【正文】 通過(guò)仿真，才能進(jìn)行全面的考察，故障的模擬，實(shí)基于單片機(jī)控制新型 高效率正弦波逆變電路 的設(shè)計(jì)與仿真際存在的非線性因素允許到什么程度。 目前，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和開發(fā)中發(fā)揮了越來(lái)越重要的作用，其主要作用有： (1)取代人工解析分析，減輕設(shè)計(jì)勞動(dòng)強(qiáng)度和重復(fù)性勞動(dòng)。 、控制速度快，對(duì)保護(hù)信號(hào)反應(yīng)快，從而增加了系統(tǒng)的可靠性。因此，采用逆變技術(shù)大大提高變壓器的工作頻率，使得變壓器的損耗變得比工頻工作時(shí)小得多，從而達(dá)到節(jié)能的目的。 4．采用逆變技術(shù)的電源還具有高效節(jié)能的優(yōu)越性，表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面： 1)在許多應(yīng)用交流電動(dòng)機(jī)的場(chǎng)合，在其負(fù)載變化時(shí)，傳統(tǒng)的方法是調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的通電時(shí)間所占比例，這樣電動(dòng)機(jī)就會(huì)頻繁地制動(dòng)、起動(dòng)。電源技術(shù)的發(fā)展，大體經(jīng)歷了幾個(gè)階段：由磁放大式到硅二極管整流式，再到可控硅（晶閘管）整流式，直到發(fā)展到逆變式 (開關(guān)式 )。 、圖表要求： 1）文字通順，語(yǔ)言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無(wú)錯(cuò)別字，不準(zhǔn)請(qǐng)他人代寫 2）工程設(shè)計(jì)類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計(jì)算機(jī)繪制，所有圖紙應(yīng)符合國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。本人授權(quán) 大學(xué)可以將 本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過(guò)的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準(zhǔn)用徒手畫 3）畢業(yè) 論文須用 A4 單面打印，論文 50 頁(yè)以上的雙面打印 4）圖表應(yīng)繪制于無(wú)格子的頁(yè)面上 5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔 1）設(shè)計(jì)（論文） 2）附件：按照任務(wù)書、開題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂 指導(dǎo)教師評(píng)閱書 指導(dǎo)教師評(píng)價(jià)： 一、撰寫（設(shè)計(jì)）過(guò)程 學(xué)生在論文（設(shè)計(jì)）過(guò)程中的治學(xué)態(tài)度、工作精神 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 學(xué)生掌握專業(yè)知識(shí)、技能的扎實(shí)程度 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和專業(yè)技能分析和解決問(wèn)題的能力 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 研究方法的科學(xué)性；技術(shù)線路的可行性；設(shè)計(jì)方案的合理性 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 完成畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）期間的出勤情況 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量 論文（設(shè)計(jì)）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 是否完成指定的論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)（包括裝訂及附件）？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 三、論文（設(shè)計(jì)）水平 論文（設(shè)計(jì)）的理論意義或?qū)鉀Q實(shí)際問(wèn)題的指導(dǎo)意義 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 論文的觀念是否有新意？設(shè)計(jì)是否有創(chuàng)意？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書）所體現(xiàn)的整體水平 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 建議成績(jī)： □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 （在所選等級(jí)前的□內(nèi)畫“√”） 指導(dǎo)教師： （簽名） 單位： （蓋章） 年 月 日 評(píng)閱教師評(píng)閱書 評(píng)閱教師評(píng)價(jià)： 一、論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量 論文（設(shè)計(jì)）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 是否完成指定的論文（設(shè)計(jì)） 任務(wù)（包括裝訂及附件）？