基于mosfet的單相半橋無(wú)源逆變電路的的設(shè)計(jì)論文(已修改)
2025-07-09 18:40 本頁(yè)面
【正文】 基于MOSFET的單相半橋無(wú)源逆變電路的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)目的：1掌握單相橋式全控橋整流電路和單相半橋無(wú)源逆變電路的工作原 理，進(jìn)行結(jié)合完成交直交電路的設(shè)計(jì)； 2熟悉兩種電路的拓?fù)?，控制方法? 3掌握兩種電路的主電路，驅(qū)動(dòng)電路，保護(hù)電路的設(shè)計(jì)方法，元器件參數(shù)的計(jì)算方法； 4培養(yǎng)一定的電力電子的實(shí)驗(yàn)和調(diào)試能力； 5培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)解決問(wèn)題的能力與實(shí)際動(dòng)手能力； 2加深理解《電力電子技術(shù)》課程的基本理論；設(shè)計(jì)指標(biāo)：MOSFET電壓型單相半橋無(wú)源逆變電路設(shè)計(jì)（純電阻負(fù)載） （1）輸入直流電壓：Ui=200V （2）輸出功率：500W （3）輸出電壓波形：1KHz方波總體目標(biāo)及任務(wù)：選擇整流電路，計(jì)算整流變壓器額定參數(shù)，選擇全控器件的額定電壓電流， 計(jì)算平波電抗器感值，設(shè)計(jì)保護(hù)電路 ，全控器件觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)，畫(huà)出主電路原理圖和控制電路原理圖，進(jìn)行Matlab的仿真，畫(huà)出輸出電壓，電流模擬圖。 1主電路的設(shè)計(jì)：（1） 整流部分主電路設(shè)計(jì): 單項(xiàng)橋式全控整流電路帶電阻性負(fù)載電路如圖（1）：圖（1）在單項(xiàng)橋式全控整流電路中，晶閘管VT1和VT4組成一對(duì)橋臂，VT2和VT3 組成另一對(duì)橋臂。在u2正半周（即a點(diǎn)電位高于b點(diǎn)電位），若4個(gè)晶閘管均不導(dǎo)通，負(fù)載電流id為零，ud也為零，VTVT4串聯(lián)承受電壓u2，設(shè)VT1和VT4的漏電阻相等，則各承受u2的一半。若在觸發(fā)角α處給VT1和VT4加觸發(fā)脈沖，VTVT4即導(dǎo)通，電流從a端經(jīng)VTR、VT4流回電源b端。當(dāng)u2為零時(shí)，流經(jīng)晶閘管的電流也降到零，VT1和VT4關(guān)斷。在u2負(fù)半周，仍在觸發(fā)延遲角α處觸發(fā)VT2和VT3（VT2和VT3的α=0處為ωt=π），VT2和VT3導(dǎo)通，電流從電源的b端流出，經(jīng)VTR、VT2流回電源a端。到u2過(guò)零時(shí)，電流又降為零，VT2和VT3關(guān)斷。此后又是VT1和VT4導(dǎo)通，如此循環(huán)的工作下去，整流電壓ud和晶閘管VTVT4兩端的電壓波形如下圖（2）所示。晶閘管承受的最大正向電壓和反向電壓分別為U2和U2。 工作原理 第1階段（0~ωt1）：這階段u2在正半周期，a點(diǎn)電位高于b點(diǎn)電位晶閘管VT1和VT2方向串聯(lián)后于u2連接，VT1承受正向電壓為u2/2，VT2承受u2/2的反向電壓；同樣VT3和VT4反向串聯(lián)后與u2連接，VT3承受u2/2的正向電壓，VT4承受u2/2的反向電壓。雖然VT1和VT3受正向電壓，但是尚未觸發(fā)導(dǎo)通，負(fù)載沒(méi)有電流通過(guò)，所以Ud=0，id=0。 第2階段（ωt1 ~π）：在ωt1 時(shí)同時(shí)觸發(fā)VT1和VT3，由于VT1和VT3受正向電壓而導(dǎo)通，有電流經(jīng)a點(diǎn)→VT1→R→VT3→變壓器b點(diǎn)形成回路。在這段區(qū)間里，ud=u2，id=iVT1=iVT3=ud/R。由于VT1和VT3導(dǎo)通，忽略管壓降，uVT1=uVT2=0，而承受的電壓為uVT2=uVT4=u2。 第3階段（π~ωt2 ）：從ωt=π開(kāi)始u2進(jìn)入了負(fù)半周期，b點(diǎn)電位高于a點(diǎn)電位，VT1和VT3由于受反向電壓而關(guān)斷，這時(shí)VT1~VT4都不導(dǎo)通，各晶閘管承受u2/2的電壓，但VT1和VT3承受的事反向電壓，VT2和VT4承受的是正向電壓，負(fù)載沒(méi)有電流通過(guò)，ud=0，id=i2=0。 第4階段（ωt2 ~π）：在ωt2 時(shí)，u2電壓為負(fù)，VT2和VT4受正向電壓，觸發(fā)VT2和VT4導(dǎo)通，有電流經(jīng)過(guò)b點(diǎn)→VT2→R→VT4→a點(diǎn)，在這段區(qū)間里，ud=u2，id=iVT2=iVT4=i2=ud/R。由于VT2和VT4導(dǎo)通，VT2和VT4承受u2的負(fù)半周期電壓，至此一個(gè)周期工作完畢，下一個(gè)周期，充復(fù)上述過(guò)程，單項(xiàng)橋式整流電路兩次脈沖間隔為180176。（2） 逆變部分主電路設(shè)計(jì)：如圖所示，它有兩個(gè)橋臂，每個(gè)橋臂由一個(gè)全控器件和一個(gè)二極管反并聯(lián)而成。在直流側(cè)有兩個(gè)相互串聯(lián)的大電容，兩個(gè)電容的中點(diǎn)為直流電源中點(diǎn)。負(fù)載接在直流電源中點(diǎn)和兩個(gè)橋臂連接點(diǎn)之間。開(kāi)關(guān)器件設(shè)為V1和V2，當(dāng)負(fù)載為感性時(shí)，輸出為矩形波，Um=Ud/2.剛開(kāi)始V1為通態(tài)，V2為斷態(tài)，給V1關(guān)斷信號(hào)，V2開(kāi)通信號(hào)后，V1關(guān)斷，但由于感性負(fù)載，電流方向不能立即改變，就沿著VD2續(xù)流，直到電流為零時(shí)VD2截止，V2開(kāi)通，電流開(kāi)始反向。依此原理，V1和V2交替導(dǎo)通，VD1和VD2交替續(xù)流。此電路優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用器件少，缺點(diǎn)是輸出交流電壓幅值僅為Ud/2。（3） 控制電路的設(shè)計(jì)：控制電路需要實(shí)現(xiàn)的功能是產(chǎn)生控制信號(hào)，用于逆變電路中功率器件的通斷，通過(guò)對(duì)逆變角的調(diào)節(jié)而達(dá)到對(duì)逆變后的交流電壓的調(diào)節(jié)。我們采用PWM控制方法，進(jìn)
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