交-直-交pwm變頻電源課程設計

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第1章 變頻電源方案論證及設計1</p><p>　　1.1設計要求及內(nèi)容1</p><p>　　1.2交流-直流部分設計方案1</p><p>　　1.3直流-交流部分設計方案2</p><p>　　1.4驅動電路設

2、計方案2</p><p>　　第2章主回路元件選擇4</p><p>　　2.1電容濾波的三相不可控整流電路4</p><p>　　2.2雙極性調(diào)制控制方式的三相橋式PWM電壓型逆變電路5</p><p>　　第3章保護電路、緩沖電路設計7</p><p>　　3.1 短路保護7</p>

3、<p>　　3.2過電壓保護7</p><p>　　3.3緩沖電路具體設計8</p><p><b>　　總 結9</b></p><p><b>　　參考文獻10</b></p><p>　　附錄1 元件清單11</p><p>　　附錄2

4、電路圖12</p><p>　　第1章 變頻電源方案論證及設計</p><p>　　1.1 設計要求及內(nèi)容</p><p>　　輸出交流額定相電壓220V，額定相電流240A，頻率變化范圍2-50Hz，其交流輸入線電壓為380V，電壓波動率為±10%。</p><p>　　（1）變頻電源方案論證及設計；</p>

5、<p>　?。?）主回路元件選擇；</p><p>　?。?）驅動電路設計；</p><p>　?。?）保護電路設計；</p><p>　　（5）緩沖電路設計；</p><p>　?。?）PWM控制策略；</p><p>　　（7）濾波電路設計；</p><p>　?。?）逆變變壓器設

6、計；</p><p>　　1.2 交流-直流部分設計方案</p><p>　　圖1 交-直-交PWM變頻電源設計方案</p><p>　　對于AC-DC部分，由于三相交流輸入線電壓為380V，電壓波動率為±10%，故此采用電容濾波的三相不可控整流電路，電路圖如下：</p><p>　　圖2 主電路AC-DC部分</p&g

7、t;<p>　　加入電容C，濾平全波整流后的電壓紋波，另外當負載變化時，使直流電壓保持平穩(wěn)，即濾波作用。</p><p>　　直流-交流部分設計方案</p><p>　　對于DC-AC部分，由于指定用PWM控制技術進行逆變，故此采用三相橋式PWM電壓型逆變電路，電路圖如下：</p><p>　　圖3 主電路DC-AC部分</p><

8、;p>　　電路中的兩個電容即為總體框圖中的Ca和Cb。</p><p>　　1.4 驅動電路設計方案</p><p>　　圖4 驅動電路設計</p><p>　　由于本交-直-交PWM變頻電源的逆變電路采用三相橋式PWM電壓型逆變電路，根據(jù)其特點，要求逆變電路中采用全控型電力電子器件，然而電力電子器件中的全控型器件種類較多，有電力MOSFET、GTR、GT

9、O等。其中GR、GTO的關斷速度較差，會影響輸出波形，效果會很差。而IGBT則綜合了電力MOSFET以及GTR的特點，所以本設計中選擇IGBT作為逆變電路中的開關器件。從而驅動電路為IGBT的驅動電路。</p><p><b>　　主回路元件選擇</b></p><p>　　電容濾波的三相不可控整流電路</p><p>　　圖5 電容濾波的三

10、相不可控整流電路</p><p>　?。?）輸出電壓平均值 </p><p>　　空載時，輸出電壓平均值最大，為Ud=√6U2=2.45U2。隨著負載加重，輸出電壓平均值減小，至wRC=√3進入id連續(xù)情況后，輸出電壓波形成為線電壓的包絡線，其平均值為Ud=2.34U2?？梢?，Ud在2.34U2到2.45U2之間變化。</p><p>　?。?）電流平均值 輸出

11、電流平均值IR為</p><p><b>　　IR=Ud/R</b></p><p>　　與單相電路情況一樣，電容電流iC平均值為零，因此，</p><p><b>　　Id=IR</b></p><p>　　在一個電源周期中，id有六個波頭，流過每一個二極管的是其中的兩個波頭，因此二極管電流平均值

12、為</p><p><b>　　IVD=Id/3</b></p><p>　　（3）二極管承受的電壓 二極管承受的最大反向電壓為線電壓的峰值，為√6U2。</p><p><b>　?。?）電容的選定</b></p><p>　　對于電容濾波的三相不可控整流電路，負載電流存在著連續(xù)與不連續(xù)的問題，

