是根据投入的幅值确定恒频谐振电路的谐振频率，控制IGBT的导通，以实现不同幅度的输出功率，节能电路是检测输出负载的电压下降情况，实现输出电压在额定值内稳定，有效使得设备在正常功率下的最低功耗。
3 工作原理
当串联谐振逆变器工作时，投入电源中的直流电量由DC到DC变换电路变成脉冲电压，经控制回路确定谐振电路的工作频率，由此控制IGBT的导通，实现电能轮换，最后将投入电源转换成输出电压。节
能电路的作用是在负载改变时实现输出电压的变化，以满足负载的需要，从而实现恒定的电压输出和最大的能量效率。
4 优点
串联谐振逆变器具有定电压、定电流、常见复杂波形输出、低逆变失真、简单操作、低副谐波失真和宽范围输出调节等优点。由于串联谐振逆变器的输出功率可以根据负载的变化动态调整，使得更多的能量转化成纯正的交流电，节约能源效率更高，电能损耗更低。
逆变电路的基本工作原理
第5章逆变电路
主要内容：换流方式,电压型逆变电路，电流型逆变电路，多重逆变电路和多电平逆变电路。
重点:换流方式,电压型逆变电路。
难点：电压型逆变电路,电流型逆变电路。
基本要求：掌握换流方式,掌握电压型逆变电路，理解电流型逆变电路，了解多重逆变电路和多电平逆变电路。
逆变概念：
逆变——直流电变成交流电,与整流相对应。
本章无源逆变逆变电路的应用:
蓄电池、干电池、太阳能电池等直流电源向交流负载供电时，需要逆变电路。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。
本章仅讲述逆变电路基本内容，第6章ＰＷM控制技术和第8章组合变流电路中，有关逆变电路的内容会进一步展开
1换流方式
（1)逆变电路的基本工作原理
单相桥式逆变电路为例：
S1~S4是桥式电路的4个臂,由电力电子器件及辅助电路组成。S１、S4闭合，S２、S3断开时，负载电压u o为正S1;S1、S4断开，Ｓ2、S３闭合时，u o为负，把直流电变成了交流电。改变两组开关切换频率，可改变输出交流电频率。
图5-1 逆变电路及其波形举例
电阻负载时,负载电流i o和u o的波形相同,相位也相同。阻感负载时,ｉo滞后于ｕo,波形也不同(图5-1ｂ)。
t1前:S1、S4通,u o和ｉｏ均为正。
ｔ1时刻断开S1、S４，合上S２、S３，u o变负,但i o不能立刻反向。
i o从电源负极流出,经S2、负载和S3流回正极，负载电感能量向电源反馈，i o逐渐减小,t ２
时刻降为零,之后i o才反向并增大
(2)换流方式分类
换流——电流从一个支路向另一个支路转移的过程,也称换相。
串联谐振逆变器控制方法
串联谐振逆变器控制方法
1.串联谐振逆变器基本结构
串联谐振逆变器的基本原理图如图1所示。它包括直流电压源，和由开关S1～S4组成的逆变桥及由R、L、C组成的串联谐振负载。其中开关S1～S4可选用IGBT、SIT、MOSFET、SITH等具有自关断能力的电力半导体器件。逆变器为单相全桥电路，其控制方法是同一桥臂的两个开关管的驱动信号是互补的，斜对角的两个开关是同时开通与关断的。
2串联谐振逆变器的控制方法
2.1 调幅控制（PAM）方法
调幅控制方法是通过调节直流电压源输出（逆变器输入）电压Ud（可以用移相调压电路，也可以用斩波调压电路加电感和电容组成的滤波电路，来实现调节输出功率的目的。即逆变器的输出功率通过输入电压调节，由锁相环（PLL）完成电流和电压之间的相位控制，以保证较大的功率因数输出。
这种方法的优点是控制简单易行，缺点是电路结构复杂，体积较大。
2．2 脉冲频率调制(PFM)方法
脉冲频率调制方法是通过改变逆变器的工作频率，从而改变负载输出阻抗以达到调节输出功率的目的。
从串联谐振负载的阻抗特性
可知，串联谐振负载的阻抗随着逆变器的工作频率（f）的变化而变化。对于一个恒定的输出电压，当工作频率与负载谐振频率偏差越大时，输出阻抗就越高，因此输出功率就越小，反之亦然。
