交-直-交pwm變頻電源課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第1章 變頻電源方案論證及設(shè)計(jì)1</p><p>　　1.1設(shè)計(jì)要求及內(nèi)容1</p><p>　　1.2交流-直流部分設(shè)計(jì)方案1</p><p>　　1.3直流-交流部分設(shè)計(jì)方案2</p><p>　　1.4驅(qū)動(dòng)電路設(shè)

2、計(jì)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(hù)電路、緩沖電路設(shè)計(jì)7</p><p>　　3.1 短路保護(hù)7</p>

3、<p>　　3.2過(guò)電壓保護(hù)7</p><p>　　3.3緩沖電路具體設(shè)計(jì)8</p><p><b>　　總 結(jié)9</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)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(shè)計(jì)</p><p>　　1.1 設(shè)計(jì)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(dòng)率為±10%。</p><p>　　（1）變頻電源方案論證及設(shè)計(jì)；</p>

5、<p>　?。?）主回路元件選擇；</p><p>　　（3）驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)；</p><p>　?。?）保護(hù)電路設(shè)計(jì)；</p><p>　?。?）緩沖電路設(shè)計(jì)；</p><p>　?。?）PWM控制策略；</p><p>　?。?）濾波電路設(shè)計(jì)；</p><p>　?。?）逆變變壓器設(shè)

6、計(jì)；</p><p>　　1.2 交流-直流部分設(shè)計(jì)方案</p><p>　　圖1 交-直-交PWM變頻電源設(shè)計(jì)方案</p><p>　　對(duì)于AC-DC部分，由于三相交流輸入線電壓為380V，電壓波動(dòng)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(dāng)負(fù)載變化時(shí)，使直流電壓保持平穩(wěn)，即濾波作用。</p><p>　　直流-交流部分設(shè)計(jì)方案</p><p>　　對(duì)于DC-AC部分，由于指定用PWM控制技術(shù)進(jìn)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(gè)電容即為總體框圖中的Ca和Cb。</p><p>　　1.4 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)方案</p><p>　　圖4 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)</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(diǎn)，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(guān)斷速度較差，會(huì)影響輸出波形，效果會(huì)很差。而IGBT則綜合了電力MOSFET以及GTR的特點(diǎn)，所以本設(shè)計(jì)中選擇IGBT作為逆變電路中的開(kāi)關(guān)器件。從而驅(qū)動(dòng)電路為IGBT的驅(qū)動(dòng)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(shí)，輸出電壓平均值最大，為Ud=√6U2=2.45U2。隨著負(fù)載加重，輸出電壓平均值減小，至wRC=√3進(jìn)入id連續(xù)情況后，輸出電壓波形成為線電壓的包絡(luò)線，其平均值為Ud=2.34U2?？梢?jiàn)，Ud在2.34U2到2.45U2之間變化。</p><p>　　（2）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(gè)電源周期中，id有六個(gè)波頭，流過(guò)每一個(gè)二極管的是其中的兩個(gè)波頭，因此二極管電流平均值

12、為</p><p><b>　　IVD=Id/3</b></p><p>　?。?）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>　　（4）電容的選定</b></p><p>　　對(duì)于電容濾波的三相不可控整流電路，負(fù)載電流存在著連續(xù)與不連續(xù)的問(wèn)題，

13、本設(shè)計(jì)中確定負(fù)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(cè)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(fù)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(gè)整流過(guò)程中，電容的電流平均值為零。</p><p>　　根據(jù)上面計(jì)算，選擇電容參數(shù)如下：</p>&l

15、t;p>　　型號(hào)：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(gè)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(jì)算，所以選擇二極管參

18、數(shù)如下：</p><p><b>　　型號(hào)：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>　?。?）IGBT的選擇</p><p>　　由于逆變電路直流側(cè)電壓為左側(cè)整流電路id連續(xù)時(shí)的電壓，即Ud=2.34U2=514.8V。在IGBT導(dǎo)通時(shí)，管壓降可忽略不計(jì)，電感在充放電的過(guò)程中平均電流為零，因此，電路中流過(guò)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(jì)算，選擇IGBT參數(shù)如下：</p><p>　　型號(hào)：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(gè)</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(guò)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(jì)算，選擇二極管參數(shù)如下：</p><p>　　型號(hào)：BY550-1000</p><p><b>　　峰值電流：1A</b></p><p>　　額定最大電壓：1000V</p><p>　　（3）

