交-直-交PWM变频电源课程设计

1、目录第 1 章 变频电源方案论证及设计 错 误!未定义书签设计要求及内容 . 错 误!未定义书签交流-直流部分设计方案 . 错误!未定义书签直流-交流部分设计方案 . 错误!未定义书签驱动电路设计方案 . 错 误!未定义书签第 2章 主回路元件选择 错误!未定义书签电容滤波的三相不可控整流电路 错 误!未定义书签双极性调制控制方式的三相桥式 PWM电压型逆变电路 错误 ! 未定义书签。第 3章 保护电路、缓冲电路设计 错误!未定义书签短路保护 错 误!未定义书签过电压保护 . 错误!未定义书签缓冲电路具体设计 . 错 误!未定义书签总 结 错 误!未定义书签附录 1 元件清单 错误!未定义书签

2、第 1 章 变频电源方案论证及设计设计要求及内容输出交流额定相电压 220V，额定相电流 240A，频率变化范围 2-50Hz，其交流输入线电压为 380V，电压波动率为± 10%。（1）变频电源方案论证及设计；（2）主回路元件选择；（3）驱动电路设计；（4）保护电路设计；（5）缓冲电路设计；（6）PWM控制策略；（7）滤波电路设计；（8）逆变变压器设计；交流- 直流部分设计方案图 1 交-直-交 PWM变频电源设计方案对于 AC-DC部分，由于三相交流输入线电压为 380V，电压波动率为± 10%，故此采用电容滤波的三相不可控整流电路， 电路图如下：图 2 主电路 AC-

3、DC部分加入电容 C，滤平全波整流后的电压纹波，另外当负载变化时， 使直流电压保持平稳，即滤波作用。1.3 直流- 交流部分设计方案对于 DC-AC部分，由于指定用 PWM控制技术进行逆变， 故此采用 三相桥式 PWM电压型逆变电路，电路图如下：图 3 主电路 DC-AC部分电路中的两个电容即为总体框图中的 Ca和 Cb驱动电路设计方案图 4 驱动电路设计由于本交-直-交 PWM变频电源的逆变电路采用三相桥式 PWM电压 型逆变电路，根据其特点，要求逆变电路中采用全控型电力电子器件， 然而电力电子器件中的全控型器件种类较多，有电力 MOSFE、TGTR、 GTO等。其中 GR、GTO的关断速度

4、较差，会影响输出波形，效果会很 差。而 IGBT则综合了电力 MOSFE以T 及 GTR的特点， 所以本设计中选 择 IGBT作为逆变电路中的开关器件。 从而驱动电路为 IGBT 的驱动电 路。第 2章 主回路元件选择2.1 电容滤波的三相不可控整流电路图 5 电容滤波的三相不可控整流电路（1）输出电压平均值空载时，输出电压平均值最大，为 Ud= 6U2=。随着负载加重， 输出电压平均值减小， 至 wRC= 3进入 i d连续情况后，输出电压波形 成为线电压的包络线，其平均值为 Ud=。可见， Ud在到之间变化。（2）电流平均值 输出电流平均值 I R为IR=Ud/R与单相电路情况一样，电容电

5、流 i C 平均值为零，因此，Id=I R在一个电源周期中， i d 有六个波头，流过每一个二极管的是其中 的两个波头，因此二极管电流平均值为IVD=I d/3（ 3）二极管承受的电压 二极管承受的最大反向电压为线电压的峰 值，为 6U2。（4）电容的选定对于电容滤波的三相不可控整流电路， 负载电流存在着连续与不 连续的问题，本设计中确定负载电流连续，即满足条件 wRC= 3。由 于交流输入电源的工频为 50HZ，所以 w=314rad/s ，R取 1K（本滤 波整流电路右侧为三相桥式 PWM型逆变电路， 其输入电阻比较大， 故 整定本滤波整流电路负载为 1 K）。所以，电容 C=F。电容的电

6、压值以及电流值选取 ：由于 Ud 在到之间变化，故此电容两端的电压值的范围也为到之 间。因此，可以得到（380/ 3）VUd（380/ 3）VUd550V在整个整流过程中，电容的电流平均值为零。根据上面计算，选择电容参数如下：型号：铝电解电容 CD71C品牌：雅斯特参数：额定电压 750V ，电容值： 100UF5)二极管的选定电压值选取本电容滤波的三相不可控整流电路中各个二极管承受的最大反向 电压为 6U2，即。选取一定的安全裕量，即取 UVD为所承受的最大反向电压的 1到 2 倍U VD=电流值选取Id=I R=Ud/R=考虑到安全裕量，取 i c=1AIVD=I d/3=考虑到安全裕量，