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、論文（設(shè)計(jì)）水平 論文（設(shè)計(jì)）的理論意義或?qū)鉀Q實(shí)際問(wèn)題的指導(dǎo)意義 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 論文的觀念是否有新意？設(shè)計(jì)是否有創(chuàng)意？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書）所體現(xiàn)的整體水平 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 建議成績(jī)： □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 （在所選等級(jí)前的□內(nèi)畫“√”） 評(píng)閱教師： （簽名） 單位： （蓋章） 年 月 日 6 教研室（或答辯小組）及教學(xué)系意見(jiàn) 教研室（或答辯小組）評(píng)價(jià)： 一、答辯過(guò)程 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的基本要點(diǎn)和見(jiàn)解的敘述情況 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 對(duì)答辯問(wèn)題的反應(yīng)、理解、表達(dá)情況 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 學(xué)生答辯過(guò)程中的精神狀態(tài) □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量 論文（設(shè)計(jì)）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 是否完成指定的論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)（包括裝訂及附件）？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 三、論文（設(shè)計(jì)）水平 論文（設(shè)計(jì)）的理論意義或?qū)鉀Q實(shí)際問(wèn)題的指導(dǎo)意義 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 論文的觀念是否有新意？設(shè)計(jì)是否有創(chuàng)意？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書）所體現(xiàn)的整體水平 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 評(píng)定成績(jī)： □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 教研室主任（或答辯小組組長(zhǎng)）： （簽名） 年 月 日 教學(xué)系意見(jiàn)： 系主任： （簽名） 年 月 日 7 第一章 緒論 電力電子技術(shù)就是利用半導(dǎo)體功率開關(guān)器件、電力電子技術(shù)和控制技術(shù)，對(duì)電氣設(shè)備的電功率進(jìn)行變換和控制的一門技術(shù)。采用逆變技術(shù)，可使所設(shè)計(jì)的電源具有許多方面的優(yōu)越性： ，我們可以控制逆變電路的工作頻率和輸出時(shí)間的比例，從而使輸出電壓或電流的頻率和幅值按照人們的意愿或設(shè)備工作的要求來(lái)靈活地變化。而電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、制動(dòng)消耗的能量往往很大，如使用變 頻電源來(lái)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)做功的量，則可節(jié)約很大一部分能量。 3)傳統(tǒng)的、采用工頻變壓器的整流式電源設(shè)備的功率因數(shù)一般在 之間，這是因?yàn)槠潆娏髦C波成分和相移角都比較大。另外，現(xiàn)代越來(lái)越復(fù)雜的電子設(shè)備對(duì)電源提出了各種各樣的負(fù)載要求，一個(gè)特定用途的電源，應(yīng)當(dāng)具有特定的負(fù)載性能要求和外特性，同 時(shí)還應(yīng)當(dāng)具備安全可靠、高效、高功率因數(shù)、低噪音的特點(diǎn)，另外，無(wú)電磁干擾、無(wú)電網(wǎng)污染、省電節(jié)能也是我們應(yīng)當(dāng)認(rèn)真考慮的設(shè)計(jì)要求。 (2)提高分析速度、分析精度和分析廣度。 (4)減小初投資，一套仿真設(shè)備就是規(guī)模很大的實(shí)驗(yàn)室，可以做許多電路與系統(tǒng)產(chǎn)品的研究?？梢哉f(shuō)，利用 MATLAB 語(yǔ)言對(duì)所設(shè)計(jì)的電力電子設(shè)備進(jìn)行仿真，不僅提高了產(chǎn)品的可靠性，而且也縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期，對(duì)電力電子產(chǎn)品的開發(fā)具有很大的幫助作用。 2％。在電機(jī)控制、中頻電源、各種開關(guān)電源以及其他高速低損耗的中小功率領(lǐng)域， IGBT 有取代 GTR 和 VDMOS 的趨勢(shì)。