課程設(shè)計(jì)---列車變頻空調(diào)用直流電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　電力電子技術(shù)</b></p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)報(bào)告</b></p><p>　　題 目 列車變頻空調(diào)用直流電源 </p><p>　　系統(tǒng)的設(shè)計(jì) </p><p>　　專 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 &

2、lt;/p><p>　　班 級(jí) 電 氣 </p><p>　　學(xué) 號(hào) </p><p>　　學(xué)生姓名 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　20 年 春 學(xué)期

3、</p><p>　　起止時(shí)間：200年6月22日至200年6月27日</p><p><b>　　一、總體設(shè)計(jì)</b></p><p>　　1．主電路的選型（方案設(shè)計(jì)）</p><p>　　由于設(shè)計(jì)給出來(lái)的電源為直流220V，但是空調(diào)用的是三相交流，并且額定電壓為380V，如果直接采用逆變電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，則輸出的三相線電壓

4、的有效值小于220V（同樣小于330V）,這樣不符合空調(diào)的額定電壓380v的要求，為此，應(yīng)先采用直流斬波電路把220V直流電壓升高，再采用三相逆變電路把DC轉(zhuǎn)換成AC</p><p><b>　　電路模型：</b></p><p>　　DC E=220VDC: AC 380</p><p><b>　　說(shuō)明：</b>&

5、lt;/p><p>　?、僦绷鲾夭娐房梢圆捎蒙龎簲夭娐罚ㄕ{(diào)節(jié)占空比來(lái)調(diào)節(jié)輸出直流電壓的大小）、升降壓斬波電路和cuk電路（這兩者的通過(guò)調(diào)節(jié)來(lái)達(dá)到實(shí)現(xiàn)升壓，由于后兩者不需滿足才能實(shí)現(xiàn)升壓，這樣調(diào)節(jié)電壓電壓的幅度沒(méi)有升壓斬波電路的大，所以一般采用升壓斬波電路來(lái)實(shí)現(xiàn)升壓。</p><p>　?、趯?duì)于三相逆變電路可以采用電壓源型逆變電路，也可以采用電流源型逆變電路。由于電流源型逆變電路輸出的電壓和

6、一些脈沖疊影響輸出電壓，并且輸出電壓的波形和負(fù)載性質(zhì)有關(guān)，這樣不利于控制輸出的線電壓有效值為380v，而電壓源型逆變電路輸出的電壓與負(fù)載無(wú)關(guān)，這樣利于控制輸出電壓滿足空調(diào)額定電壓380V,所以選擇電壓源型逆變電路。</p><p>　?、劭刂齐娐分袛夭娐房梢圆捎靡话愕膶捗}沖，也可以采用PWM，但是出于簡(jiǎn)單考慮一般才采用寬脈沖；逆變電路中采用寬脈沖簡(jiǎn)單，但是輸出的電壓波形沒(méi)有PWM接近正弦波，出于設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，體積小

7、的要求采用寬脈沖完全可以達(dá)到空調(diào)電壓需求。</p><p>　　④保護(hù)電路，可以采用快速熔斷器、短路器、緩沖電路。本設(shè)計(jì)采用di/dt保護(hù)電路，可以限制器件開通是的電流快速變化，同時(shí)又可以減小開關(guān)損耗。</p><p><b>　　2. 總體實(shí)現(xiàn)框架</b></p><p>　　二、主要參數(shù)及電路設(shè)計(jì)</p><p>&

8、lt;b>　　1.主電路參數(shù)設(shè)計(jì)</b></p><p>　?、儇?fù)載模擬：空調(diào)額定電壓為380V，功率為2.2KW,如果采用Y負(fù)載接法，則每一相等效電阻R為：</p><p>　?、诖_定升壓斬波電路的占空比：由電壓源型逆變電路可知道</p><p><b>　　線電壓：</b></p><p><

9、b>　　線電壓有效值 ：</b></p><p>　　為輸入逆變電路的電壓）</p><p>　　為了把E=220v升壓為，而在升壓斬波電路中</p><p>　　(其中為控制寬脈沖的占空比)</p><p>　　因此在原理電路圖中給出寬脈沖長(zhǎng)度占一個(gè)周期前</p><p>　　52.76%×

