100W单相交-直-交变频电路
交流电力控制电路
晶闸管与负载连接成内三 角形的三相交流调压电路
• 无论是电阻性负载还是电感性负载， 每一相都可当作单相交流调压电路来 分析，单相交流调压电路的方法和结 果都可沿用，注意把单相相电压改成 线电压即可。
常见三相交流调压器
12.3 交流电力控制电路
12.3.1 交流调功电路
1. 过零触发的概念
• 前述可控整流和有源逆变电路都采用移相 触发控制，这种触发方式使得电路输出为 缺角的正弦波，包含大量的高次谐波。为 了弥补这种不足，可采用过零触发或称零 触发。过零触发是指在正弦交流电压过零 时，触发晶闸管，使晶闸管或者处于全导 通或者处于全阻断，使负载得到完整的正 弦波。
用三对反并联晶闸管连接
成三相三线交流调压电路
• 首先要确定电路中门极起始控制点，把图中的 晶闸管换成二极管可看出，在电阻负载时，从 相电压过零时刻开始，相应的二极管就导通。 因此，α的点应定在各相电压过零点。
• 晶闸管VT1、VT3、VT5的触发相位依次相差 120°，VT4、VT6、VT2的触发相位依次也相差 120°，同相的两个晶闸管的触发相位相差180°。 这样，自VT1至VT6的触发相位依次相差60°。
θ(゜)
电感性负载
单相交流调压电路以a为参 变量的θ和a关系曲线
0 45 60
75
α(゜)
单相交流调压特点：
1）电阻性负载时，负载电流波形与
单相桥式可控整流交流侧电流一致。 改变控制角α可以连续改变负载电压 有效值，达到交流调压的目的。 2）电感性负载时，不能用窄脉冲触 发。否则当α< φ时，会出现一个晶闸管
无法导通，生成很大直流分量电流，烧毁 熔断器或晶闸管。
3）电感性负载时，最小控制角αmin=φ （阻抗角）。所以α的移相范围为φ ～180°，电阻性负载时移相范围为 0°～180° 。可以把θ与α、φ之间 的关系用左图所示的一簇曲线来表示。 图中以φ为参变量，当φ=0°时，代 表电阻性负载，此时θ=180°- α ； 若φ为某一特定角度，则当α ≤φ时， θ =180°，当α>φ时， θ随着α的增加 而减小。
单相交直交变频电路实验报告
单相交直交变频电路实验报告嘿，大家好！今天咱们聊聊单相交直交变频电路实验，听起来是不是有点拗口？但别担心，咱们慢慢来，轻松一点就好。
你得知道，变频电路可不是随随便便的东西，它能让电机在不同的频率下转动，简直就像是给电机加了个调音器，想让它快点、慢点，全凭你的一念之差，真的是神奇极了！在实验室里，咱们一边玩电，一边学东西，真是一举两得的好事。
咱们这次实验用的就是单相交直交变频电路，听上去挺高大上的吧？其实它的工作原理也不复杂。
想象一下，你在调节音量一样，电压的大小直接影响着电机的转速。
这电路里有个“变频器”，它的作用就像是电机的心脏，负责调整频率，搞得电机心甘情愿地按照你的意愿来转。
你知道，这可不是随便玩玩就能搞定的，得小心翼翼地连接线缆，像是绣花一样，每根线都要放在正确的位置，真是一点马虎不得啊！在开始之前，我们得准备一些设备。
电源、变频器、负载电机，还有各种测量工具，真是忙得不可开交。
像是厨房里做菜，材料得齐全，不然就只能干着急。
然后就是连接线缆了，仿佛在搭建一座小房子，每根线都要接得稳稳的，千万不能出错。
要是搞错了，那可是得不偿失，得重新来过，心里想想就觉得无奈啊。
实验开始时，咱们先给变频器通电，心里那个紧张啊，生怕一不小心就把什么搞坏了。
不过，这个变频器的显示屏还挺友好的，数字一闪一闪的，像是在跟我打招呼。
我们先试着调整频率，看看电机转动的样子。
哎呀，转得可欢了，仿佛在说：“快来啊，快来玩我！”我心里一阵得意，感觉自己仿佛是一位电机大师。
调高频率，电机转得飞快，调低频率，哎，像是进入了慢动作，真的是有趣得不得了。
实验中也有些小插曲。
比如有一次，我把频率调得太高了，电机居然发出咕噜咕噜的声音，像是快喘不过气来。
我心里一惊，赶紧把频率降下来，生怕电机受不了，简直是虚惊一场，哈哈。
这样的实验真是让人又紧张又刺激，心跳加速，仿佛在体验一场冒险。
等到一切都准备妥当，我开始记录数据。
测量电流、电压、频率，这些数字就像是我的小伙伴，帮我分析电路的表现。
单相交直交变频电路设计
单相交直交变频电路设计一、设计原理单相交直交变频电路的设计原理基于电力传输和转换的基本原理。
在单相交流电路中，电压和电流是以正弦波形式周期性变化的，一般为50Hz或60Hz。
通过变频电路，可以将交流电转换成直流电。
具体来说，设计单相交直交变频电路需要以下几个步骤：1.变压器：将输入的交流电转换成所需的电压级别。
可以使用变压器将输入的交流电变压成适合电路中其他元件工作的电压。
变压器的设计需要考虑输入和输出的电压、电流、功率以及变压器的效率等因素。
2.整流：将变压器输出的交流电转换成直流电。
可以使用整流电路，如整流桥等，将交流电的负半周去掉，只保留正半周的波形，得到直流电。
3.滤波：将整流后的波形进行滤波处理。
可以使用滤波电路，如滤波电容器和滤波电感器，去除直流电中的纹波。
4.变频：将直流电转换成需要的频率。
可以使用电子元件，如变频器、可控硅等，将直流电转换成所需的频率，供其他设备使用。
二、设计步骤下面介绍单相交直交变频电路设计的具体步骤：1.确定输入和输出参数：根据设计的要求，确定输入交流电的电压、电流和频率，以及输出直流电的电压和频率。
2.变压器设计：根据输入和输出的电压、电流和功率计算变压器的参数，如绕组的匝数、铁心的尺寸和材料等。
根据设计要求选择合适的变压器。
3.整流电路设计：根据所需的直流电压和电流，选择适当的整流电路，如整流桥，计算所需的电阻和电容等参数。
4.滤波电路设计：根据直流电的纹波要求和设计的负载特性，选择合适的滤波电容器和滤波电感器，计算其容值和电感值。
5.变频电路设计：根据所需的输出频率和功率，选择合适的变频器或可控硅等元器件，计算相关参数。
6.整体电路设计：将以上设计的各个部分组合成一个整体电路。
根据实际的电路布局和连接要求，将元件依次连接，形成单相交直交变频电路。
7.电路分析和仿真：使用电路仿真软件，如PSpice等，对设计的电路进行分析和仿真，检查电路的性能和工作过程是否满足设计需求。
单相交直交变频电路设计
附件1：学号：0121011350327基础强化训练题目单相交直交变频电路性能研究学院自动化学院专业班级姓名指导教师2012年7月10日1 总体原理图 (4)1.1方框图 (4)1.2电路原理图 (4)1.2.1 主回路电路原理图 (4)1.2.2 整流电路 (4)1.2.3 滤波电路 (5)1.2.4 逆变电路 (6)2 电路组成 (8)2.1控制电路 (8)2.2驱动电路 (9)2.3主电路 (10)3 仿真结果 (11)3.1仿真环境 (11)3.2仿真模型使用模块提取的路径及其单数设置 (11)3.3具体仿真结果 (14)3.3.1仿真电路图 (14)3.3.2整流滤波输出电压计算与仿真 (15)3.3.3逆变输出电压计算与仿真 (16)4 小结心得 (18)5 参考文献 (19)基础强化训练任务书学生姓名：专业班级：指导教师：工作单位：题目: 单相交直交变频电路性能研究初始条件：输入为单相交流电源，有效值220V。