13、本設計中確定負載電流連續(xù)，即滿足條件wRC=√3。由于交流輸入電源的工頻為50HZ，所以w=314rad/s，R取1KΩ（本濾波整流電路右側為三相橋式PWM型逆變電路，其輸入電阻比較大，故整定本濾波整流電路負載為1 KΩ）。所以，電容C=5.516μF。</p><p>　　電容的電壓值以及電流值選取 ： </p><p>　　由于Ud在2.34U2到2.45U2之間變化，故此電容兩

14、端的電壓值的范圍也為2.34U2到2.45U2之間。因此，可以得到</p><p>　　2.34X（380/√3）V≤Ud≤2.45（380/√3）V</p><p>　　514.8V≤Ud≤550V</p><p>　　在整個整流過程中，電容的電流平均值為零。</p><p>　　根據(jù)上面計算，選擇電容參數(shù)如下：</p>&l

15、t;p>　　型號：鋁電解電容 CD71C</p><p><b>　　品牌：雅斯特</b></p><p>　　參數(shù)：額定電壓750V ，</p><p><b>　　電容值：100UF</b></p><p><b>　?。?）二極管的選定</b></p>

16、<p><b>　　電壓值選取</b></p><p>　　本電容濾波的三相不可控整流電路中各個二極管承受的最大反向電壓為√6U2，即537.40V。</p><p>　　選取一定的安全裕量，即取UVD為所承受的最大反向電壓的1到2倍</p><p>　　UVD=537.40~1074.8V</p><p>

17、<b>　　電流值選取</b></p><p>　　Id=IR=Ud/R=0.5148A</p><p>　　考慮到安全裕量，取ic=1A</p><p>　　IVD=Id/3=0.1716A</p><p>　　考慮到安全裕量，取ic=0.2A</p><p>　　根據(jù)上述計算，所以選擇二極管參

18、數(shù)如下：</p><p><b>　　型號：2CP29</b></p><p><b>　　峰值電流：0.3A</b></p><p>　　最大電壓：1000V</p><p><b>　　數(shù)量：6</b></p><p>　　雙極性調(diào)制控制方式的三相橋

19、式PWM電壓型逆變電路</p><p>　　（1）IGBT的選擇</p><p>　　由于逆變電路直流側電壓為左側整流電路id連續(xù)時的電壓，即Ud=2.34U2=514.8V。在IGBT導通時，管壓降可忽略不計，電感在充放電的過程中平均電流為零，因此，電路中流過的電流為</p><p>　　I=Ud/R=514.8÷1000=0.5148A</p&g

20、t;<p>　　考慮一定的裕量，則IGBT的耐流值取I的1.5倍，即0.7722A</p><p>　　IGBT承受的電壓為Ud/2，即257.4V，考慮一定的裕量，則IGBT的耐壓值772.2V。</p><p>　　根據(jù)上述計算，選擇IGBT參數(shù)如下：</p><p>　　型號：GTl53101</p><p>　　最高耐壓

21、值：1000V</p><p>　　最高電流值；200A</p><p><b>　　數(shù)量：6個</b></p><p><b>　?。?）二極管的選擇</b></p><p>　　二極管承受的電壓同為257.4V，考慮一定的裕量，則二極管耐壓值取1.5倍，即386.1V；二極管流過的電流為0.51

22、48A，考慮一定的裕量，則二極管耐流值取1.5倍，即0.7722A。</p><p>　　根據(jù)上述計算，選擇二極管參數(shù)如下：</p><p>　　型號：BY550-1000</p><p><b>　　峰值電流：1A</b></p><p>　　額定最大電壓：1000V</p><p>　?。?）

23、電阻電容電感的選擇</p><p>　　選擇三個1千歐姆的CF50碳膜電阻器，兩個鋁電解電容 CD71C，三個SDRH62繞線貼片功率電感。</p><p>　　保護電路、緩沖電路設計</p><p><b>　　3.1 短路保護</b></p><p>　　利用死區(qū)生成電路進行短路保護，其作用是防止逆變橋同一相上下兩

24、個橋臂直通而造成短路。電路形式如下：</p><p>　　圖6 短路保護電路</p><p><b>　　器件選擇：</b></p><p>　　在電壓型逆變電路的PWM控制中，同一相上下兩個臂的驅動信號都是互補的。但實際上為了防止上下兩個臂直通而造成短路，在上下兩臂通斷切換時要留一小段上下臂都施加關斷信號的死區(qū)時間。死區(qū)時間的長短主要由功率