10、;360=寬度，因此設(shè)置寬脈沖G0屬性中設(shè)置NO.of Points為：2；Switching Points為：0. 190.</p><p>　?、鄞_定逆變電路的控制電路：本電路采用T1-T6六個(gè)IGBT管子的每個(gè)橋臂的導(dǎo)通角為，同一相上下兩個(gè)橋臂交替導(dǎo)通，各相開始導(dǎo)電的角度依次相差，這樣，在任何一瞬間，將有三個(gè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通，可能是上面的一個(gè)橋臂和下面兩個(gè)橋臂，也有可能是上面兩個(gè)橋臂和下面橋臂同時(shí)導(dǎo)通。為此逆變

11、電路中T1-T6六個(gè)IGBT管的控制信號(hào)分別為G1-G6的給法屬性設(shè)置為： </p><p><b>　　三、仿真驗(yàn)證</b></p><p><b>　　1．方案測(cè)試結(jié)果：</b></p><p>　　為了給逆變電路提供465.58v的直流電壓，先驗(yàn)證升壓斬波電路輸出的電壓是否滿足要求，以下是升壓斬波電路的模塊和

12、嚴(yán)重結(jié)果：</p><p><b>　　斬波電路模塊</b></p><p>　　斬波電路觸發(fā)控制寬脈沖</p><p>　　斬波后電壓為465.5V ,符合升壓要求</p><p>　　升壓斬波電路已經(jīng)符合要求，現(xiàn)在測(cè)試三相電壓源型逆變電路在直流電壓465.5v情況下是否輸出額定電壓為380V</p>&

13、lt;p>　　逆變電路模塊的寬脈沖控制</p><p>　　輸出的相電壓、相電流和線電壓的有效值符合要求</p><p>　　升壓斬波電路、逆變電路輸出的電壓已經(jīng)滿足要求可以把兩者連接，連接后并加入必要的保護(hù)、濾波電路后電路圖為：</p><p>　　斬波電路和逆變電路組成的電源系統(tǒng)</p><p>　　①逆變電路六個(gè)IGBT管子T1-

14、T6觸發(fā)電路的給定分別為個(gè)G1-G6(測(cè)試的元件分別為V1-V6)：</p><p>　　逆變電路觸發(fā)控制寬脈沖</p><p>　?、谀孀冸娐份敵鰷y(cè)未加入濾波電感L2、L3、L4前逆變后輸出的其中一相電壓和電流（如A相線電壓為Va,電流為IA,A,B兩相的線電壓為Vab）</p><p>　　③逆變電路輸出測(cè)加入濾波電感L2、L3、L4前逆變后輸出的其中一相電壓和

15、電流（如A相線電壓為Va,電流為IA,A,B兩相的線電壓為Vab）</p><p>　　濾波后的輸出電壓、電流波形（波形變得圓滑）</p><p><b>　　2.結(jié)果分析：</b></p><p>　?、俣ㄐ苑治觯和ㄟ^(guò)測(cè)試和分析輸出的電壓，電流波形，在沒(méi)有串入濾波電感L2、L3、L4前輸出的波形與三相電壓源逆變電路理論輸出波形一樣，可見設(shè)計(jì)的

16、逆變電路正確，并且給定的IGBT管子的寬脈沖符合設(shè)計(jì)前需要實(shí)現(xiàn)的在任何一瞬間，將有三個(gè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通，可能是上面的一個(gè)橋臂和下面兩個(gè)橋臂，也有可能是上面兩個(gè)橋臂和下面橋臂同時(shí)導(dǎo)通的結(jié)果。加入濾波電感的作用是減少諧波成分，是輸出波形盡可能的圓滑，有測(cè)試結(jié)果可以看出輸出的電壓，電流波形不再是棱角的波形，而是把原來(lái)有棱角的地方通過(guò)濾波作用已經(jīng)變成圓弧形狀的，使波形盡可能逼近正弦波。</p><p>　?、诙糠治觯涸O(shè)計(jì)要

