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目录
第一章
1.1 1.2 1.3 第二章
2.1 2.2 2.3 2.4 绪论.............................................................................................................................................2 课程设计的目的.........................................................................................................................2 课程设计的任务与要求.............................................................................................................2 MATLAB的原理应用及SIMULINK仿真..............................................................................2 主电路设计及仿真.....................................................................................................................3 设计方案的论证.........................................................................................................................3 主电路结构框图与说明.............................................................................................................3 电路类型选择依据.....................................................................................................................3 整流电路的工作原理及设计.....................................................................................................3 2.4.1 整流电路的基本工作原理...................................................................................................3 2.4.2 整流元件的选择...................................................................................................................4 2.4.3 整流电路的设计与仿真.......................................................................................................4 2.5 逆变电路的工作原理及设计.....................................................................................................5
2.5.1 逆变电路的基本工作原理...................................................................................................5 2.5.2 SPWM波的产生设计...........................................................................................................5 2.5.3逆变电路的设计与仿真........................................................................................................5
第三章 驱动保护电路的设计.................................................................................................................7
3.1 IGBT 驱动电路..........................................................................................................................7 3.2 触发电路选择与设计.................................................................................................................7 第四章 台灯调光电路的设计.................................................................................................................8
4.1台灯调光电路的基本工作原理.......................................................................................................8 4.2焊接与调试.......................................................................................................................................8 第五章 综合设计与仿真.........................................................................................................................9
5.1整体电路设计模型...........................................................................................................................9 5.2 运行仿真并检验是否满足性能指标的要求..................................................................................9 第六章 心得体会...................................................................................................................................11
第一章 绪论
1.1 课程设计的目的1）掌握三相全桥相控整流电路的结构及其工作原理，明确触发脉冲的相位关系，熟悉整流电路交流侧与直流侧电流、电压关系。
2）掌握单相全桥逆变电路的结构及其工作原理，明确调制信号与载波信号之间的幅值关系，明确驱动脉冲的分配关系，熟悉逆变电路输出电压与直流电压、调制信号幅值之间的关系。