要求完成的主要任务:（1）掌握单相交直交变频电路的原理；（2）设计出系统结构图，并采用matlab对单相交流调压电路进行仿真；（3）采用protel设计出单相交直交变频电路主电路、驱动电路、控制电路时间安排：2012年7月9日至2012年7月13日，历时一周，具体进度安排见下表参考文献：[1]王兆安，刘进军.《电力电子技术》第5版.北京：机械工业出版社，2011指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日1 总体原理图1.1 方框图图1 总体方框图1.2 电路原理图1.2.1 主回路电路原理图图2 主回路原理图如图所示，交直流变换电路为不可控整流电路，输入的交流电通过变压器和桥式整流电路转化为直流电，滤波电路用电感和电容滤波，逆变部分采用四只IGBT 管组成单项桥式逆变电路，采用双极性调制方式，输出经LC 低通滤波器滤波，滤除高次谐波，得到频率可调的交流电输出。
1.2.2 整流电路整流电路的功能是把交流电源转换成直流电源。
100W单相交-直-交变频电路要点
100W单相交-直-交变频电路要点引言100W单相交-直-交变频电路是一种常见的电力电子设备，用于将交流电源转换为直流电源，并通过变频器将直流电转换为可调频交流电。
本文将介绍100W单相交-直-交变频电路的基本原理和要点。
主要构成100W单相交-直-交变频电路主要由三个部分组成：整流器、滤波器和逆变器。
整流器整流器的作用是将交流输入电压变成直流输出电压，常用的整流器有单相桥式整流器和三相桥式整流器。
单相桥式整流器有4个二极管和一个电容组成，三相桥式整流器则是在单相桥式整流器的基础上增加3个并联的二极管和3个电容。
滤波器滤波器的作用是在整流器直流输出电压上起到平滑作用，通常采用电容滤波器和电感滤波器相结合的方式。
逆变器逆变器的作用是将滤波后的直流电压转换成可调频的交流电源，常用的逆变器有单相桥式逆变器和三相桥式逆变器。
单相桥式逆变器有4个开关管和一个三角形电感组成，三相桥式逆变器则是在单相桥式逆变器的基础上增加3个并联的开关管和3个三角形电感。
实现方法100W单相交-直-交变频电路可以采用基于单片机的PWM调制方式、基于模拟电路的多电平逆变法、基于功率开关器件的电压源逆变法等几种实现方法。
基于单片机的PWM调制方式基于单片机的PWM调制方式是一种较为成熟的控制方式，通过单片机的PWM控制，将电源电压变成与PWM脉宽成正比的电压，从而达到可调输出电压的效果。
基于模拟电路的多电平逆变法基于模拟电路的多电平逆变法是一种利用多电平逆变器的特性来实现输出电压可调的方法，通过对逆变器控制电路进行优化，降低变压器分接线的数量，减少电感、电容等元器件，从而实现高效低成本的电源设计。
基于功率开关器件的电压源逆变法基于功率开关器件的电压源逆变法是一种采用了IGBT、MOSFET等功率开关器件的控制方式，通过电压源逆变器进行控制，将直流输入电流通过变换器器件，进行可控输出的电压变换。
通过本文对100W单相交-直-交变频电路的构成、实现方法等方面的介绍，可以发现在电力电子领域中，交-直-交变频电路作为一种常用电源，其构成要点和实现方法具有一定的复杂性，需要根据实际情况设计和改进。
实验四-单相交直交变频电路的性能研究
实验四-单相交直交变频电路的性能研究————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：北京信息科技大学电力电子技术实验报告实验项目：单相交直交变频电路的性能研究学院：自动化专业：自动化（信息与控制系统）姓名/学号：贾鑫玉/2012010541班级：自控1205班指导老师：白雪峰学期：2014-2015学年第一学期实验四单相交直交变频电路的性能研究一．实验目的熟悉单相交直交变频电路的组成，重点熟悉其中的单相桥式PWM 逆变电路中元器件的作用，工作原理，对单相交直交变频电路在电阻负载、电阻电感负载时的工作情况及其波形作全面分析，并研究工作频率对电路工作波形的影响。
二．实验内容1．测量SPWM 波形产生过程中的各点波形。
2．观察变频电路输出在不同的负载下的波形。
三．实验设备及仪器1．电力电子及电气传动主控制屏。
2．NMCL-16组件。
3．电阻、电感元件(NMEL-03、700mH 电感)。
4．双踪示波器。
5．万用表。
四．实验原理单相交直交变频电路的主电路如图2—8所示。
本实验中主电路中间直流电压u d 由交流电整流而得，而逆变部分别采用单相桥式PWM 逆变电路。
逆变电路中功率器件采用600V8A 的IGBT 单管（含反向二极管，型号为ITH08C06），IGBT 的驱动电路采用美国国际整流器公司生产的大规模MOSFET 和IGBT 专用驱动集成电路1R2110，控制电路如图2—9所示，以单片集成函数发生器ICL8038为核心组成，生成两路PWM 信号，分别用于控制VT 1、VT 4和VT 2、VT 3两对IGBT 。
ICL8038仅需很小的外部元件就可以正常工作，用于发生正弦波、三角波、方波等，频率范围0.001到500kHz 。
五．实验方法45L1G3VT33E3VT4CG4E2图2—8 单相交直交变频电路G11E1G22VT1VT21．SPWM 波形的观察（1）观察正弦波发生电路输出的正弦信号Ur 波形（“2”端与“地”端），改变正弦波频率调节电位器，测试其频率可调范围。
单相交直交变频电路
电力电子技术之吉白夕凡创作课程设计(论文)单相交-直-交变频实验装置院（系）名称电子与信息工程学院专业班级学号学生姓名指导教师起止时间： 2014.12.15—2014.12.26课程设计（论文）任务及评语院（系）：电子与信息工程学院教研室：电子信息工程摘要随着科学技术的进步, 电力电子技术取得了迅速的的发展, 改变着我国工业的整体面貌, 在现代化建设中发挥着越来越重要的作用.其中, 单相交-直-交变频技术也获得了越来越多的重视.其在工业生产、生活娱乐和仪器应用等方面有着广泛的应用, 其中目前应用最广泛的属于电网互联, 将分布式发电技术发出的电酿成负载可以使用的交流电或与年夜电网电压、频率相匹配的工频交流电.可见, 研究交—直—交变频系统的基本工作原理和作用特性意义十分重年夜.本次设计研究的单相交-直-交变频实验装置可分为主电路和控制电路两部份.其中, 主电路包括整流电路、逆变电路和滤波电路三部份.整流电路采纳不成控的二极管单相桥式整流电路；逆变电路采纳IGBT组成的单相全桥逆变电路；滤波电路采纳电容滤波, 输出合适频率的正弦交流电.而控制电路由控制电路、驱动电路和呵护电路组成.其中, 控制电路以ICL8038为核心, 生成两路PWM控制信号；驱动电路采纳三菱公司生产的M57862L集成驱动器；用双D触发器CD4013构成呵护电路.根据以上电路组合设计, 经过Multisim软件进行电路仿真, 可以基本满足本次设计任务的要求, 且电路比力可靠.关键词：整流；逆变；IGBT；PWM控制目录第1章第1章绪论 (1)电力电子技术发展概况 (1)本文研究内容 (1)第2章单相交-直-交变频电路设计 (3)单相交-直-交变频电路总体设计方案 (3)方案论证与选择 (3)整体方案框图 (3)具体电路设计 (4)整流电路设计 (4)逆变电路设计 (6)控制电路设计 (7)驱动电路与呵护电路设计 (10)元器件型号选择 (11)第3章课程设计总结 (13)参考文献 (15)附录 (16)第1章绪论1.1交直交变频器发展概况变频器是运动控制系统中的功率变换器.现今的运动控制系统是包括多种学科的技术领域, 总的发展趋势是：驱动的交流化, 功率变换器的高频化, 控制的数字化、智能化和网络化.因此, 变频器作为系统的重要功率变换部件, 提供可控的高性能变压变频的交流电源而获得迅猛发展.交—直—交变频器的中间直流环节采纳年夜电感作储能元件, 无功功率将由年夜电感来缓冲, 它的一个突出优点是当电念头处于制动(发电)状态时, 只需改变网侧可控整流器的输出电压极性即可使回馈到直流侧的再生电能方便地回馈到交流电网, 构成的调速系统具有四象限运行能力, 可用于频繁加减速等对静态性能有要求的单机应用场所, 在年夜容量风机、泵类节能调速中也有应用.