单相交直交变频电路设计_电力电子技术课程设计报告书

课程设计名称：电力电子技术课程设计题目：单相交直交变频电路设计

学期：2015-2016学年第1学期

专业：自中职

班级：13-2班

姓名：赵鸿伟

学号：1326560223

指导教师：王巍

辽宁工程技术大学课程设计成绩评定表

课程设计任务书

一、设计题目

单相交直交变频电路设计

二、设计任务

1、掌握单相交直交变频电路的原理；

2、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；

三、设计计划

电力电子技术课程设计共1周。

第1天：选题，查资料；

第2天：方案分析比较，确定设计方案；

第3～4天：电路原理设计与电路仿真；

第5天：编写整理设计报告书。

四、设计要求

1. 画出整体电路图。

2. 对所设计的电路全部或部分进行仿真，使之达到设计任务要求。

3. 写出符合设计格式要求的设计报告书。

指导教师：王巍

时间：2015年12月30日

摘要

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，获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。

课题研究的单相交-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PWM逆变电路，而逆变部

分则需要用到控制电路，控制电路分为控制电路、驱动电路和保护电路。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，活的高频率的交流正弦波输出；逆变部分选用四个IGBT管组成的单相桥式逆变电路。控制电路主要以单片集成函数发生器ICL8038为核心设计的，生成两路PWM信号用来分别控制两队IGBT管。用MATLAB软件仿真出设计的电路，其中对纯电阻负载以及电阻电感负载分别进行数据和波形的分析，并采取相关措施使最后

输出的波形接近正弦波。

关键词：整波；滤波；逆变；IGBT；PWM；MATLAB

目录

1总体原理图 (1)

1.1 方框图 (1)

1.2 电路原理图 (1)

1.2.1 主回路电路原理图 (1)

1.2.2 整流电路 (1)

1.2.3 滤波电路 (2)

1.2.4 逆变电路 (3)

2 电路组成 (5)

2.1 控制电路 (5)

2.2 驱动电路 (6)

2.3 主电路 (7)

小结心得 (9)

参考文献 (10)

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。整流电路一般都是单独的一块整流模块。大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成，

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。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。

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。

此外整个电路需要辅助的正负5V的电源，故通过降压，整流，滤波，稳压得到稳定的正负5V电压。

电路如下：

图3 整流滤波电路和辅助电源

1.2.3 滤波电路

滤波电路的原理及作用：滤波电路常用于滤去整流输出电压中的纹波，一般由电抗元件组成，如在负载电阻两端并联电容器C，或与负载串联电感器L，以及由电容，电感组成而成的各种复式滤波电路。

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。当流过电感的电流变化时，电感线圈中产生的感生电动势

将阻止电流的变化。当通过电感线圈的电流增大时，电感线圈产生的自感电动

势与电流方向相反，阻止电流的增加，同时将一部分电能转化成磁场能存储于

电感之中；当通过电感线圈的电流减小时，自感电动势与电流方向相同，阻止

电流的减小，同时释放出存储的能量，以补偿电流的减小。因此经电感滤波后，不但负载电流及电压的脉动减小，波形变得平滑，而且整流二极管的导通角增大，在电感线圈不变的情况下，负载电阻愈小，输出电压的交流分量愈小。只

有在RL>>ωL时才能获得较好的滤波效果。L愈大，滤波效果愈好。另外，由于

滤波电感电动势的作用，可以使二极管的导通角接近π，减小了二极管的冲击

电流，平滑了流过二极管的电流，从而延长了整流二极管的寿命。

1.2.4 逆变电路

逆变电路同整流电路相反，逆变电路是将直流电压装换为所要频率的交流

电压，逆变电路是与整流电路相对应，将低电压变为高电压，把直流电变成交

流电的电路。逆变电路是通用变频器核心部件之一，起着非常重要的作用。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，将直流电能变换为交流电能的变换电路。

本方案中的逆变部分,采用单相桥式逆变电路,PWM 控制,输出电压的大小及频率均可通过PWM 控制进行调节。电路如下：