晶闸管电压型PWM变频器.doc

电力电子与电机拖动综合课程设计题 目： 晶闸管电压型PWM变频器 主电路参数计算和设计 专 业： 07自动化（2）班 学 号： 200710320223 姓 名： 朱立群 完成日期： 2010年06月 指导教师： 王 冬 电力电子与电机拖动课程设计任务书姓名 班级07自动化 指导老师王 冬题目： 晶闸管电压型PWM变频器主电路参数计算和设计课题的任务和要求 电机参数：额定功率130额定电流220额定电压380V额定效率0.90额定频率50接线方式三角形，短路电抗标么值0.180设计要求：正弦波PWM控制按V/F一定方式变频调速，系统最高频率50hz，调速范围11:1，风机负荷，系统有1.1倍的过载能力。1、根据课题，查阅相关资料2、画出系统原理框图；3、参数计算和元器件选择4、画出单元电路图；5、画出整体控制电路图；6、撰写说明书参考文献目 录1、引言42、总体方案设计53、单元电路设计与分析63.1整流电路6 3.2中间直流电路73.3逆变电路84、主电路各参数计算94.1电压计算94.2功率计算94.3整流器输入的电压与电流 94、 结束语105、电子元件清单116、参考文献127、总电路图131 引言 目前使用较多的是三相柱式电力稳压器，它虽然有很多优点，但由于使用了机械传动和碳刷进行调节，因而具有工作寿命短、可靠性差、动态响应时间长等缺点，正在被无触点补偿式稳压电源所取代。“补偿”具有“补足”和“抵消”两种意思。所谓补偿式稳压电源，就是用多个补偿变压器（一般是24个），将其次级串入主电路中，通过由双向晶闸管或固态继电器（由光耦、触发电路和双向晶闸管组成的电路模块）组成的“多全桥”转换电路，用切换多个补偿变压器初级头、尾的连接方式，来调节补偿电压的大小或正负进行有级补偿。当市电电压高于标称电压时进行负补偿；低于标称电压时进行正补偿。由于去掉了机械传动和碳刷，因而提高了寿命、可靠性和动态响应速度，使稳压电源的性能得到了很大的改进。但仍然还存在一些缺点：如只能有级调节、调节精度不高（取决于补偿变压器的最小电压，调节精度一般为25），所用补偿变压器个数较多，因而补偿变压器的“多全桥”转换电路用的开关数也多，电路相对复杂等。本文取其优点，避其缺点，提出了用PWM高频斩波器进行补偿的交流稳压电源，使交流稳压器的性能得到了进一步的提高。 2、总体方案设计从某种意义上说，如果能够有一个可以任意改变频率的电源的话，即可以通过改变电源的频率来实现异步电动机的调速控制，但是，由于在实际的调速控制过程中，还必须考虑到有效利用电动机磁场，抑制启动电流和得到理想的转矩特性等方面的问题，一个普通的频率可调交流电源并不能、满足对异步电动机进行调速控制的要求。变频器是把工频电源(50Hz或60Hz)变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备，其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆变成交流电。对于如矢量控制变频器这种需要大量运算的变频器来说，有时还需要一个进行转矩计算的CPU以及一些相应的电路。从结构上看，变频器可分为直接变频和间接变频两种。间接变频器先将工频交流电源通过整流器变成直流，然后通过逆变器将直流变换为可控频率的交流，因此又称之为有中间直流环节的变频装置或交-直-交变频器。直接变频器是将工频交流一次变换为可控频率交流，没有中间直流环节，即所谓的交-交变频器。目前应用较多的是间接变频器，即交-直-交变频器。因此可以认为变频器的基本构成如下图1所示：交流电频率可控三相交流电电源整流电路中间直流电路逆变电路控 制 电 路图1原理框图 3、单元电路设计与分析3.1整流电路整流电路的主要作用是对电网电流进行整流后给逆变电路和控制电路提供所需的直流电源。