单相交—交变频电路设计

辽 宁 工 业 大 学

电力电子技术 课程设计（论文）

题目： 单相交—交变频电路设计

院（系）： 电气工程学院

专业班级： 自动化

学 号：

学生姓名： 中书子

指导教师： （签字）

起止时间：2014.12.29-2015.1.9

课程设计（论文）任务及评语

院（系）：电气工程学院 教研室：自动化 注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算

摘 要

本次课程设计任务是对单相交—交变频电路的设计。在正式课程设计之前，先了解

课程设计过程。

详细比较分析了当前交-交变频技术的特点,在此基础上提出了单相交-交变频原理。

利用单个功率器件构成双向交流开关,施加于传统的交流调压电路并进行相应的改造,实

现了单个功率器件的单相交-交变频变压目的。通过周期性地施加触发脉冲，获得频率可

调的输出电压;采用按正弦规律变化的变脉宽高频脉冲信号对输出电压进行调制,获得了

幅值可调的输出电压,并且具有较好的正弦度。输出电压波形进行了详细的理论分析,发

现单相交—交变频电路的输出特点。在MATLAB环境下进行了单相交—交变频系统的

仿真研究,得出仿真结果并且与文中的理论分析结果也完全一致,从而验证了本文提出的

单相交-交变频原理的正确性。

关键词:单相； 交交变频；MATLAB；

目 录

第1章 绪论 ................................................................. 1

第2章 课程设计的方案 ....................................................... 2

2.1 概述 ................................................................ 2

2.2 系统组成总体结构 .................................................... 2

第3章 单相交—交变频电路设计 ............................................... 4

3.1 主电路设计 .......................................................... 4

3.2 触发角调制模块电路设计 .............................................. 5

3.3 整流与逆变电路 ...................................................... 6

3.4 输出正弦电压调制方法 ................................................ 7

第4章 仿真设计 ............................................................. 9

4.1 仿真软件说明 ........................................................ 9

4.2 仿真模型搭建 ....................................................... 10

4.2.1 触发角模块电路介绍 ........................................... 11

4.2.2 同步六脉冲触发器介绍 ......................................... 12

第5章 仿真分析 ............................................................ 14

5.1 仿真参数设置 ....................................................... 14

5.2 阻感性负载 ......................................................... 14

第6章 课程设计总结 ........................................................ 16

参考文献 ................................................................... 17

第1章 绪论

本次设计是在学完了大学电力电子技术专业课之后而进行的一次课程设计。

此次的设计是对大学期间所学电力电子技术课程的一次综合性复习，是一次

理论联系实际的训练。

电子技术包括信息电子技术和电力电子技术两大分支。通常所说的模拟电子

技术和数字电子技术都属于信息电子技术。电力电子技术应用于电力领域的电子

技术。具体说，就是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。所用的电

力电子器件均用半导体制成，故也称为电力半导体器件。电力电子技术所变换的

“电力”，功率可以大到数百MW甚至GW，也可以小到数W甚至1W以下。

信息电子技术主要用于信息处理，而电力电子技术则主要用于电力变换。

电力电子涉及由半导体开关启动装置进行的电源控制与转换领域。半导体整

流控制、半导体硅整的小型化等出现，产生一个新的电力电子应用领域。半导体

硅整流、汞弧整流器应用于控制电源，但是这样的整流回路只是工业电子的一部

分，对于汞弧整流器应用范围而言是有局限的。

20世纪30年代交交变频电路就已经出现，当时采用的是水银整流器，曾经

有装置用在电力机车上，由于原件性能的限制，没能得到推广。到20世纪70年

代，随着晶闸管的问世交交变频电路曾经广泛应用于电机的变频调速。20世纪80

年代随着全控器件的广泛应用，交交变频电路逐渐被交直交变频电路取代。近年

来随着现代工业生产及社会发展的需要推动了交交变频技术的飞速发展，现代电

力电子器件的发展和应用、现代控制理论和控制器件的发展和应用、微机控制技

术及大规模集成电路的发展和应用为交流变频技术的发展和应用创造了新的物质

和技术条件，交交变频电路又逐渐成为研究的热点。

本文首先以单相输入单相输出的交交变频电路为例介绍了交交变频电路的工

作原理，接着以余弦交点法为例详细分析了交交变频电路的触发控制方法，最后

用MATLAB仿真软件对交交变频电路进行了建模和仿真研究。最后进行课程设计总

结，在课程设计当中用到和学到哪些电力电子技术知识，最终获得了什么，得出

什么结论。

本次课程设计主要内容为：首先查找资料设计单相交—交变频电路的工作原

理图，然后运用MATLAB软件进行仿真，验证设计电路正确，最后确定整个单相交

—交变频电路课程设计的成功。

第2章 课程设计的方案

2.1 概述

交—交变频电路是一种可直接将某固定频率交流交换成可调频率交流的频率

变换电路，无需中间直流环节。与交—直—交间接变频相比，提高了系统变换效

率。又由于整个变频电路直接与电网相连接，各晶闸管元件上承受的是交流电压，

故可采用电网电压自然换流，无需强迫换流装置，简化了变频器主电路结构，提

高了换流能力。

本次设计主要是综合应用所学知识，设计单相交——交变频电路，并在实践

的基本技能方面进行一次系统的训练。能够较全面地巩固和应用电力电子技术课

程中所学的基本理论和基本方法，并运用MATLAB软件进行仿真实验。

应用: 设计单相输入电流，通过触发电路对交-交变频电路进行触发，最终通

过示波器显示输出电压。

2.2 系统组成总体结构

根据设计任务书要求，采用交交变频器设计。

首先明确交交变频电路是直接由工频交流经过晶闸管控制变为可变频的交流

电压。它与交直交变频或者直流变交流有很大的区别。下面设计一下单相交—交

变频电路的系统组成总体结构。

以上从硬件工作原理，和波形产生原理解释了单相交交变频电路的工作过程。

下面整合上面系统总体总体结构框图，提出如下方案设计。