脉冲频率调制方法的主要缺点是工作频率在功率调节过程中不断变化，导致集肤深度也随之而改变，在某些应用场合如表面淬火等，集肤深度的变化对热处理效果会产生较大的影响，这在要求严格的应用场合中是不允许的。但是由于脉冲频率调制方法实现起来非常简单，故在以下情况中可以考虑使用它：
单相全桥逆变电路工作原理
单相全桥逆变电路工作原理
单相全桥逆变电路是一种常见的逆变电路拓扑结构，其工作原理基于功率半导体器件的导通和关断来实现直流电能向交流电能的转换。在工业控制、电力系统和电子设备中广泛应用，具有高效、稳定的特点。
单相全桥逆变电路由四个功率晶体管和四个二极管组成，通过交替导通的方式实现对负载的逆变。在正半周，上桥臂的两个功率晶体管导通，下桥臂的两个功率晶体管关断，此时直流输入电压施加在负载上；在负半周，上桥臂的两个功率晶体管关断，下桥臂的两个功率晶体管导通，此时直流输入电压的反向值施加在负载上。通过这种方式，实现了直流电能向交流电能的转换。
在工作过程中，单相全桥逆变电路的控制主要通过对功率晶体管的开关控制来实现。通过控制功率晶体管的导通和关断时间，可以调节逆变输出的频率和幅值，实现对输出电压的调节。同时，通过控制不同功率晶体管的导通顺序，可以实现输出电压的正反向切换，从而实现正弦波的逆变输出。
单相全桥逆变电路的工作原理简单清晰，实现了直流电能向交流电能的高效转换。在实际应用中，通过合理设计电路参数和选择合适的功率器件，可以提高逆变电路的效率和稳定性。同时，逆变电路还可以通过添加滤波电路和控制电路等功能模块，实现更多的功能和保护措施，满足不同场合的需求。
总的来说，单相全桥逆变电路作为一种常见的逆变电路拓扑结构，在电力系统和工业控制中具有重要的应用价值。深入理解其工作原理，合理设计和应用逆变电路，将有助于提高系统的效率和稳定性，推动电力电子技术的发展。
逆变电路的基本工作原理
第5章逆变电路
主要内容：换流方式，电压
流型逆变电路。
基本要求：掌握换流方式，掌握电压型逆变电路，理解电流型逆变电路，了解多重逆变
蓄电池、干电池、太阳能电池等直流电源向交流负载供电
时，需要逆变电路。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
1
（1）逆变电路的基本工作原理单相桥式逆变电路为例：
S1～S4是桥式电路的4个臂，由电力电子器件及辅助电路组成。S、S闭合，S、S断开
、
1
S为
图5-1 逆变电路及其波形举例
电阻负载时，负载电流i o和u o的波形相同，相位也相同。阻感负载时，i滞后于u，波
t
t2、S
i o从电源负极流出，经S2、负载和S3流回正极，负载电感能
量向电源反馈，i o逐渐减小，t2时刻降为零，之后i o才反向并增大
就可使其开通。
关断：全控型器件可通过门极关断。
半控型器件晶闸管，必须利
为全面集中，因此在本章讲述1、器件换流
利用全控型器件的自关断能力进行换流（Device
。
能力，也不需要为换流附加元件。
3、负载换流
由负载提供换流电压称为负载换流（Load Commutation）。
图5-2 负载换流电路及其工作波形
基本的负载换流逆变电路：
采用晶闸管，负载：电阻电感串联后再和电容并联，工作在接近并联谐振状态而略呈容
改变，负载电流基本呈矩形波。负载工作在对基波电流接近并
联谐振的状态，对基波阻抗很大，对谐波阻抗很小，u o波形接近正弦。
t
、
2
t
、
1 VT4换到VT3、VT2。
t1必须在u o过零前并留有足够裕量，才能使换流顺利完成。
也称为电容换流。
直接耦合式强迫换流——由换流电路内电容提供换流电压。VT通态时，先给电容C
基于串联谐振的高频逆变电源设计