近年来, 随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展, 交流传动与控制技术成为目前发展最为迅速的技术之一, 电气传动技术面临着一场历史革命, 即交流调速取代直流调速和计算机数字控制技术取代模拟控制技术已成为发展趋势.交流变频调速技术是现今节电、改善工艺流程以提高产物质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段.变频调速以其优异的调速和起制动性能, 高效率、高功率因数和节电效果, 广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式.深入了解交流传动与控制技术的走向, 具有十分积极的意义.1.2本文研究内容本文设计研究的是100W单相交-直-交变频实验装置.该装置主要由整流电路、逆变电路以及驱动电路等组成.任务要求：设计一单相交-直-交变频实验装置用于电力电子技术课程的教学实验, 根据参数要求完成整流电路设计、逆变电路设计、通过计算选择器件的具体型号、完成驱动电路设计或选择, 使学生可以通过该装置测试、观察及验证单相交-直-交变频的实现方法.技术要求：1、交流电源：单相220V.2、为了IGBT的平安, 中间直流电压最年夜为50V.3、输出交流电压约45V.4、输出最年夜电流2A.5、输出频率50Hz.6、最年夜功率：100W.第2章单相交-直-交变频电路设计2.1单相交-直-交变频电路总体设计方案2.1.1方案论证与选择1.逆变电路方案论证与选择方案一：采纳电压型逆变电路电压型逆变电路具有直流侧电压基本无脉动, 直流回路出现低阻抗的优点, 且交流侧输出电压波形与负载阻抗角无关, 比力容易获得合适的交流电压.方案二：采纳电流型逆变电路电流型逆变电路需在直流侧串连年夜电感, 且交流侧输出电压波形和相位随负载阻抗角的分歧而分歧, 对本次设计, 可行性差.综上比力, 本次设计采纳电压型逆变电路2.整流电路方案论证与选择方案一：采纳二极管单相桥式整流电路二极管单相桥式整流电路输出电压高, 纹波电压较小, 管子所接受的最年夜反向电压较低, 同时因电源变压器在正、负半周内都有电流供给负载, 电源变压器获得了充沛的利用, 效率较高.方案二：采纳晶闸管单相桥式整流电路晶闸管单相桥式整流电路适用于功率较年夜的场所.与二极管相比, 晶闸管推销价格昂贵, 易受干扰而发生误导通, 且需要设计相应的触发电路, 可行性欠好.本次设计输出功率为100W, 从经济、可把持性两方面考虑, 选择方案一.2.1.2整体方案框图如图2.1所示, 总体设计方案由整流电路、滤波、逆变电路等组成.市电经整流电路酿成直流电, 直流电经滤波电路进行平滑滤波, 再输入逆变电路, 酿成频率和电压均可调的交流电.2.2 具体电路设计2.2.1 整流电路设计直流电路的原理图如图2.2所示.在变压器二次侧电压的正半周, 其极性为上正下负, 此时二极管D1、D4正向导通, D2、D3反偏截止, 电流从变压器副边线圈的上端流出, 只能经过二极管D1流向RL, 再由二极管D4流回变压器.于是在负载电阻RL 上获得一个极性为上正下负的半波电压.在导通时二极管的正向压降很小, 可以忽略不计, 因此, 可认为这半波电压和的变压器二次侧电压正半波是相同的.在变压器二次侧电压的负半周, 其极性为上负下正, 此时二极管D2、D3正220 Vrms 50 Hz 0°向导通, D1、D4反偏截止, 电流从变压器副边线圈的下端流出, 只能经过二极管D2流向RL, 再由二极管D3流回变压器.同理, 在负载上获得一个半波电压, 极性依旧是上正下负, 与前面获得的相同, 如图2.3所示.流电路输出波形一所获得的半波电压经过电容滤波电路的滤波, 即可获得较为平缓的直流电压, 如图2.4所示.2.2.2逆变电路设计在本次设计中, 主要采纳单相桥式逆变电路作为设计的主电路.其主电路结构图如图2.5所示：如上图所示, 单相全桥逆变电路主要有四个桥臂, 可以看成由两个半桥电路组合而成.其中桥臂1,4为一对, 桥臂2, 3为一对.每个桥臂由一个可控器件IGBT 以及一个反并联的二极管组成.在直流侧接有足够年夜的电容, 负载接在桥臂之间.它的具体工作过程如下：设最初t1时刻时, 给IGBT Q1、Q4触发信号, 使其导通. 则电流通过桥臂1, 负载, 桥臂4构成一个导通回路.当t2 时刻时, 给Q2,Q3触发信号, 给Q1,Q4关断信号.但由于负载电感较年夜, 通过它的电流不能突变, 所以二极管D2,D3导通进行续流.当电流逐渐减小为0, 桥臂1,4关断, 桥臂2,3导通, 构成一个回路, 从而实现换流.当Q1、Q4或Q2、Q3为通态时, 负载电流和电压同方向, 直流侧向负载提供能量；而当D6、D8或D5、D7为通态时, 负载电流和电压反向, 负载电感中贮存的能量向直流侧反馈, 即负载电感将其吸收的无功能量向直流侧反馈.反馈回的能量暂时贮存在直流侧电容器中, 直流侧电容器起着缓冲这种无功能量的作用.单相桥式逆变电路工作波形如图2.6所示.分析其工作过程：设在t1时刻前Q1和Q4导通, 输出电压Uo为Ud, t1时刻Q3和Q4栅极信号反向, Q4截止, 而因负载电感中电流不能突变, Q3不立刻导通, D7导通实现续流.因为Q1和D6同时导通, 所以输出电压为0.到t2时刻Q1和Q2栅极信号反向, Q1截止, 而Q2不能立刻导通, D5续流, 和D7构成电流通道, 输出电压-Ud.到负载电流过零并开始反向时, D5和D7截止, Q2和Q3开始同时导通, 仍然为-Ud.在t3时刻Q3和Q4栅极信号再次反相, Q3截止, 而Q4不能立刻导通, D8导通续流, Uo再次为0.以后的过程与前面类似.2.2.3控制电路设计1.PWM控制原理PWM（Pulse Width Modulation）控制——脉冲宽度调制技术, 通过对一系列脉冲的宽度进行调制, 来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）.PWM控制的方法可分为三类,即计算法、调制法和跟踪控制法.其中,调制法是较为经常使用的也是基本的一类方法,而调制法中最基本的是利用三角载波与正弦信号波进行比力的调制方法,分为单极性调制和双极性调制.本次设计采纳的单相桥式逆变电路既可以采纳单极性调制,也可以采纳双极性调制.在本次设计中,采纳了双极性PWM调制技术.以下是双极性PWM调制的原理.双极性PWM 控制原理示意图如图2.7所示.采纳双极性PWM调制技术时, 以希望获得的交流正弦输出波形作为信号波, 采纳三角波作为载波, 将信号波与载波进行比力,在信号波与载波的交点时刻控制各开关的通断.在信号波的一个周期内,载波有正有负, 调制出来的输出波形也是有正有负, 其输出波形有±Ud两种电平.用Ur暗示信号波,, Uc暗示载波.当Ur>Uc 时, 给Q1、Q4施加开通驱动信号, 给Q2 、Q3 施加关断驱动信号, 此时如果负载电流io>0 则Q1 、Q4 开通, 如果io < 0, 则D6 、D8开通,但输出电压均为Uo=Ud .反之, 则Q2、Q3或D5、D7开通, Uo= -Ud .图2.8中, Uof是输出电压Uo的基波分量.2.控制电路设计控制电路的工作流程是:信号发生(包括发生信号波和载波) 、信号调制、发生IGBT的驱动信号.附录图2给出了控制电路的原理图.