簡(jiǎn)化等效電路表明， IGBT 是 GTR 與 MOSFET組成的達(dá)林頓結(jié)構(gòu)，是一個(gè)由 MOSFET 驅(qū)動(dòng)的厚基區(qū) PNP 晶體管， ffR 為晶體管基區(qū)內(nèi)的調(diào)制電阻。若寄生晶體管工作，又變成 P N PN? ? ? 晶閘管。為了抑制寄生晶體管的工作， IGBT 采用盡量縮小 PNP?? 晶體管的電流放大系數(shù) ? 作為解決閉鎖的措施。 導(dǎo)通壓降：電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)使電阻 onR 減小，使通態(tài)壓降減小。值得注意的是， IGBT 的反向電壓承受能力很差， 12 從曲線中可知，其反向阻斷電壓 BMU 只有幾十伏，因此限制了它在需要承受高反壓場(chǎng)所的使用。 的參數(shù)特點(diǎn) (1)IGBT 的開關(guān)特性好，開關(guān)速度快，其開關(guān)時(shí)間是同容量 GTR 的 1/10。 13 圖 23 IGBT 的 開關(guān) 特性 IGBT 的關(guān)斷過(guò)程是從正向?qū)顟B(tài)轉(zhuǎn)換到正向阻斷狀態(tài)的過(guò)程。 IGBT 的開關(guān)時(shí)間與集電極電流、柵極電阻以及結(jié)溫等參 數(shù)有關(guān)。在小電流段的 1/2額定電流以下通態(tài)壓降有負(fù)溫度系數(shù)，因此 IGBT 在并聯(lián)使用是具有電流自動(dòng)調(diào)節(jié)能力。為此，器件出廠時(shí)必須規(guī)定集電極電流的最大值 CMI ，以及與此相 應(yīng)的柵極－發(fā)射極最大電壓 CEMU 。 IGBT在開通時(shí)為正向偏置，其安全工作區(qū)稱為正偏安全工作區(qū) FBSOA，如圖 24(a)所示， IGBT 的導(dǎo)通時(shí)間越長(zhǎng)，發(fā)熱越嚴(yán)重，安全工作區(qū)越小。 (6)與 VDMOS 和 GTR 相比， IGBT 的耐壓可以做得更高，最大允許電壓 UCEM可達(dá)到 4500 伏以上。 IGBT 作為一種 大功率電力電子器件常用于大電流、高電壓的場(chǎng)合，對(duì)其采取保護(hù)措施，以防器件損壞顯得非常重要。只要檢測(cè)出過(guò)流信號(hào)，就在 2us 內(nèi)迅速撤除柵極信號(hào)。但由于 IGBT 的安全工作區(qū)寬，因此，改變柵極電阻的大小，可減弱 IGBT 對(duì)緩沖電路的要求。與之相對(duì)應(yīng)，把直流電變成交流電的過(guò)程叫做逆變，完成逆變功能的電路則稱為逆變電路，而實(shí)現(xiàn)逆變過(guò)程的裝置叫做逆變?cè)O(shè)備或逆變器。 16 ，可分為單相逆變、三相逆變和多相逆變。 ，可分為電壓型逆變和電流型逆變。當(dāng)開關(guān) S S4閉合， S S3斷開時(shí)，負(fù)載電壓 ou 為正；當(dāng)開關(guān) S S4 斷開， S S3 閉合時(shí)， ou 為負(fù)，其波形如圖 25(b)所示。當(dāng)負(fù)載為阻感時(shí)， oi 相位滯后于 ou ，兩者波形的形狀也不同，圖 25(b)給出的就是阻感負(fù)載時(shí) oi 波形。這時(shí)負(fù)載電流從直流電源負(fù)極流出，經(jīng) S負(fù)載和 S3流回正極，負(fù)載電感中儲(chǔ)存的能量向直流電源反饋，負(fù)載電流逐漸減小，到 2t 時(shí)刻降為零，之后 oi 才反向并逐漸增大。在換流過(guò)程中，有的臂從導(dǎo)通到關(guān)斷，有的臂從關(guān)斷到導(dǎo)通。 一般來(lái)說(shuō)，換流方式可分為以下幾種： (1)器件換流。整流電路的換流方式就是電網(wǎng)換流。設(shè)置附加的換流電路，由換流電路內(nèi)的電容提供換流電壓，稱為脈沖換流，有時(shí)也稱為強(qiáng)迫換流或電容換流。在本文中，我們主要討論單相電壓型逆變電路的基本構(gòu)成、工作原理和特性，圖 27為其電路。而交流側(cè)輸出電流波形和相位因負(fù)載阻抗情況的不同而不同。 單相全橋電壓型逆變電路的原理圖如圖 27 所示，它共有 4個(gè)橋臂，橋臂 1和 4 作為一對(duì)，橋臂 2和 3作為另一對(duì)，成對(duì)的兩個(gè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通，兩對(duì)交替各導(dǎo)通 o180 。可以看出，該 PWM波形的脈沖寬度是按正弦規(guī)律變化，稱為 SPWM 波形。 從理論上講，在給出了正弦半波頻率、幅值和半個(gè)周期內(nèi)的脈沖數(shù)后，脈沖波形的寬度和間隔便可以準(zhǔn)確計(jì)算出來(lái)。希望輸出的信號(hào)為調(diào)制信號(hào)，把接受調(diào)制的三角波稱為載波。 如圖 210 所示，載波信號(hào) CU 在信號(hào)正半周為正極性的三角波，在負(fù)半周為性的三角波，調(diào)制信號(hào) rU 和載波 CU 的交點(diǎn)時(shí)刻控制逆變器電力晶體管 T T4的通斷。當(dāng) rCUU? 時(shí)，使 T3 導(dǎo)通， OdUU?? ；當(dāng) rCUU? 時(shí)，使 T3關(guān)斷，負(fù)載電流將通過(guò) D4 續(xù)流，負(fù)載電壓 OU0? 。調(diào)節(jié)調(diào)制信號(hào) rU 的幅值可以使輸出調(diào)制脈沖寬度作相應(yīng)的變化，這能改變逆變器輸出電壓的基波幅值，從而可實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓的平滑調(diào)節(jié)；改變調(diào)制信號(hào) rU 的頻率則可改變輸出電壓的頻率。當(dāng) rCUU? 時(shí)，使晶體管