17、求輸出的三相電源額定電壓必須滿足空調(diào)額定電壓為380V，額定功率為2.2KW，通過(guò)逆變電路輸出線電壓Uab波形計(jì)算：</p><p>　　輸出的額定電壓為380V，輸出的相電流有效值的計(jì)算近似為:</p><p>　　由于負(fù)載的接法為‘Y’型接法，因此 ，</p><p><b>　　輸出的額定功率為:</b></p><p

18、>　　由測(cè)試結(jié)果的定量分析可知：斬波電路的寬脈沖的占空比設(shè)計(jì)正確，使升壓后輸出的電壓Ud=465.5V，為逆變電路的輸入電壓提供了正確的電壓，總的設(shè)計(jì)基本上已經(jīng)符合設(shè)計(jì)要求了。</p><p>　　3.遇到的問(wèn)題和解決辦法</p><p>　?、僭跍y(cè)試升壓斬波電路輸出的電壓Ud，開始的時(shí)候超調(diào)很大，并且要很久才能達(dá)到穩(wěn)定的輸出電壓（調(diào)節(jié)時(shí)間比較長(zhǎng)），這兩個(gè)方面都影響負(fù)載的正常運(yùn)行，因

19、此要使輸出的電壓暫態(tài)的時(shí)候盡可能的電壓不要超過(guò)穩(wěn)態(tài)值465.5V（沒(méi)有超調(diào)），好要盡可能使輸出的電壓盡可能快速達(dá)到穩(wěn)態(tài)值（調(diào)節(jié)時(shí)間很?。?lt;/p><p>　　解決辦法：由于負(fù)載已經(jīng)是設(shè)計(jì)好了，固定的，影響輸出的超調(diào)的量就是斬波電路中電感L1，L1越小就超調(diào)就越大，因此應(yīng)該把L1的值設(shè)計(jì)的比較大，大概在3H,影響輸出電壓調(diào)節(jié)時(shí)間的是斬波電路中的電容C1,C2，它們的容量越大就越容易發(fā)生震蕩，調(diào)節(jié)時(shí)間就越長(zhǎng)，為此C

20、1,C2都設(shè)置為0.5mf，這樣輸出的電壓就比較好了。</p><p>　　②在沒(méi)有加入濾波電感前輸出的波形是“品”字波，波形棱角嚴(yán)重，呈現(xiàn)階梯形的，諧波充分比較大，對(duì)負(fù)載運(yùn)行也產(chǎn)生影響。</p><p>　　解決辦法：可以在三相負(fù)載前面串入電感L2、L3、L4，起到濾波和改善輸出波形，盡可能的是輸出的波形不再為階梯形，而是緩慢變化到下一個(gè)值，這樣對(duì)空調(diào)負(fù)載不會(huì)產(chǎn)生輸出電壓快是躍變的沖擊影

21、響，空調(diào)就可以很好的運(yùn)行了。</p><p><b>　　四、小結(jié)</b></p><p>　　設(shè)計(jì)基本上符合了設(shè)計(jì)條件和要求，但是如果采用三相逆變電路的多重化，即幾個(gè)逆變電路可以采用并聯(lián)的方式，再通過(guò)變壓器把每一個(gè)逆變電路按照一定方法連接輸出電壓，可以是輸出的波形比較圓滑，盡可能接近正弦波，并且可以消除特定的諧波成分，對(duì)空調(diào)的運(yùn)行會(huì)更加穩(wěn)定。</p>

22、<p>　　通過(guò)本次設(shè)計(jì)，了解了電力電子設(shè)計(jì)的一般過(guò)程，熟悉開發(fā)仿真環(huán)境，進(jìn)一步的加深了斬波電路、逆變電路結(jié)構(gòu)、原理的理解，在理論分析下，定性定量的設(shè)計(jì)和分析，能夠?qū)υO(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題通過(guò)分析電路來(lái)解決出現(xiàn)的。</p><p><b>　　附件：參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1.王兆安，《電力電子技術(shù)》，機(jī)械工業(yè)出版社；</p><