在本实验中, 控制电路采纳两片集成函数信号发生器ICL8038为核心, 其中一片发生正弦调制波Ur, 另一片用以发生三角载波Uc, 将此两路信号经比力电路LM311异程序制后, 发生一系列等幅, 不等宽的矩形波Um, 即SPWM波.Um 经反相器后, 生成两路相位相差180度的±PWM波, 再经触发器CD4528延时后, 获得两路相位相差180度并带一定死区范围的两路SPWM1和SPWM2波, 作为主电路中两对开关管IGBT的控制信号.控制电路还设置了过流呵护接口端STOP, 当有过流信号时, STOP呈低电平, 经与门输出低电平, 封锁了两路SPWM信号, 使IGBT关断, 起到呵护作用.ICL8038 到300Hz.其内部结构如图2.8所示.图2.8 ICL8038内部结构图原理：是由两片集成函数信号发生器ICL8038为核心组成, 其中一片8038发生正弦调制波Ur, 另一片用以发生三角载波Uc, 将此两路信号经比力电路LM311异程序制后, 发生一系列等幅, 不等宽的矩形波Um, 即SPWM波.Um经反相器后, 生成两路相位相差180度的±PWM波, 再经触发器MC4528延时后, 获得两路相位相差180度并带一定死区范围的两路SPWM1和SPWM2波.2.2.4驱动电路与呵护电路设计电力电子器件的驱动电路是电力电子主电路与控制电路之间的接口, 是电力电子装置的重要环节, 对整个装置的性能有很年夜影响.采纳性能良好的驱动电路, 可使电力电子器件工作在较理想的开关状态, 缩小开关时间, 减小开关损耗, 对装置的运行效率、可靠性和平安性都有重要的意义.另外, 对电力电子器件或整个装置的一些呵护办法也往往就近设在驱动电路中, 或者通过驱动电路来实现, 这使得驱动电路的设计尤为重要.本次设计采纳了三菱公司生产的专用于驱动IGBT的驱动器M57962L.它的内部集成了退饱和、检测和呵护单位, 当发生过电流时能快速响应, 但慢速关断IGBT, 并向外部电路给出故障信号.其内部结构方框图如图2.9所示, 它由光电耦合器、接口电路、检测电路、按时复位电路以及门极关断电路组成.M57962L具有以下几个特点：1.采纳快速型光电耦合器实现电气隔离, 具有较高的输入、输出隔离度.2.采纳双电源供电方式, 确保IGBT可靠通段.3.内部集成了短路和过流呵护电路.M57962L的过流呵护电路通过检测IGBT的饱和压降来判断是否过流, 一旦过流, M57962L将对IGBT实施软关断, 并对外部电路输出故障信号.图2.9 M57962L的内部结构图采纳M57962L 设计的驱动电路如图2.10所示.2.3 元器件型号选择根据任务要求, 可知直流侧输出电压d U 最年夜为50V , 交流侧输出电压0U 约为45V , 输出最年夜电流为2A, 最年夜功率为100W.1.整流电路器件选择当直流侧输出电压最年夜时, 由于20.9d U U = (2-1)计算得变压器二次侧电压2U ≈55.6V .所以变压器匝数比(2-2) 计算得K ≈4, 本设计取K=5.二极管所接受最年夜电压max 22V U = (2-3)一般电网的摆荡范围为±10%, 所以二极管两端电压为max V ×2×≈86.5V , 可额定电压、额定电流分别为100V 、3A 的1N5408二极管.2.IGBT 型号的选择12K=U UIGBT 两端所接受的最年夜电压为max d U 50≈负载最年夜电流为2A, 选择IGBT 时电压电流应留有2至3倍的裕量, 所以可选IGBT 的额定电压、额定电流分别为0U =3×70.7=212.1V , 0I =3×2=6A ；可选择额定电压、额定电流分别为400V 、5A 的型号为2N6975的IGBT.第3章课程设计总结课程设计是年夜学必修的一门课, 是我们专业知识获得实践的需要环节, 这是我们步入社会, 从事职业前必不成少的过程.单相交-直-交变频电路由主电路和控制电路两部份组成.在整流电路中, 采纳不成控的二极管整流电路, 直流输出侧用电容进行滤波, 可获得较为平直的直流电压.此部份电路结构简单, 选材广泛, 且能满足设计要求, 比力适合实验室中使用.控制电路以两片ICL8038为核心搭建, 其中一片8038发生正弦调制波Ur, 另一片用以发生三角载波Uc, 再经过相应电路处置, 最终发生两路相位相差180度并带一定死区范围的两路SPWM1和SPWM2波.驱动电路以IGBT专用驱动器M57962L为核心搭建, 并利用其自带的过流检测功能设计呵护电路.经Multisim 软件进行仿真, 此次设计能基本满足设计要求.在设计进行的过程中, 由于知识限制, 自己也遇到了许多问题, 但获得了指导老师们的细心辅导与耐心帮手.老师们的辅导与答疑, 使自己得以顺利地完成此次设计.固然, 由于水平有限, 此次设计难免会有缺乏之处, 恳请各位老师批评指正.自己签字：参考文献[1] 王兆安,刘进军主编.电力电子技术.北京:机械工业出书社,2009,5[2] 李宏.MOSFET、IGBT驱动集成电路及应用.北京:科学出书社,2012[3] 康华光主编.电子技术基础模拟部份.北京:高等教育出书社,2006,1[4] 冷增祥,徐以荣编著.电力电子技术基础.南京:西北年夜学出书社,2012[5] 曾方主编.电力电子技术.西安:西安电子科技年夜学出书社,2014,1[6] 郝万新主编.电力电子技术.化学工业出书社, 2002附 录图1主电路图2控制电路T15:1C12200µFD11N5408D21N5408D31N5408D41N5408R11kΩL11HV9220 Vrms 50 Hz 0°Q12N6975Q22N6975Q32N6975Q42N6975D51N4007D61N4007D81N4007D71N4007C210µF图3驱动电路图4呵护电路图5整体仿真波形创作时间：二零二一年六月三十日。
单相交-直-交变频电路设计
题目单相交-直-交变频电路设计摘要 (1)1 综合设计的目的及意义 (3)2 设计要求 (3)3 方案选择 (3)3.1 整流模块 (3)3.2 逆变模块 (4)3.3 PWM控制方式 (4)4 单相交直交变频电路的原理 (5)4.1 整流原理 (5)4.2 逆变原理 (6)4.3 滤波原理 (6)4.4 PWM调制原理 (6)5 仿真模型的建立 (6)5.1 主电路的搭建 (6)5.2 调制电路的搭建 (7)6 器件选型依据 (7)6.1 二极管 (7)6.2 绝缘栅双极晶体管IGBT (8)6.3 滤波电容和电感 (8)7 仿真结果的分析 (8)8 结论 (12)9 心得体会 (13)参考文献 (14)附录 (15)随着电力电子技术、计算机技术以及自动控制技术的快速发展，单相交直交变频系统也得到了迅速发展，它显著的变频能力，广泛的应用范围，完善的保护效力和易于实现的变频功能，得到了广大使用者的认可，在运行的安全可靠、安装使用以及维修维护等方面也给使用者带来了极大的益处。
本课题研究的是单相交直交变频电路设计，主要分为主电路和控制电路两部分，其中主电路还分为整流电路、滤波电路和单相桥式逆变电路，逆变部分则需要用到PWM控制电路。
本课题的整流部分选用不可控的桥式整流电路；滤波部分则选用LC低通滤波；逆变部分选用四个IGBT管组成的单相桥式逆变电路；控制电路则由三角波作为载波，正弦波作为调制波，二者滞环比较，形成PWM波，其中载波则由方波积分形成。
用MATLAB软件仿真出设计的电路，对其阻感性负载进行数据和波形分析，并采取相关措施使最后输出的波形接近正弦波。