ｕ ｌ ｔ ｉ ｍａ ｔ ｅ ｌ ｙ ｔ ｈ ｒ ｏ ｕ ｇ ｈ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｈｅ ｔ ｓ ｗ ｉ ｔ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇ ｄ ｅ ｖ ｉ ｃ ｅ ｓ ｗｏ ｒ ｋ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｚ ｅ ｏ ｒ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ ｓ ｗｉ ｔ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇ（ Ｚ ＶＳ ）ｄ ｅ ａ ｄ ｔ ｉ ｍｅ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ． ｈｅ Ｔ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ
第 ２ １ 卷 第 ｌ ６期
Ｖｏ １ ． ２１ Ｎｏ ． １ ６
电 子 设 计 工 程
Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎｉ ｃ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ
２ ０ １ ３年 ８月
Ａｕｇ ． ２ ０１ ３
基才 串联谐振 的高频逆变电源设计
关键 词 ：串联 谐 振 ；零 电 压 开 关 ： 死 区时间； 锁 相 环 控 制 中图分类号 ： Ｔ Ｍ９ ２ ４ 文献标识码 ： Ａ 文章 编 号 ：１ ６ ７ ４ — ６ ２ ３ ６ （ ２ ０ １ ３ ） １ ６ — ０ １ ５ １ － ０ ３
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ ｈ ｉ ｇ ｈ ｆ ｒ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙ ｉ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ｓ ｕ ｐ ｐ ｌ ｙ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｓ ｅ ｒ ｉ ｅ ｓ ｒ ｅ ｓ ｏ ｎ ａ ｎ ｃ ｅ
电力电子技术4章 逆变电路
√如图4-3，当晶闸管VT处于通态时，预先给
电容充电。当S合上，就可使VT被施加反压而关
断。
√也叫电压换流。
缺点：电路复杂，可靠性受影响，换流能力取决
于C储能的大小。
College of Electrical Engineering and Automation
图4-3 直接耦合式 强迫换流原理图
9/53
11/53
4.2 电压型逆变电路·引言
1）逆变电路的分类 —— 根据直流侧电源性质 的不同
直流侧是电压源
电压型逆变电路——又称为电压源
型逆变电路 Voltage Source Inverter-VSI
直流侧是电流源
电流型逆变电路——又称为电流源
型逆变电路 Current Source Inverter-CSI
每次换流都是在同一相上下两臂之间进行，也称为纵 向换流。
总结：三相电压型逆变电路工作方式既结合单相半桥
的180°方波控制，同时又结合全桥的移相控制
（
θ=120
°
） a)
b)
c)
u UN'
O
Ud
t
u VN'
2
O t
u WN' College of Electrical Engineering and
O
2/53
水暖加热系统感应加热电源Matlab仿真研究_刘淑荣
感应 加 热 电 源 的 基 本 结 构 由 整 流 电 路、滤 波 电 路、逆 变 电 路、控 制 电 路、负 载 等 组 成。 系 统 结 构 图 如 图 １。
图 １ 水 暖 加 热 系 统 感 应 加 热 电 源 结 构 框 图
其 中 ：（１）整 流 电 路 的 作 用 是 将 交 流 电 转 换 为 直 流电。设计中采用 三 相 不 可 控 整 流 电 路，以 二 极 管 作为主要整 流 器 件，主 要 是 考 虑 电 路 简 单，操 作 方 便 ，便 于 控 制 。
ＲＣＴ ≥３２～ｆ５ 式中：ｆ 为整流输入电压的频率，ｆ＝５０ Ｈｚ。
三相不可控整流直流电源的负载电阻为：
