单相电流型无源逆变器的的设计与仿真.doc

本科课程设计专用封面 设计题目： 单相电流型无源逆变器的设计与仿真 所修课程名称： 电力电子技术课程设计 修课程时间： 2012 年 06 月 17 日至 6 月 23 日 完成设计日期： 2012 年 06 月 23 日 评阅成绩： 评阅意见： 评阅教师签名： 年 月 日单相电流型无源逆变器的设计与仿真 一．设计要求 1）完成单相电流型无源逆变器的设计与仿真的设计、仿真； 2）设计要求： 输入的等效电流源9A，所用R=10Ω，L=1mH 输出： I0 = 9A；U0= 90V; 二．题目分析 2.1流型逆变电路主要特点? （1）直流侧串联有大电感，相当于电流源。直流侧电流基本无脉动，直流回路呈现高阻抗。??（2）电路中开关器件的作用仅是改变直流甩流的流通路径，因此交流侧输出电流为矩形波，并且与负载阻抗角无关。而交流侧输出电压波形和相位则因负载阻抗情况的不同而不同。??（3）当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电感起缓冲无功能量的作用。因为反馈无功能量时直流电流并不反向图1是一种单相桥式电流型逆变电路的原理图。电路由4个桥臂构成，每个桥臂的晶闸管各串联一个电抗器LT。LT用来限制晶闸管开通时di/dt，各桥臂的L之间不存在互感。使桥臂1、4和桥臂2、3以1000～2500Hz的中频轮流导通，就可以在负载上得到中频交流电。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，即负载略呈容性。实际负载一般是电磁感应线圈，用来加热置于线圈内的钢料。图1 中R和L串联即为感应线圈的等效电路。因为功率因数很低，故并联补偿电容器C。电容C和L、R 构成并联谐振电路，故这种逆变电路也被称为并联谐振式逆变电路。负载换流方式要求负载电流超前于电压，因此补偿电容应使负载过补偿，使负载电路总体上工作在容性小失谐的情况下。??因为是电流型逆变电路，故其交流输出电流波形接近矩形波，其中包含基波和各奇次谐波，且谐波幅值远小于基波。因基波频率接近负载电路谐振频率，故负载电路对基波呈现高阻抗，而对谐波呈现低阻抗，谐波在负载电路上产生的压降很小，因此负载电压的波形接近正弦波。图2是该逆变电路的工作波形。在交流电流的一个周期内，有两个稳定导通阶段和两个换流阶段。??tl～t2之间为晶闸管VTl和VT4稳定导通阶段，负载电流io=Id，近似为恒值，t2时刻之前在电容C上，即负载上建立了左正右负的电压。在?t2时刻触发晶闸管VT2和VT3，因在t2前VT2和?VT3的阳极电压等于负载电压，为正值，故VT2和VT3开通，开始进入换流阶段。由于每个晶闸管都串有换流电抗器LT，故?VTl?和?VT4?在?t2?时刻不能立刻关断，其电流有一个减小过程。同样，VT2?和?VT3?的电流也有一个增大过程。t2?时刻后，4个晶闸管全部导通，负载电容电压经两个并联的放电回路同时放电。其中一个回路是经?LTl、VTl、VT3、LT3回到电容C；另一个回路是经?LT2、VT2、VT4、LT4回到电容C，如图2中虚线所示。在这个过程中，VTl、VT4电流逐渐减小，VT2、VT3电流逐渐增大。当t=t4时，VTl、VT4电流减至零而关断，直流侧电流Id全部从VTl、VT4转移到VT2、VT3，换流阶段结束。 称为换流时间。因为负载电流?io=iVT1-iVT2，所以?io?在?t3?时刻，即?iVTl=iVT2?时刻过零，t3时刻大体位于t2和t4的中点。??晶闸管在电流减小到零后，尚需一段时间才能恢复正向阻断能力。因此，在 t4时刻换流结束后，还要使VTl，VT4承受一段反压时间?才能保证其可靠关断。?应大于晶闸管的关断时间tq。如果?VT1、VT4尚未恢复阻断能力就被加上正向电压，将会重新导通，使逆变失败。为了保证可靠换流，应在负载电压uo?过零前??时刻去触发?VT2、VT3。称为触发引前时间，，从图2可得? 从图2?还可以看出，负载电流io超前于负载电压uo的时间???为????? 把??表示为电角度??(弧度)可得? 式中，?为电路工作角频率；、?分别是?、?对应的电角度。?也就是负载的功率因数角。 ??? 图2中t4～t6之间是VT2、VT3的稳定导通阶段。t6以后又进入从VT2、VT3导通向VT2、VT4导通的换流阶段，其过程和前面的分析类似。晶闸管的触发脉冲uGl～uG4，晶闸管承受的电压?uVTl～uVT4以及A、B间的电压?uAB也都示于图2中。在换流过程中,上下桥臂的LT上的电压极性相反，如果不考虑晶闸管压降，则uAB=0。可以看出，uAB的脉动频率为交流输出电压频率的两倍。在uAB为负的部分，逆变电路从直流电源吸收的能量为负，即补偿电容C的能量向直流电源