关键词：整流、滤波、逆变、IGBT、PWM、MATLABAbstractWith the rapid development of power electronics technology, computer technology, automatic control technology, single-phase orthogonal frequency system has been developing rapidly, its remarkable frequency capability, a wide range of applications, perfect protection, as well as easy to implement the conversion function, has been recognized by the majority of users in the safe and reliable operation, installation, repair and maintenance, etc., but also to bring users great convenience.Research of single-phase AC-DC-AC inverter circuit design divided into the main circuit and control circuit, which can be divided into the main circuit rectifier circuit, filter circuit and single-phase bridge inverter circuit, and inverter control part of the need to use PWM control circuit. Subject rectifier bridge rectifier using uncontrollable; filtering section using LC low-pass filter; inverter part of the single-phase bridge inverter circuit composed of four IGBT tube; The control circuit uses a triangle wave as a carrier wave and a sine wave as a modulation wave. A hysteresis comparator is used to compare the two to form a PWM wave. The carrier wave is formed by integrating square waves. The designed circuit is simulated with MATLAB software, and the resistive and inductive load is analyzed for data and waveforms, and relevant measures are taken to make the final output waveform close to a sine wave.Keyword: rectifier、filter、inverter、IGBT、PWM、MATLAB1 综合设计的目的及意义(1)促进知识的融通，培养知识转化至解决实际工程问题的能力。
交交变频电路
余弦交点法图解
线电压uab、 uac 、 ubc 、 uba 、 uca和ucb 依次用u1 ~ u6表示 相邻两个线电压的交点对应于a=0 u1~u6所对应的同步信号分别用us1~us6表示 us1~us6比相应的u1~u6超前30°，us1~us6的最大值 和相应线电压a=0的时刻对应 以a=0为零时刻，则us1~us6为余弦信号 希望输出电压为uo，则各晶闸管触发时刻由相应的 同步电压us1~us6的下降段和uo的交点来决定
优点
输出电压为正弦波 输出频率不受电网频率的限制 输入电流也可控制为正弦波且和电压同相 功率因数为1，也可控制为需要的功率因数 能量可双向流动，适用于交流电动机的四
象限运行 不通过中间直流环节而直接实现变频，效
率较高
矩阵式变频电路的基本工作原理
利用单相输入
对单相交流电压us进行斩波控制，即进行PWM控制 时，输出电压uo为
交交变频电路主要应用于低速、大功率交流电机调速系统， 使用的是三相交交变频电路
由三组输出电压相位各差120°的单相输出交交变频电路按 一定方式连接组成
1．电路接线方式 主要有两种： 公共交流母线进线方式和输出星形联结（Y接）方式
公共交流母线进线方式
由三组彼此独立的、输出电压相位相互错开 120°的单相交交变频电路构成 电源进线通过进线电抗器接在公共的交流母线上 因为电源进线端公用，所以三组的输出端必须隔
组桥式电路的a角都在90°附近，因此输入功率因
数很低
给各相输出电压叠加上同样的直流分量，控制角a
将减小，但变频器输出线电压并不改变
交流偏置
梯形波输出控制方式
使三组单相变频器的输出均为梯形波（也称准梯形 波） ，主要谐波成分是三次谐波
单相交直交变频电路参数关系
单相交直交变频电路参数关系一、引言单相交直交变频电路是一种常见的电力电子设备，广泛应用于交流电动机的控制系统中。
在实际应用中，了解和掌握单相交直交变频电路的参数关系对于电路设计和性能优化具有重要意义。
本文将围绕单相交直交变频电路的参数关系展开讨论，并给出相关的分析和计算方法。
二、单相交直交变频电路的基本结构单相交直交变频电路由交流电源、整流器、滤波器、逆变器和控制系统等组成。
其中，整流器用于将交流电源的电能转换为直流电能，滤波器则用于消除整流器输出的脉动电压，逆变器则将直流电能转换为交流电能，最后由控制系统对交流电动机进行控制。
三、单相交直交变频电路的参数1. 输入电压单相交直交变频电路的输入电压为交流电源的电压，通常为220V 或380V。
在电路设计中，需要根据实际需求选择合适的输入电压。
2. 输出电压单相交直交变频电路的输出电压为逆变器的输出电压，其幅值和频率可调节。
在电机控制中，可以根据需要改变输出电压的幅值和频率，从而实现电机的调速控制。
3. 输出频率单相交直交变频电路的输出频率为逆变器的输出频率，其范围通常为0-50Hz或0-60Hz。
通过调节逆变器的输出频率，可以实现电机的调速控制，满足不同工况下的需求。
4. 调制方式单相交直交变频电路的调制方式有脉宽调制（PWM）和脉码调制（PCM）两种。
其中，PWM调制方式具有调制精度高、谐波含量低等优点，在实际应用中更为常见。
5. 输出功率单相交直交变频电路的输出功率取决于逆变器的输出电压和输出电流。
输出功率的大小直接影响电机的负载能力和工作效果，需要根据实际需求进行设计和选择。
6. 效率单相交直交变频电路的效率是衡量电路性能的重要指标之一。
效率的大小与电路的损耗有关，主要包括整流器、逆变器和滤波器的损耗等。
在电路设计中，需要合理选择元器件和控制策略，以提高电路的效率。
7. 功率因数单相交直交变频电路的功率因数是指电路输入功率与输入电压和电流的乘积之比。
100W单相交-直-交变频电路要点
辽宁工业大学电力电子技术课程设计（论文）题目：100W单相交-直-交变频实验装置院（系）：电气工程学院专业班级：电气105班学号：100303145学生姓名：王林指导教师：（签字）起止时间：2012-12-31至2013-1-11课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院教研室：电气Array注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算摘要单相交-直-交变频电路在工业生产，生活娱乐，仪器运行等很多方面都有着广泛的应用，其中目前应用最广泛的应属于电网互联。