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

24、個(gè)橋臂直通而造成短路。電路形式如下：</p><p>　　圖6 短路保護(hù)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(gè)臂的驅(qū)動(dòng)信號(hào)都是互補(bǔ)的。但實(shí)際上為了防止上下兩個(gè)臂直通而造成短路，在上下兩臂通斷切換時(shí)要留一小段上下臂都施加關(guān)斷信號(hào)的死區(qū)時(shí)間。死區(qū)時(shí)間的長(zhǎng)短主要由功率

25、開(kāi)關(guān)器件的關(guān)斷時(shí)間來(lái)決定。這個(gè)死區(qū)時(shí)間將會(huì)給輸出的PWM波形帶來(lái)一定影響，使其稍微偏離正弦波。</p><p>　　由于死區(qū)時(shí)間取決于電容的充電時(shí)間，而經(jīng)過(guò)滯回比較器輸出的信號(hào)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(shí)取對(duì)數(shù)，得出結(jié)果為

26、RC=4.3X10-6s，取C=104pF，R=394.6KΩ</p><p>　　所以選擇一個(gè)50V-104PF-Z瓷片電容，一個(gè)394.6 KΩ的CF50碳膜電阻器。</p><p><b>　　過(guò)電壓保護(hù)</b></p><p>　　（1）、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(shè)計(jì)中將會(huì)說(shuō)明。</p><p>　?。?）、調(diào)整IGBT的驅(qū)動(dòng)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(jìn)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(shè)計(jì)</b></p><p>　　本次用到的IGBT型號(hào)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(jié)構(gòu)如下所示：</p><p>　　圖7 緩沖電路設(shè)計(jì)</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(wú)緩沖電路的情況下，逆變電路中的IGBT開(kāi)通

29、時(shí)電流迅速上升，di/dt很大，關(guān)斷時(shí)du/dt很大，并出現(xiàn)很高的過(guò)電壓。在有沖放型RCD緩沖電路的情況下，開(kāi)通時(shí)緩沖電容先通過(guò)R向IGBT放電，使電流先上一個(gè)臺(tái)階，以后因?yàn)橛衐i/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(guān)斷時(shí)提供放電回路而設(shè)置的。</p><p><b>　　總 結(jié)</b></p><p>　　經(jīng)過(guò)這么久的努力，

30、終于做完了這次課程設(shè)計(jì)。通過(guò)這段時(shí)間的學(xué)習(xí)，發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足，無(wú)論是對(duì)知識(shí)的理解還是實(shí)踐能力以及理論聯(lián)系實(shí)際的能力還急需提高。</p><p>　　開(kāi)始做課程設(shè)計(jì)時(shí)，因?yàn)椴恢獜哪南率郑筒患偎伎嫉恼罩瑢W(xué)給的模板做，后來(lái)發(fā)現(xiàn)模板里存在一些問(wèn)題，于是不得不在一些地方返工。后來(lái)就是自己先系統(tǒng)知識(shí)，然后自己一步一步腳踏實(shí)地的做了。所以一個(gè)很深的感觸就是，做好一件事情，首先要對(duì)這方面的知識(shí)系統(tǒng)化，然后在頭腦里理清思路

31、，哪里開(kāi)始，怎樣一步步做下去，怎樣結(jié)束。然后再按這個(gè)計(jì)劃一步步認(rèn)真做。這樣每天做一些東西接近目標(biāo)的小小成就感，就促使著自己認(rèn)真做完。</p><p>　　此次設(shè)計(jì)使我對(duì)電力電子技術(shù)有了新的認(rèn)識(shí),更深的了解，基本掌握了基本變流電路的設(shè)計(jì)。這次設(shè)計(jì)對(duì)我們的鍛煉是多方面的，除了對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程熟悉外，我們還進(jìn)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(jì)算能力，及對(duì)WORD文檔的使用等多方面的進(jìn)一步的了解

32、。</p><p>　　本次課設(shè)應(yīng)該感謝學(xué)院的安排，讓我們?cè)趯W(xué)習(xí)課本知識(shí)的同時(shí)，能夠有這樣良好的機(jī)會(huì)實(shí)踐,加深對(duì)所學(xué)理論知識(shí)的理解,掌握工程設(shè)計(jì)的方法。因?yàn)檎J(rèn)真對(duì)待所以感覺(jué)學(xué)到了東西。更應(yīng)該感謝導(dǎo)老師的細(xì)心指導(dǎo)，要不然靠我們自己不可能那么順利完成。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì),我深深懂得要不斷的把所學(xué)知識(shí)學(xué)以致用,還需通過(guò)自身不斷的努力,不斷提高自己分析問(wèn)題,解決問(wèn)題的能力!</p><p><

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