Ｒ＝ＩＵｄｄ ＝１５８１２．４．４７＝２７．７（Ω） 实际选取 ＣＴ 时，取６倍，因此： ＣＴ ＝２ｆ６Ｒ＝２×５０６×２７．７＝２ １６６（μＦ） （３）逆变电路：采用电压串联谐振型 ＰＷＭ 单相 全桥逆变电路。 采 用ＩＧＢＴ 作 为 核 心 器 件，电 压 串 联谐振负载构成单 相 全 桥 逆 变 电 路。ＩＧＢＴ 参 数 设 置 ：Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ Ｒｏｎ ０．００１Ω，Ｆｏｒｗａｒｄ ｖｏｌｔａｇｅ １Ｖ。 ＰＷＭ 脉冲产生电路如图３，由锁相电路输出信 号经比 较，二 分 频 后 反 向 产 生 四 路 全 桥 逆 变 电 路 ＩＧＢＴ 驱动信号。
串联谐振型逆变电源的节能设计方法与调试
串联谐振型逆变电源的节能设计方法与调试串联谐振型逆变电源是一种高效的电源设计方案，其节能效果明显。本文将详细介绍串联谐振型逆变电源的节能设计方法和调试过程。
一、串联谐振型逆变电源的基本原理
串联谐振型逆变电源由两个串联谐振式逆变器组成，一个为主逆
变器，一个为从逆变器。主逆变器通过串联电感和谐振电容与输入直
流电源相连，输出交流电压；从逆变器通过串联电感和谐振电容与主
逆变器输出端相连，输出交流电流。主逆变器和从逆变器之间通过控
制信号进行相位控制。
二、节能设计方法
1.选用高效元件：在串联谐振型逆变电源的设计中，选用高效的
功率开关元件、电感元件和谐振电容元件是关键。功率开关元件要选
择低导通和开关损耗的MOSFET或IGBT元件，电感元件要选择低电流
损耗的高频电感，谐振电容元件要选择低损耗的高压陶瓷电容。
2.优化谐振电路参数：通过调节串联电感和谐振电容的数值，使
谐振频率与输入电源频率相匹配，以达到最佳的功率传输效果。合理
选择谐振电路参数，可以实现高效能的电能转换。
3.控制信号优化：通过优化控制信号，减小功率开关元件的开关
损耗。根据负载的实时需求，合理调整控制信号的频率和占空比，减
小功率开关元件的开关频率和占空比，减小功率开关元件的开关损耗。
4.开关逆变器半桥结构：采用开关逆变器半桥结构，可以减小逆
变损耗和开关损耗。由于串联谐振型逆变电源的主从逆变器通过控制
信号实现交流电压和交流电流的输出，开关逆变器半桥结构可以实现
高效能的开关操作。
5.功率因数校正：通过添加功率因数校正电路，提高系统的功率
因数，减小电网的谐波污染。
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本次课程设计的主要目的是设计一个输出电压可调的串联谐振单向全桥逆变电路，然后可以用于对工件的感应加热、感应加热电源等方面。
本次设计的单相全桥逆变电路由四只晶闸管构成，将直流电压Ud 逆变为中频方波电压，并将它加到负载电路。负载电路是由感应线圈和补偿电容组成的串联振荡电路，对工件进行感应加热，通过电感的电流接近正弦波形。而晶闸管的导通，则由TCA785组成的触发电路产生的触发脉冲来触发其导通。通过移相方式来调节主电路输出电压脉冲的宽度。由于晶闸管逆变装置在逆变过程中会产生过电压、过电流，故又对单相交流调压电路设计了一套保护电路。
在进行主电路的设计时，根据主电路的输入、输出参数来确定各个电力电子器件的参数，并进行器件的选择，以使设计的主电路能够达到要求的技术指标，并完成相应的功能。
关键词：单相全桥逆变电路、晶闸管、触发电路、保护电路、电压累加
1引言 (1)
1.1问题的提出 (1)
1.2技术指标和设计要求 (1)
1.2.1 技术指标 (1)
1.2.2 设计要求 (1)
2串联谐振单相全桥逆变电路的设计 (1)
2.1主电路及其工作原理 (1)
2.2串联谐振逆变电路的电压累加 (3)
3主电路电力电子器件参数的计算 (6)
3.1主电路电阻、电容、电感的取值 (6)
3.2晶闸管额定值的计算 (7)
4触发电路的设计 (8)
5保护电路的设计 (10)
5.1过电压保护 (10)
5.1过电流保护 (10)
6总结 (11)
7心得体会 (11)