单相交-直-交变频电路可分为主电路和控制电路，其主电路包括整流电路、滤波电路和逆变电路，而控制电路包括控制电路、驱动电路和保护电路。
本设计对于整流部分采用不可控制整流电路；滤波部分采用LC低通滤波器，得到高频率的正弦波交流输出；逆变部分由四只IGBT管组成单相桥式逆变电路。
控制电路选用以单片集成函数发生器ICL8038为核心组成，生成两路PWM信号，分别用于控制两对IGBT；驱动电路采用了具有电气隔离集成驱动芯片M57962L；保护电路采用双D触发器CD4013。
关键词：整流；滤波；逆变；PWM；IGBT目录第1章绪论 (1)1.1电力电子技术概况 (1)1.2本文设计内容 (1)第2章 100W单相交-直-交变频电路设计 (2)2.1100W单相交-直-交变频电路总体设计方案 (2)2.2具体电路设计 (3)2.2.1 主电路设计 (3)2.2.2 控制电路设计 (5)2.3元器件型号选择 (9)2.4系统调试或仿真、数据分析 (10)第3章课程设计总结 (13)参考文献 (14)附录Ⅰ控制电路原理图 (15)附录Ⅱ驱动和辅助电源原理图 (16)第1章绪论1.1电力电子技术概况集中发电、远距离输电和大电网互联的电力系统是目前电能生产、输送和分配的主要方式。
但是在配电网中，城市居民和商业用户、农村和半城镇区域的负荷具有很大的随机波动性。
单相交--交变频电路
单相交--交变频电路交—交变频电路是一种可直接将某固定频率交流电变换成可调频率交流电的频率变换电路，无需中间直流环节。
与交—直—交间接变频相比，提高了系统变换效率。
又由于整个变频电路直接与电网相连接，各晶闸管元件上承受的是交流电压，故可采用电网电压自然换流，无需强迫换流装置，简化了变频器主电路结构，提高了换流能力。
定义：输出电路，但其基础是三相输入-单相输出电路。
当正组变流器工作在整流状态时、反组封锁，以实现无环流控制，负载Z上电压为上（+）、下（-）；反之当反组变流器处于整流状态而正组封锁时，负载电压为上（-）、下（+），负载电压交变。
若以一定频率控制正、反两组变流器交替工作（切换），则向负载输出交流电压的频率就等于两组变流器的切换频率，而输出电压大小则决定于晶闸管的触发角。
三相晶闸管可控整流桥单相负载电流型电压型调制。
在半个周期内让P组 a 角按正弦规律从90°减到0°或某个值，再增加到90°，每个控制间隔内的平均输出电压就按正弦规律从零增至最高，再减到零。
另外半个周期可对N组进行同样的控制。
uo由若干段电源电压拼接而成，在uo的一个周期内，包含的电源电压段数越多，其波形就越接近正弦波。
在无环流工作方式时，变频电路正、反两组变流器轮流向负载供电。
t1~t3期间：io正半周，正组工作，反组被封锁。
t1~t2：uo和io均为正，正组整流，输出功率为正。
t2~t3：uo反向，io仍为正，正组逆变，输出功率为负。
t3~t4：uo和io均为负，反组整流，输出功率为正。
t4~t5：uo反向，io仍为负，反组逆变，输出功率为负。
单相交-交变频电路输出电压和电流的波形如图所示。
一周期的波形可分为6段。
第1段io<0，uo>0，反组逆变；第2段电流过零，无环流死区；第3段io>0，uo>0，正组整流；第4段io>0，uo<0，正组逆变；第5段电流过零，无环流死区；第6段io <0，uo<0，反组整流。
单相交直交变频电路参数关系
单相交直交变频电路参数关系1.输入电压与输出电压的关系：在单相交直交变频电路中，输入电压通常是交流电，而输出电压可以是直流电或者不同频率的交流电。
输出电压的大小和形式取决于变频器的设计和设置。
一般来说，输入电压的变化会直接影响到输出电压的变化。
输入电压越大，输出电压也越大，反之亦然。
此外，输入电压的波形和频率也会对输出电压的波形和频率产生影响。
2.变频器功率与效率的关系：变频器的功率是指电路能够输出的有效功率，其大小取决于输入电压和输出电压的大小。
功率可以通过输入电压和输出电压的乘积来计算。
而在电能转换的过程中，会有一定的能量损耗，导致实际输出功率小于输入功率。
这个能量损耗可以通过计算变频器的效率来表示。
变频器的效率定义为输出功率与输入功率的比值，通常以百分比表示。
效率越高，说明变频器在电能转换过程中的能量损失越小。
3.输入电压、输出电压与功率的关系：输入电压、输出电压和功率之间的关系可以通过功率公式来表示。
功率公式是一个简单的等式，其中功率等于输入电压乘以输出电压的比值。
因此，如果输入电压和输出电压都保持不变，那么功率也会保持不变。
然而，当输入电压发生变化时，即使输出电压保持不变，功率也会随之变化。
4.输入电压、输出电压与效率的关系：输入电压、输出电压与效率之间的关系可以通过效率公式来表示。
效率公式也是一个等式，其中效率等于输出功率与输入功率的比值。
所以，当输入电压和输出电压都保持不变时，效率也将保持不变。
然而，当输入电压发生变化时，即使输出功率保持不变，效率也会随之变化。
综上所述，单相交直交变频电路的参数关系是十分复杂的。
输入电压、输出电压、功率和效率之间的关系取决于电路的设计和性能。
在实际应用中，根据具体的需求和要求来调整和优化这些参数是很重要的。
通过深入研究和理解单相交直交变频电路的参数关系，可以更好地应用和设计这种电路，从而达到更高的效率和性能。
单相交—交变频电路设计
辽宁工业大学电力电子技术课程设计（论文）题目：单相交—交变频电路设计院（系）：电气工程学院专业班级：自动化学号：学生姓名：中书子指导教师：（签字）起止时间：2014.12.29-2015.1.9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% 以百分制计算摘要本次课程设计任务是对单相交—交变频电路的设计。
在正式课程设计之前，先了解课程设计过程。
详细比较分析了当前交-交变频技术的特点,在此基础上提出了单相交-交变频原理。
利用单个功率器件构成双向交流开关,施加于传统的交流调压电路并进行相应的改造,实现了单个功率器件的单相交-交变频变压目的。
通过周期性地施加触发脉冲，获得频率可调的输出电压;采用按正弦规律变化的变脉宽高频脉冲信号对输出电压进行调制,获得了幅值可调的输出电压,并且具有较好的正弦度。
输出电压波形进行了详细的理论分析,发现单相交—交变频电路的输出特点。
在MATLAB环境下进行了单相交—交变频系统的仿真研究,得出仿真结果并且与文中的理论分析结果也完全一致,从而验证了本文提出的单相交-交变频原理的正确性。
关键词:单相；交交变频；MATLAB；目录第1章绪论 0第2章课程设计的方案 (1)2.1 概述 (1)2.2 系统组成总体结构 (1)第3章单相交—交变频电路设计 (3)3.1 主电路设计 (3)3.2 触发角调制模块电路设计 (4)3.3 整流与逆变电路 (4)3.4 输出正弦电压调制方法 (6)第4章仿真设计 (7)4.1 仿真软件说明 (7)4.2 仿真模型搭建 (8)4.2.1 触发角模块电路介绍 (9)4.2.2 同步六脉冲触发器介绍 (10)第5章仿真分析 (12)5.1 仿真参数设置 (12)5.2 阻感性负载 (12)第6章课程设计总结 (14)参考文献 (15)第1章绪论本次设计是在学完了大学电力电子技术专业课之后而进行的一次课程设计。
电力电子单相交—直—交变频装置设计
电力电子单相交—直—交变频装置设计一、概述随着电力电子技术的发展，交—直—交变频装置在工业和家庭用途中得到了广泛应用。
本文将设计一种单相交—直—交变频装置，用于实现电能的高效转换和调节。
二、设计原理单相交—直—交变频装置由三个部分组成：整流器、逆变器和控制系统。