3）熟悉电力电子电路的计算机仿真方法。1.2 课程设计的任务与要求
1）使用Matlab仿真软件实现三相桥式全控整流电路仿真模型，构建触发延时角为0度，30度，60度的三相桥式全控整流电路直流侧平波电感10mH、滤波电容10mF及负载电阻10Ω。采用宽脉冲触发方式。观测电网电压波形、触发脉冲波形、直流侧电压波形和负载电流波形。
2）使用Matlab仿真软件实现三相桥式全控整流电路仿真模型，构建三相全桥PWM逆变电路。直流侧使用400V直流电压源。调制波信号为50Hz正弦波信号。载波信号为1080kHz双极性三角波。
3）将1）、2）构建的仿真模型相组合，实现交-直-交变频电路仿真模型。其中触发延时角设为60度，调制波信号为250Hz正弦波信号。载波信号为10kHz双极性三角波。调制比设为0.9。负载使用5mH+5Ω阻感性负载。观测交流侧A相电网电压波形、相控整流触发脉冲波形、直流电压波形、输出电压给定波形、负载电压波形及电流输出波形。1.3 MATLAB的原理应用及SIMULINK仿真
MATLAB 的应用范围非常广，包括信号和图像处理、通讯、控制系统设计、测试和测量、财务建模和分析以及计算生物学等众多应用领域。附加的工具箱（单独提供的专用MATLAB函数集）扩展了MATLAB 环境，以解决这些应用领域内特定类型的问题。
本次实验采用MATLAB软件中的SIMULINK平台进行电路设计，并进行仿真。在开环控制时，改变电压，可以实现整流输出电压在不同触发角时波形有着明显的区别，都是对称六脉波。在闭环控制时，其触发角主要由电压反馈电路，电流反馈电路进行调节，在示波器时基因数足够大的观察前提下，调节调压器，使该实验输出稳定的六脉波波形。
第二章 主电路设计及仿真
2.1 设计方案的论证
交交变频电路是把电网频率的交流电直接变换成可调频率的交流电的变流电路。交交变频电路是一种直接变频电路。
和交直交变频电路比较，优点是只用一次变流，效率较高。可方便地实现四象限工作。低频输出波形接近正弦波。
缺点是接线复杂，如采用三相桥式电路的三相交交变频器至少要用36只晶闸管。受电网频率和变流电路脉波数的限制，输出频率较低；输入功率因数较低输入电流谐波含量大，频谱复杂。交交变频电路主要用于500kW或1000kW以上的大功率、低转速的交流调速电路中。2.2 主电路结构框图与说明
主电路系统框图如图2.2.1所示。
三相交流电源380V/50Hz整流电路滤波电路三相逆变电路合成电路三相交流负载电压与相位采集电路同步六脉冲触发电路SPWM脉冲触发电路 图2.2.1 主电路系统框图
整流电路：用来把三相交流电整流成直流电。
滤波电路：用来把整流后的脉动的直流通过储能元件，变为较为平滑的的直流。
逆变电路：用来把直流电逆变为交流电。最常见的是用6个逆变模块组件组成三相桥式逆变电路。
2.3 电路类型选择依据
整流电路：是将交流电能变为直流电能供给直流用电设备。
滤波电路：用来把整流后的脉动的直流通过储能元件，变为较为平滑的的直流。，逆变电路：用来把直流电逆变为交流电。2.4 整流电路的工作原理及设计
2.4.1 整流电路的基本工作原理
整流电路是把交流电能转换为直流电能的电路。大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波
器等组成。它在直流电动机的调速、发电机的励磁调节、电解、电镀等领域得到广泛应用。2.4.2 整流元件的选择
晶闸管额定电压：=(2~3)，晶闸管的额定电流:=(1~1.5)K
2.4.3 整流电路的设计与仿真
三相桥式整流电路图如图2.4.1所示。
图2.4.1 三相桥式整流电路图
三相桥式整流电路仿真图如图2.4.2所示。
图2.4.2 三相桥式整流电路仿真图
2.5 逆变电路的工作原理及设计
2.5.1 逆变电路的基本工作原理
逆变电路是把直流电能转换为交流电能的电路。当交流侧接在电网上，即交流侧接有电源时，称为有源逆变；当交流侧直接和负载连接时，称为无源逆变。2.5.2 SPWM波的产生设计
SPWM(Sinusoidal PWM)法是一种比较成熟的，目前使用较广泛的PWM法。前面提到的采样控制理论中的一个重要结论:冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时,其效果基本相同。SPWM法就是以该结论为理论基础，用脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆变电路中开关器件的通断，使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的面积相等，通过改变调制波的频率和幅值则可调节逆变电路输出电压的频率和幅值。2.5.3逆变电路的设计与仿真
逆变电路图如图2.5.1所示。
图2.5.1逆变电路图
逆变电路仿真电压波形图如图2.5.2所示。
图2.5.2逆变电路仿真电压波形图
逆变电路仿真电流波形图如图2.5.3所示。
图2.5.3逆变电路仿真电流波形图
第三章 驱动保护电路的设计
3.1 IGBT 驱动电路
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。
IGBT驱动电路是驱动IGBT模块以能让其正常工作，并同时对其进行保护的电路。3.2 触发电路选择与设计
触发电路常用的国产单结晶体管的型号主要有BT31、BT33、BT35。单结晶体管在一定条件下具有负阻特性，即当发射极电流I增加时，发射极电压Ve反而减小。利用单结晶体管的负阻特性和RC充放电电路，可制作脉冲振荡器。
图3.2.1为单结晶体管触发电路，电路较简单，温度性能比较好，有一定的抗干扰能力，脉冲前沿陡，输出功率较小，脉冲宽度较窄，只能承受调节RP无法加入其它信号，移相范围≤180°，一般为150°此电路可以用在单相可控硅整流电路要求不高的场合，能触发50A以下的晶闸管。
图3.2.1 单结晶体管触发电路
第四章 台灯调光电路的设计
4.1台灯调光电路的基本工作原理
接通电源前，电容C上的电压为0。接通电源后，电容经由R4、RP（R5）充电，电容的电压V逐渐升高。当到达峰值电压时，e-b1间导通，电容上电压经e-b1向电阻R3放电。当电容上的电压降到谷底电压时，单结晶体管恢复阻断状态。随后，电容又重新充电，重复上述过程，结果在电容上形成锯齿状电压，在R3上则形成脉冲电压。此脉冲电压作为可控硅VT的触发信号。调节RP（R5）的阻值，可改变触发脉冲的相位，控制晶闸管VT的导通角，便改变了灯泡的亮度。4.2焊接与调试
正面实物图如图4.2.1所示。
图4.2.1正面实物图
背面实物图如图4.2.2所示。
图4.2.2 背面实物图
第五章 综合设计与仿真
5.1 整体电路设计模型
交直交变频电路图如图2.5.1所示。
图2.5.1 交直交变频电路仿真图
5.2 运行仿真并检验是否满足性能指标的要求
交直交变频电路电压仿真图如图2.5.2所示。
图2.5.2 交直交变频电路电压仿真图
交直交变频电路电流仿真图如图2.5.3所示。
图2.5.3交直交变频电路电流仿真图
第六章 心得体会
这次的电力电子课程设计让我学到了很多。从一开始的理论课就让我对这个课题产生了浓厚的兴趣，刚开始感觉有点复杂，经过老师耐心的讲解之后，慢慢的懂得了其原理。在这次电子课程设计中，学会了Matlab软件的使用，虽然是刚开始元器件都是英文版的，但是经过反复的练习后，已经能够熟练掌握基本的用法，会搭建电路了。要将这么多的元器件全部焊在电路板上，可以先布线以及元器件的合理摆放的位置。在进行焊接时，还要按照布线图去焊接，这样就不容易出错。在经过好几周努力后，焊接完成，感觉到了成就感，毕竟这是自己亲手焊接完成的，这样的机会也是难得的。决心要把这个课题顺利的完成。通过这次的学习，将理论与实际联系到了一起，在元器件的选取方面，要考虑到很多方面的因素，也认识到自己还有太多的不足。
参考文献
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[11]曲学基，王增福，曲敬铠编著.稳定电源电路设计手册.北京:电子工业出版社
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