在电流型逆变器中整流电路相当于一个直流电流源，而在电压型逆变器中整流电路相当于一个直流电压源。根据所有整流元件的不同，整流电路可有二极管整流电路和晶闸管整流电路。二极管整流电路主要用于PWM变频器，其输出直流电压决定于电源电压的幅值。晶闸管整流电路输出的直流电压是可控的。图2整流电路整流电路分析：目前在各种整流电路中，应用最为广泛的是三相桥式全控整流电路，其原理图如图2所示，习惯将其中阴极连接在一起的3个晶闸管（VT1、VT3、 VT5）称为共阴极组；阳极连接在一起的3个晶闸管（VT4、VT6、VT2）称为共阳极组。此外，习惯上希望晶闸管按从1至6的顺序导通，为此将晶闸管按图示的顺序编号，即共阴极组中与a、b、c三相电源相接的3个晶闸管分别为VT1、VT3、VT5， 共阳极组中与a、b、c三相电源相接的3个晶闸管分别为VT4、VT6、VT2。按此编号，晶闸管的导通顺序为 VT1VT2VT3VT4VT5VT6。带阻感负载时，或带电阻负载60o时）的平均值为带电阻负载且60o时 ，输出电流平均值为Id = Ud/R。变压器二次侧电流有效值为 三相桥式全控整流电路接反电动势阻感负载时，在负载电感足够大足以使负载电流连续的情况下，电路工作情况与电感性负载时相似，电路中各处电压、电流波形均相同，仅在计算Id时有所不同，接反电动势阻感负载时的Id为 3.2中间直流电路 整流电路输出的直流电压经中间电路的电容进行平滑处理后送至逆变电路。电压型变频器用于直流中间电路的直流电容为大容量铝电解电容，在电源接通时电容中将流过较大的充电电流（浪涌电流），有烧坏二极管及影响处于同一电源系统的其他装置正常工作的可能，因而变频器提供了直流电抗器选件，以抑制浪涌电流。图3中间直流滤波电路3.3逆变电路 逆变电路是变频器最主要的部分之一。他在控制电路的作用下将直流中间电路输出的直流电压转换为具有所需频率的交流电压。逆变器的输出即位变频器的输出，他被用来实现对异步电动机的调速控制。图4逆变电路逆变电路分析： 每桥臂导电180，同一相上下两臂交替导电，各相开始导电的角度差120任一瞬间有三个桥臂同时导通每次换流都是在同一相上下两臂之间进行，也称为纵向换流。4、主电路参数的计算4.1电压计算： 采用PWM控制时，为保证逆变器输出的基波电压能达到电机额定要求，一般取，当时，。这里按设计。4.2功率计算：取代入得4.3电流计算： 4.4整流器输入的交流电压与电流 5、结束语电力电子与电机拖动综合课程设计刚开始，和搭档拿着选定的题目觉得很简单。脑海中马上就出现了几个设计思路，但在设计的几天里才发现设计并不是那么简单。毕竟课程设计不同于实验课，电路图都要自己设计，而且要着眼整个系统。原来的思路一个个被排除掉。静下心来，仔细分析题目，再加上指导老师的说明与提示，心中才有了谱。将整个系统根据不同的功能化分成模块，再分别进行设计，逐个攻破，最后再将其整合。在设计过程中，既有用过的二极管，又有没用过的晶闸管，只能自己查表，分析功能。即学即用。最后仿真调试阶段，哪怕一个小小的错误也会使结果出不来。只好一条线一条线地查，。结果终于出来了，又发现有的地方还应改进。经过反复的修改仿真，最终得到了满意的效果。通过这次课程设计，使我受益颇多。既巩固了课堂上学到的理论知识，又掌握了常用晶闸管的使用。在此基础上学习了电路电机系统设计的基本思想和方法，学会了科学地分析实际问题，通过查资料、分析资料及请教老师和同学等多种途径，独立解决问题。同时，也培养了我认真严谨的工作作风。6、电子元件清单序号名称规格数量备注1晶闸管 VT122电容Cap483电动机三相14三相电源三角形接法15二极管VD366电阻R66