Abstract摘要随着电力电子技术、计算机技术以及自动控制技术的快速发展，单相交-直-交变频系统也得到了迅速发展，它显著的变频能力，广泛的应用范围，完善的保护效力，和易于实现的变频功能，获到了广大使用者的认可，在运行的安全可靠、安装使用以及维修维护等方面，也给使用者带来了极大的益处。课题研究的单相交-直-交变频电路设计主要分为主电路和控制电路两部分，其中主电路还分为整流电路、滤波电路和单相桥式PWM逆变电路，而逆变部分则需要用到控制电路，控制电路分为控制电路、驱动电路和保护电路。课题的整流部分选用不可控的桥式整流电路；滤波部分则选用LC低通滤波，获得高频率的交流正弦波输出；逆变部分选用四个IGBT管组成的单相桥式逆变电路。控制电路主要以单片集成函数发生器ICL8038为核心设计的，生成两路PWM信号用来分别控制两对IGBT管；驱动电路则是选用了具备电气隔离的集成驱动芯片M57962L；保护电路选用双D触发器CD4013。用MATLAB软件仿真出设计的电路，其中对纯电阻负载以及电阻电感负载分别进行数据和波形的分析，并采取相关措施使最后输出的波形接近正弦波。关键词：整流 滤波 逆变 IGBT PWM MATLABAbstractWith the rapid development of power electronics technology, computer technology, automatic control technology, single-phase orthogonal frequency system has been developing rapidly, its remarkable frequency capability, a wide range of applications, perfect protection, as well as easy to implement the conversion function, has been recognized by the majority of users in the safe and reliable operation, installation, repair and maintenance, etc., but also to bring users great convenience.Research of single phase AC- DC - AC inverter circuit design divided into the main circuit and control circuit, which can be divided into the main circuit rectifier circuit, filter circuit and single-phase bridge PWM inverter circuit, and inverter control part of the need to use circuit, the control circuit is divided into a control circuit, drive circuit and protection circuit. Subject rectifier bridge rectifier using uncontrollable; filtering section using LC low-pass filter to obtain a high-frequency sine wave AC output; inverter part of the single-phase bridge inverter circuit composed of four IGBT tube. Monolithic integrated control circuit ICL8038 function generator core designed to generate two PWM signals to control the two pairs of IGBT; drive circuit is the use of integrated driver chip M57962L with electrical isolation; protection circuit uses dual D flip-flop CD4013. Using MATLAB software simulation of the design of the circuit, in which the purely resistive load and inductive load resistor respectively for data analysis and waveforms, and take measures to make the final output of nearly sinusoidal waveform.Keyword: Rectifier filter inverter IGBT PWM MATLAB目录目录第1章 绪论11.1电力电子技术概况11.1.1 电子电力技术基本概念11.1.2 电力电子技术的基本应用11.2 课题的设计内容2第2章 单相交-直-交变频电路的总体设计32.1总体框图32.2 总电路设计42.2.1 主电路原理图42.2.2 整流电路42.2.3 滤波电路52.2.4 