1.整流器：将交流电转换为直流电。
采用整流桥式电路，由四个二极管组成，能够将输入的交流电转换为恒定的直流电。
2.逆变器：将直流电转换为交流电。
采用全桥逆变电路，由四个开关管组成，能够将输入的直流电转换为可调频率和可调幅度的交流电。
3.控制系统：用于控制和调节逆变器的输出。
采用微处理器控制，通过测量输入信号和反馈信号，对开关管的开启和关闭时间进行调节，从而实现对逆变器输出电压和频率的精确控制。
三、设计要点1.整流器设计：根据输入电压和负载电流确定整流器的参数，选择合适的二极管并进行散热设计，以保证整流器的正常工作。
2.逆变器设计：选择合适的开关管并进行散热设计，以满足逆变器输出电压和频率的要求。
通过改变开关频率和占空比，实现对输出电压和频率的调节。
3.控制系统设计：选用适当的微处理器和控制算法，对逆变器进行精确的控制。
设计辅助电路，包括AD转换和PWM模块等，以实现对输入和反馈信号的测量和处理。
四、设计步骤1.确定输入电压和负载电流，计算整流器和逆变器的参数。
2.设计整流器电路，选择合适的二极管和散热器。
3.设计逆变器电路，选择合适的开关管和散热器。
4.设计控制系统电路，选用适当的微处理器和控制算法。
5.组装和调试整个系统，测试输入和输出电压、频率等参数。
6.进行系统优化和改进，提高系统的稳定性和效率。
五、应用场景1.工业应用：适用于各种电动机的变频调速，如风机、泵等。
2.家庭应用：适用于家电产品的电能调节和控制，如变频空调、变频洗衣机等。
3.新能源应用：适用于太阳能、风能等新能源的变频利用。
六、总结本文设计了一种单相交—直—交变频装置，通过整流器、逆变器和控制系统实现电能的高效转换和调节。
单相交直交变频电路(纯电阻)
实验报告指导教师实验名称单相交直交变频电路（纯电阻）实验类型验证实验学时 2 实验时间2015年12月9日一、实验目的熟悉单相交直交变频电路的组成，重点熟悉其中的单相桥式PWM逆变电路中元器件的作用，工作原理，对单相交直交变频电路驱动电机时的工作情况及其波形作全面分析，并研究正弦波的频率和幅值及三角波载波频率与电机机械特性的关系。
二、实验内容1．测量SPWM波形产生过程中的各点波形。
2．观察变频电路驱动电机时的输出波形。
3．观察电机工作情况。
三、实验环境(实验设备)1．电力电子及电气传动主控制屏；2．现代电力电子及直流脉宽调速组件(NMCL-22)；3．电阻负载组件；4．双踪示波器（自备）；5．万用表（自备）。
6．电感L位于（NMCL-331）四．实验方法图4-1单相交直交变频电路1．SPWM波形的观察(1)观察“SPWM波形发生”电路输出的正弦信号Ur波形2端与（UPW 脉宽调制器4脚）地端，改变正弦波频率调节电位器，测试其频率可调范围。
可调范围：2.73kHz~50.44kHz(2)观察三角形载波Uc的波形1端与（UPW脉宽调制器4脚）地端，测出其频率,并观察Uc和Ur的对应关系。
频率范围:1.85kHz~10.5kHz2．逻辑延时时间的测试将“SPWM波形发生”电路的3端与"DLD"的1端相连，用双踪示波器同时观察"DLD"的1和2端波形,并记录延时时间Td.。
3．不同负载时波形的观察按图4-1接线，先断开控制屏主电源。
将三相电源的U、V、W接主电路的相应处，将主电路的1、3端相连，（1）当负载为电阻时（6、7端接一电阻），观察负载电压的波形，记录其波形、幅值、频率。
在正弦波Ur的频率可调范围内，改变Ur的频率多组，记录相应的负载电压、波形、幅值和频率。
五、实验小结（包括问题和解决方法、心得体会、意见与建议等）实验后，通过对单相交直交变频电路在电阻负载、电阻电感负载时的工作情况及其波形作分析，更加加深了对交直交变频电路工作原理以及SPWM波形产生的原理的理解。
交交变频
P
N
uo Z
uo
P=
2
输出电压 P=0
平均输出电压
P=
2
O
t
单相交交图变4频-18电路原理图 和输出电压波形
单相交交变频电路
为使uo波形接近正弦波，可按正弦规律对 角
进行调制。
在半个周期内让P组 角按正弦规律从90°减
到0°或某个值，再增加到90°，每个控制间隔内 的平均输出电压就按正弦规律从零增至最高，再 减到零。另外半个周期可对N组进行同样的控制。
单相交交变频电路 a)
uP
iP
io
iN
uo
uN
t3 ~ t5期间： io负半周，反组
工作，正组被封锁。
t3 ~ t4 ：uo和io均为负，
反组整流，输出功率为正。
t4 ~ t5 ： uo反向， io仍为
负，反组逆变，输出功率 为负。
小结：
哪定一，组与u工o作极由性i无o方关向。决
工作在整流还是逆变，
而单相输出交交变频电路是三相输出交交变 频电路的基础。
单相交交变频电路
1) 电路构成和基本工作原 P
N
理
电路构成
uo Z
如图4-18，由P组和N 组反并联的晶闸管变流 电路构成，和直流电动 机可逆调速用的四象限 变流电路完全相同。
变流器P和N都是相控 整流电路。
uo
P=
2
输出电压 P=0
公共交流母线进线三相交交 变频电路（简图）
三相交交变频电路
(2) 输出星形联结方式
– 三组的输出端是星形联结，电动机的三个绕组也是星 – 星形电三三电形联动根组动联结机线的机结中即输中。点可图出点4不端不-2和5是和输变星变出频a形频星）器形简联器联中图结中结点，点方接电接式b在三）动在相详一机一交图起的起交，变三，电频个电电动绕动路机组机只也只引是引出
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摘要
单相交-直-交变频电路在工业生产，生活娱乐，仪器运行等很多方面都有着广泛的应用，其中目前应用最广泛的应属于电网互联。单相交-直-交变频电路可分为主电路和控制电路，其主电路包括整流电路、滤波电路和逆变电路，而控制电路包括控制电路、驱动电路和保护电路。本设计对于整流部分采用不可控制整流电路；滤波部分采用LC低通滤波器，得到高频率的正弦波交流输出；逆变部分由四只IGBT管组成单相桥式逆变电路。控制电路选用以单片集成函数发生器ICL8038为核心组成，生成两路PWM信号，分别用于控制两对IGBT；驱动电路采用了具有电气隔离集成驱动芯片M57962L；保护电路采用双D触发器CD4013。
辽宁工业大学
电力电子技术课程设计（论文）
题目：100W单相交-直-交变频实验装置
院（系）：电气工程学院
专业班级：电气105班
学 号：100303145
学生姓名：王林
指导教师：（签字）
起止时间：2012-12-31至2013-1-11
课程设计（论文）任务及评语
院（系）：电气工程学院 教研室：电气
学 号
图2.2主电路
此部分结构简单、工作可靠，其性能满足实验的需要，故采用桥式整流电路。其作用是将固定频率和电压的交流电能整流为直流电能。在交流电源转换直流电源后，电路会有电压波动，为抑制电压的波动，采用简单的电容滤波。
逆变电路同整流电路相对应，将低电压变为高电压，将直流电压装换为所要频率的交流电压。逆变电路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。本设计中的逆变部分,采用单相桥式PWM逆变电路,输出电压的大小及频率均可通过PWM控制进行调节。
控制
控制电路包括三部分，分别是控制电路、驱动电路以及辅助电源电路。
控制电路是由两片集成函数信号发生器ICL8038为核心组成，其中一片8038产生正弦调制波Ur，另一片用以产生三角载波Uc，将此两路信号经比较电路LM311异步调制后，产生一系列等幅，不等宽的矩形波Um，即SPWM波。Um经反相器后，生成两路相位相差180度的±PWM波，再经触发器CD4528延时后，得到两路相位相差180度并带一定死区范围的两路SPWM1和SPWM2波，作为主电路中两对开关管IGBT的控制信号。控制电路还设置了过流保护接口端STOP，当有过流信号时，STOP呈低电平，经与门输出低电平，封锁了两路SPWM信号，使IGBT 关断，起到保护作用。