25、開關器件的關斷時間來決定。這個死區(qū)時間將會給輸出的PWM波形帶來一定影響，使其稍微偏離正弦波。</p><p>　　由于死區(qū)時間取決于電容的充電時間，而經(jīng)過滯回比較器輸出的信號最大幅值約為5V，低電平為0.5V</p><p>　　根據(jù)電容充放電特性UC=US(1-e-t/RC) UCmax=5V</p><p>　　令t=7Μs,則兩邊同時取對數(shù)，得出結果為

26、RC=4.3X10-6s，取C=104pF，R=394.6KΩ</p><p>　　所以選擇一個50V-104PF-Z瓷片電容，一個394.6 KΩ的CF50碳膜電阻器。</p><p><b>　　過電壓保護</b></p><p>　?。?）、在IGBT中加上緩沖電路，吸收浪涌電壓。在緩沖電路的電容器中使用薄膜電容，并配置在IGBT附近，使

27、其吸收高頻浪涌電壓。具體方案在第六章 緩沖電路的設計中將會說明。</p><p>　　（2）、調(diào)整IGBT的驅動電路的-VGE和RG，減小di/dt</p><p>　?。?）、為了減小主電路和緩沖電路的配線電感，配線要更粗、更短。在配線中使用銅條。另外進行并列平板配線（分層配線），使用配線低電感化將有很大的效果。</p><p><b>　　緩沖電路具體

28、設計</b></p><p>　　本次用到的IGBT型號為Tl53101，高耐壓值為1000V，高電流值為200A，根據(jù)情況選擇緩沖電路結構如下所示：</p><p>　　圖7 緩沖電路設計</p><p>　　如圖所示，逆變電路中采用了充放電型RCD緩沖電路。</p><p>　　在無緩沖電路的情況下，逆變電路中的IGBT開通

29、時電流迅速上升，di/dt很大，關斷時du/dt很大，并出現(xiàn)很高的過電壓。在有沖放型RCD緩沖電路的情況下，開通時緩沖電容先通過R向IGBT放電，使電流先上一個臺階，以后因為有di/dt抑制電路的緣故，電流上升速度減慢。緩沖電路中的電阻和二極管是在IGBT關斷時提供放電回路而設置的。</p><p><b>　　總 結</b></p><p>　　經(jīng)過這么久的努力，

30、終于做完了這次課程設計。通過這段時間的學習，發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足，無論是對知識的理解還是實踐能力以及理論聯(lián)系實際的能力還急需提高。</p><p>　　開始做課程設計時，因為不知從哪下手，就不假思考的照著同學給的模板做，后來發(fā)現(xiàn)模板里存在一些問題，于是不得不在一些地方返工。后來就是自己先系統(tǒng)知識，然后自己一步一步腳踏實地的做了。所以一個很深的感觸就是，做好一件事情，首先要對這方面的知識系統(tǒng)化，然后在頭腦里理清思路

31、，哪里開始，怎樣一步步做下去，怎樣結束。然后再按這個計劃一步步認真做。這樣每天做一些東西接近目標的小小成就感，就促使著自己認真做完。</p><p>　　此次設計使我對電力電子技術有了新的認識,更深的了解，基本掌握了基本變流電路的設計。這次設計對我們的鍛煉是多方面的，除了對設計過程熟悉外，我們還進一步提高了作圖，編輯，各種信息的查閱和分析，也大大的提高了自己的計算能力，及對WORD文檔的使用等多方面的進一步的了解

32、。</p><p>　　本次課設應該感謝學院的安排，讓我們在學習課本知識的同時，能夠有這樣良好的機會實踐,加深對所學理論知識的理解,掌握工程設計的方法。因為認真對待所以感覺學到了東西。更應該感謝導老師的細心指導，要不然靠我們自己不可能那么順利完成。通過這次課程設計,我深深懂得要不斷的把所學知識學以致用,還需通過自身不斷的努力,不斷提高自己分析問題,解決問題的能力!</p><p><

33、b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]電力電子技術（第四版）.王兆安,黃俊.機械工業(yè)出版社.2000</p><p>　　[2]電力電子器件及其應用.李旭葆,趙永健.機械工業(yè)出版社.1996</p><p>　　[3]電力電子技術.邵丙衡.中國鐵道出版社.1997</p><p>　　[4]現(xiàn)代電力電子技術基礎