逆变电路6第3章 逆变部分的电路组成93.1 主电路93.2 驱动电路103.3 控制电路13第4章 MATLAB的仿真与分析164.1 MATLAB简介与使用164.1.1 MATLAB简介164.1.2 MATLAB（Simulink）简介164.1.3 MATLAB(Simulink)的基本使用174.2 MATLAB的仿真184.2.1 仿真电路图184.2.2 仿真模型使用模块及参数设置184.3 仿真的分析224.3.1 整流与滤波输出电压计算与仿真224.3.2 逆变输出电压与仿真244.3.3负载对波形的影响26第5章 总结与展望30致谢31参考文献32I第1章 绪论第1章 绪论1.1电力电子技术概况1.1.1 电子电力技术基本概念电力电子技术是一门新兴的应用于电力领域的电子技术，即使用电力电子器件（如晶闸管，GTO，IGBT等）对电能进行变换和控制的技术。电力电子技术所变换的电力功率可大到数百MW甚至GW，也可以小到数W甚至1W以下，以及以信息处理为主导的信息电子技术不同于电力电子技术其主要用于电力变换1。电能变换主要就是指电压、电流与频率之间的变换。因此电能变换的基本类型可以分为四种，即AC/DC变换、DC/AC变换、DC/DC变换、AC/AC变换。1.1.2 电力电子技术的基本应用一般的工业领域：交流直流电机、电化学工业、冶金工业；交通运输领域：电气化铁道、航空航海；电力系统领域：高压直流电输电、柔性交流电的输电、无功补偿；电子装置电源领域：为信息电子装置提供动力；家用电器等领域：“节能灯”、变频空调；其他领域：UPS、航天飞行器、新能源以及电力发电装置。其显著作用：（1）优化电能使用。用电力 电子技术对电能进行处理，可以使电能的使用达到、高效率以及节能，实现电能使用的最佳化。比如，在节能的方面，对于风机 水泵、电力的牵引、轧机 冶炼、轻工 造纸、工业 窑炉、加热、电焊、化工、点解等14个方面的 调查，潜在的节电量大约是1990年的全国发电总量的16%2，因此发扬应用型的电力电子技术成为节能的一项重要的战略举措，一般的节能效率能够达到10%-14%2，我国已经把很多装置并入节能的应用项目中。（2）改 造传统产业以及推广机电一体化等新兴的产业。根据发达国家的预计，往后会有95%2的电能需经过电力电子的加工后再使用，即工业和全国的各类的机电仪器中，会有95%2和电力电子的产业相关，主要是，电力电子是弱电操控强电的媒体，也成为机电设备跟计算机的关键接口，它为传统的产业及新兴的产业选用微电子技术提供了有利条件，成为了发展计算机作用的保障和基础2。（3）电力 电子技术中高频化以及变频 技术的发展，将会使机电仪器突破传统，朝向高频化的目标发展。能够实现最佳工作效率，将会使机电仪器的体积可以减小几倍甚至几十倍，响应速度也达到高速化，并可以适应任何基准信号，实现无噪音而且具有全新的功能及用途。例如在交-直-交变频器的直流环节选用了大电感当作储能元件，无功 功率将会由大电感进行缓冲，其一个突出的优点就是当电动机处在制动的状态下时，只需要改变网侧中可控整流器件的电压的极性即能够把反馈到直流侧的再生电能便捷地反馈到电网中，组成的系统拥有四象限运行的能力，能够用于频繁的加减速于单机的应用场合，其中在大容量的风机调速中也得到了应用。近几年来，随着电力电子技术、计算机技术的迅速发展，交流传动及控制技术也成为如今发展最快速的技术之一，电气传动技术面临着一场历史性的革命，其发展的趋势即交流调速将代替直流调速以及计算机控制技术将代替模拟控制技术。（4）电力电子的智能化的进展，在某种程度上是将信息处理和功率处理合一，并使微电子技术和电子技术一体化，其发展有能力引起电子技术的重大革新。甚至有人提出，电子学的下一项重要改革将会发生在以工业设备以及电网为目标的电子技术的应用领域，电力电子技术将把人们领到第二次电子革命的边缘2。1.2 课题的设计内容课题单相交-直-交变频电路的设计主要分为主电路和控制电路，其中主电路可以分为整流电路、滤波电路和单相桥式PWM逆变电路，而逆变部分需要用到控制电路，控制电路则分为控制电路、驱动电路和保护电路。课题的整流部分选用不可控的桥式整流；滤波部分选用LC低通滤波，并得到高频率的正弦波交流输出；逆变部分选用四个IGBT管构成的单相桥式逆变电路。控制电路需要以单片集成函数发生器ICL8038为核心设计，通过生成两路PWM信号来分别控制两对IGBT管；驱动电路是选用具有电气隔离的集成驱动芯片M57962L；保护电路选用双D触发器CD4013。最后用MATLAB软件仿真出设计的电路，其中对纯电阻负载以及电阻电感负载分别进行数据和波形的分析，并采取相关措施使最后输出的波形接近正弦波。章节安排第一章：绪论第二章：课题的方案设计第三章：逆变部分的设计第四章：MATLAB的简介及仿真第五章：总结与展望26第2章 单相交-直-交变频电路的总体设计第2章 单相交-直-交变频电路的总体设计2.1总体框图单相交-直-交变频电路首先是将单相交流电源通过整流滤波得到直流电，再用控制逆变电路将直流电转换成某个频率的交流电。PWM逆变是最为常见的一种控制方法，本设计采用PWM的正弦波脉宽调制，可以改变调制频率来实现交-直-交变频的目的。PWM控制的方法可以分为三种，即调制法、计算法以及跟踪控制法。其中调制法是也是最为常见的一类方法，也是最基本的一类方法。在调制法中最普遍的是通过三角载波与正弦信号波进行比较来调制方法，其可分为单极性调制与双极性调制。而本设计是单相桥式逆变既可以选用单极性调制也可以选用双极性调制。在本设计中，采用了双极性PW