本文
本次设计的主要内容是100W单相交-直-交变频电路，为了满足一些特殊要求或者小型分布式发电及其与电网互联。该变频电路由整流电路、滤波电路、逆变电路、驱动电路、保护电路以及控制电路等部分组成。输入单相交流电220V，为了IGBT的安全，中间直流电压最大为50V，输出交流电压约45V，输出最大电流2A，最大功率100W。本文主要讨论了整流电路的设计、滤波电路的设计、逆变电路的设计、驱动电路的设计、保护电路的设计、控制电路的设计以及各部分器件的选择。
[4]控制电路：控制电路为逆变电路产生SPWM信号。
[5]驱动电路：驱动电路作为控制电路和主电路的中间环节，其主要任务是将控制电路产生的控制器件的SPWM信号转化为器件的驱动信号，它可以完成电气隔离的功能。
主电路设计
主电路由三部分组成，即整流电路、滤波电路和逆变电路，如图2.2所示。
整流电路的功能是把交流电源转换成直流电源，大多数整流电路由变压器、整流电路和滤波电路等组成。整流电路多用硅整流二极管和晶闸管组成，滤波电路接在主电路与逆变电路之间，用于滤除脉动直流电压中的交流成分。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气隔离。
图2.5双D触发器CD4013的引脚结构图
控制电路还设置了过流保护接口端STOP，当有过流信号时，STOP呈低电平，经与门输出低电平，封锁了两路SPWM信号，使IGBT关断，起到保护作用。STOP信号是通过双D触发器CD4013来产生的。具体双D触发器CD4013的结构引脚图如图2.5所示。
100303145
学生姓名
王林
专业班级
电气105班
课程设计（论文）题目
100W单相交-直-交变频实验装置
课程设计（论文）任务
课题完成的设计任务及功能、要求、技术参数
实现功能
为了电力电子技术课程的教学实验，设计此装置，使学生通过该装置测试、观察及验证单相交-直-交变频的实现方法。
设计任务
1、方案的经济技术论证。2、整流电路设计。3、逆变电路设计。4、通过计算选择器件的具体型号。5、驱动电路设计或选择。6、绘制相关电路图。
图2.1 总体方案框图
各部分功能：
[1]整流电路：把交流电源转换成直流电源。其中一部分为电路提供电源。
[2]滤波电路：滤波电路接在主电路与逆变电路之间，用于滤除脉动直流电压中的交流成分。
[3]逆变电路：逆变电路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。
因此采用PWM正弦波脉宽调制，通过改变调制频率，实现交-直-交变频的目的。PWM控制的方法可分为3类，即计算法、调制法和跟踪控制法。其中，调制法是较为常用的，也是基本的一类方法。而调制法中最基本的是利用三角载波与正弦信号波进行比较的调制方法，分为单极性调制和双极性调制。本设计采用的单相桥式逆变电路既可以采用单极性调制，也可以采用双极性调制。在本设计装置中，采用了双极性PWM调制技术。对于整流部分采用不可控制整流电路，滤波部分采用LC低通滤波器，滤除高次谐波，得到高频率的正弦波交流输出。逆变部分由四只IGBT管组成单相桥式逆变电路，采用双极性调制方式。总体方案框图如图2.1所示。
方案二：
用斩波器调压的交-直-交变频器。整流环节采用二极管不可控整流，增设斩波器进行调压，再用逆变器调频。虽然多了一个中间调压环节，但是输入的功率因数提高了。输出仍然采用晶闸管逆变器，所以仍然存在谐波问题。
方案三：
用PWM逆变器同时调压调频的交-直-交变频器。由于采用二极管不可控整流产生恒定直流电源，功率因数问题用这种方法就可以解决。用PWM逆变器，输出电压是一系列脉冲，调节脉冲宽度就可以调节输出电压值。假如脉冲宽度按正弦分布，则输出电压中谐波可以大大减少。谐波减少的成度还取决于逆变器功率开关的开关频率。因此，PWM逆变器中很少采用像晶闸管之类开关频率低的半控型器件作为开关器件，而是采用开关频率高的全控型器件如GTR、GTO、MOSFET、IGBT 等。同时调频调压都集中在逆变器一侧，控制也简化了。因此，这种结构成为当前中小型交-直-交变频器中普遍采用的一种结构形式。
对于可控器件选择IGBT，IGBT的开通和关断是由栅极电压来控制的。当栅极施以正电压时，MOSFET内形成沟道，并为PNP晶体管提供基极电流，从而使IGBT导通。此时从N+区注入到N-区的空穴(少子)对N-区进行电导调制，减小Ⅳ区的电阻R，使阻断电压高的IGBT也具有低的通态压降。当栅极上施以负电压时MOSFET内的沟道消失，PNP晶体管的基极电流被切断，IGBT即被关断。在IGBT导通之后。若将栅极电压突然降至零，则沟道消失，通过沟道的电子电流为零，使集电极电流有所下降，但由于N-区中注入了大量的电子和空穴对，因而集电极电流不会马上为零，而出现一个拖尾时间。
芯片ICL8038的引脚结构图如图2.3所示。其主要特点如下：
（1）具有在发生温度变化时产生低的频率漂移，最大不超过50ppm/℃。
（2）正弦波输出具有低于1%的失真度。
（3）三角波输出具有0．1%高线性度。
（4）具有0.001Hz～1MHz的频率输出范围；工作变化周期宽。
（5）占空比2%～98%之间任意可调。
第2章
100W
单相交-直-交变频电路主要是通过整流滤波得到直流电，再通过控制逆变电路将直流电变成某个频率的交流电。根据实验任务要求，对控制电路部分可以采用多种方案，具体方案如下：
方案一：
用可控整流调压、逆变器调频的交-直-交变频器。调压和调频分别在两个环节上，由控制电路进行协调。由于输入环节采用可控整流，当电压和频率调得较低的时候，晶闸管整流器的控制角较大，电网端的功率因素较低。输出环节较多采用晶闸管组成的逆变器，输出电压的谐波分量较大，一般用于较大功率的变频器。
原理：是由两片集成函数信号发生器ICL8038为核心组成，其中一片8038产生正弦调制波Ur，另一片用以产生三角载波Uc，将此两路信号经比较电路LM311异步调制后，产生一系列等幅，不等宽的矩形波Um，即SPWM波。Um经反相器后，生成两路相位相差180度的±PWM波，再经触发器MC14528延时后，得到两路相位相差180度并带一定死区范围的两路SPWM1和SPWM2波。控制原理图如图2.4所示
（6）高的电平输出范围；从TTL电平至28V。
（7）具有正弦波、三角波和方波等多种函数信号输出。
（8）易于使用，只需要很少的外部条件。
图2.3芯片ICL8038的引脚结构图
图2.4控制电路
图2.5触发器CD4528的引脚结构图
Um经反相器后，生成两路相位相差180度的±PWM波，再经触发器CD4528延时后，得到两路相位相差180度并带一定死区范围的两路SPWM1和SPWM2波，作为主电路中两对开关管IGBT的控制信号。触发器CD4528的引脚结构图如图2.5所示。
要求
1、文字计算要正确。
3、文中的图表工整、规范。
4、元器件的选择符合要求。
技术参数
1、交流电源：单相220V。2、为了IGBT的安全，中间直流电压最大为50V。3、输出交流电压约45V。4、输出最大电流2A。5最大功率：100W。
进度计划
第1天：集中学习；第2天：收集资料；第3天：方案论证；第4天：输入整流滤波电路设计；第5天：逆变电路设计；第6天：控制电路设计；第7天：器件选择；第8天：系统调试或仿真；第9天：总结并撰写说明书；第10天：答辩