参考文献 (12)
1引言
1.1 问题的提出
随着工厂对工件加热设备的温度控制精度不断提高，普通的加热设备已经不能满足要求。因此，就需要对设备的加热原理进行改进。本次设计的串联谐振单相全桥逆变电路的负载电路是由感应线圈和补偿电容组成的串联振荡电路，对工件进行感应加热，其功能与一般的单相全桥逆变电路有所不同，而且它的触发电路与其他电路的触发电路相比起来，有更优良的性能，达到对晶闸管通断的更好控制。
1.2 技术指标和设计要求
1.2.1 技术指标
（1） 输入参数：三相交流电压A u 、B u 、C u
（2） 输出参数：交流电压o u
1.2.2 设计要求
串联谐振单相全桥逆变电路的设计 晶闸管额定电压、电流表达式的推导 触发电路的设计 保护电路的设计
绘制主电路、触发电路和保护电路的电路图
2串联谐振单相全桥逆变电路的设计
2.1主电路及其工作原理
串联补偿逆变电路的结构如图1所示。
它由三相晶闸管全控整流桥、平波电感d L 、滤波电容d C 、单相全控桥式逆变电路、续流二极管、串联谐振逆变器负载构成。
三相晶闸管全控整流桥将正弦的工频交流电整流成脉动的直流电d U ,可通过调节直流电压d U 来调节负载电流。平波电感d L 在此起切断直流通路的作用。
图1 串联谐振单相全桥逆变电路
由于要求恒压源供电,所以需要一个很大的滤波电容d C ,当d C 足够大时,可以认为输入电压是恒压d U 。在电路还没开始工作前,电容d C 就通过电网储能,以便于启动逆变电路。
由四只晶闸管构成的单相全控桥式逆变电路将直流电压d U 逆变为中频方波电压,并将它加到负载电路。负载电路是由感应线圈和补偿电容组成的串联振荡电路,对工件进行感应加热。通过电感的电流接近正弦波形。
与并联补偿逆变电路的强迫换流工作方式不同,串联补偿逆变电路是通过自然换流来实现工作晶闸管之间转换的,其工作原理如下:
第一阶段：首先触发晶闸管SCR1、SCR4,电流通过正端流入,经过SCR1、串联振荡负载、SCR4,再由负端流出,此时补偿电容C 充上了左正右负的电压。
第二阶段：由于电流波形为正弦波,当电流变为负的时候,电流就通过与SCR1、SCR4 同桥臂的续流二极管D1、D4续流,同时给SCR1、SCR4 加上了反压,使SCR1、SCR4关断。
第三阶段：经过一段时间,当SCR1、SCR4 完全关断后,我们同时触发晶闸管SCR2和SCR3。此时由于晶闸管SCR2、SCR3两端均加有正压,因此马上就能导通。电容C 通过续流二极管D1、晶闸管SCR2回路和续流二极管D4、晶闸管SCR3回路放电。当电容C 放电完成后,续流二极管D1、D4中不再通过电流,整个回路电流走向为:正端流入,经过SCR2、串联振荡负载、SCR3,负端流出。电容C 开始反充电,充上左负右正的电压。
第四阶段：当电流再一次变为负时,电流将通过续流二极管D2、D3续流,同时给SCR2、SCR3加上反压,使晶闸管SCR2、SCR3关断。
第五阶段：当SCR2、SCR3 关断后,我们触发SCR1、SCR4,电容C 通过D2、SCR1回路和D3、SCR4回路放电。当电容C 放电完成后,续流二极管D2、D3中不再通过电流,整个回路电流走向为:正端流入,经过SCR1、串联振荡负载、SCR4,负端流出。电容C 开始充电,充上左正右负的电压。
以后开始重复以上过程。
由上述分析可知,不管有没有触发脉冲,工作的两只晶闸管都会自动关断,而另外两只晶闸管在前两只晶闸管关断后才被触发导通,因此串联补偿逆变电路为自然换流过程。
2.2串联谐振逆变电路的电压累加
要讨论串联补偿逆变电路的电压累加,先得从它的等效电路分析着手:图2串联补偿逆变电路等效电路
L U C U R U
图2 串联补偿逆变电路的等效电路图
为分析其工作过程，我们首先对简单串联逆变电路进行计算分析，如图2所示，其中R 为炉体的等效电阻，C 为补偿电容，L 为炉体电感。()i t 为输入电流。输入电压d U 。 由电路方程有：
d R C L U U U U =++ （1）
带入各电压表达式，有：