7、取 i c=根据上述计算，所以选择二极管参数如下：型号： 2CP29峰值电流：最大电压： 1000V数量： 62.2 双极性调制控制方式的三相桥式 PWM电压型逆变电路1)IGBT的选择由于逆变电路直流侧电压为左侧整流电路 i d 连续时的电压，即 Ud=。在 IGBT 导通时，管压降可忽略不计，电感在充放电的过程中 平均电流为零，因此，电路中流过的电流为I=U d/R=÷ 1000=考虑一定的裕量，则 IGBT的耐流值取 I 的倍，即IGBT承受的电压为 Ud/2 ，即，考虑一定的裕量，则 IGBT的耐压 值。根据上述计算，选择 IGBT参数如下：型号： GTl53101最高耐压值

8、： 1000V最高电流值； 200A数量： 6 个（2）二极管的选择二极管承受的电压同为， 考虑一定的裕量， 则二极管耐压值取倍， 即；二极管流过的电流为，考虑一定的裕量，则二极管耐流值取倍， 即。根据上述计算，选择二极管参数如下：型号： BY550-1000峰值电流： 1A额定最大电压： 1000V（3）电阻电容电感的选择CD71C，选择三个 1 千欧姆的 CF50碳膜电阻器，两个铝电解电容 三个 SDRH62绕线贴片功率电感。第 3章 保护电路、缓冲电路设计短路保护利用死区生成电路进行短路保护，其作用是防止逆变桥同一相上下两个桥臂直通而造成短路。电路形式如下：图 6 短路保护电路器件选择：

9、在电压型逆变电路的 PWM控制中，同一相上下两个臂的驱动信号 都是互补的。 但实际上为了防止上下两个臂直通而造成短路， 在上下 两臂通断切换时要留一小段上下臂都施加关断信号的死区时间。 死区 时间的长短主要由功率开关器件的关断时间来决定。 这个死区时间将 会给输出的 PWM波形带来一定影响，使其稍微偏离正弦波。由于死区时间取决于电容的充电时间，而经过滞回比较器输出的 信号最大幅值约为 5V，低电平为根据电容充放电特性 UC=US(1-e -t/RC ) U Cmax=5V令 t=7 s, 则两边同时取对数，得出结果为 RC=，取 C=104pF，R= 所以选择一个 50V-104PF-Z 瓷片

10、电容，一个 K的 CF50碳膜电阻3.2 过电压保护 （1）、在 IGBT 中加上缓冲电路，吸收浪涌电压。在缓冲电路的电容 器中使用薄膜电容，并配置在 IGBT附近，使其吸收高频浪涌电压。 具体方案在第六章 缓冲电路的设计中将会说明。（2）、调整 IGBT 的驱动电路的 -VGE和 RG，减小 di/dt（3）、为了减小主电路和缓冲电路的配线电感，配线要更粗、更短。 在配线中使用铜条。另外进行并列平板配线（分层配线），使用配线 低电感化将有很大的效果。3.3 缓冲电路具体设计本次用到的 IGBT型号为 Tl53101 ，高耐压值为 1000V，高电流值 为 200A，根据情况选择缓冲电路结构如

11、下所示：图 7 缓冲电路设计如图所示，逆变电路中采用了充放电型 RCD缓冲电路。在无缓冲电路的情况下，逆变电路中的 IGBT开通时电流迅速上 升， di/dt 很大，关断时 du/dt 很大，并出现很高的过电压。在有冲 放型 RCD缓冲电路的情况下， 开通时缓冲电容先通过 R向 IGBT放电， 使电流先上一个台阶， 以后因为有 di/dt 抑制电路的缘故， 电流上升 速度减慢。缓冲电路中的电阻和二极管是在 IGBT 关断时提供放电回 路而设置的。总结经过这么久的努力，终于做完了这次课程设计。通过这段时间的 学习，发现了自己的很多不足， 无论是对知识的理解还是实践能力以 及理论联系实际的能力还急

12、需提高。开始做课程设计时，因为不知从哪下手，就不假思考的照着同学 给的模板做， 后来发现模板里存在一些问题， 于是不得不在一些地方 返工。后来就是自己先系统知识， 然后自己一步一步脚踏实地的做了。 所以一个很深的感触就是， 做好一件事情， 首先要对这方面的知识系 统化，然后在头脑里理清思路，哪里开始，怎样一步步做下去，怎样 结束。然后再按这个计划一步步认真做。 这样每天做一些东西接近目 标的小小成就感，就促使着自己认真做完。此次设计使我对电力电子技术有了新的认识 , 更深的了解，基本 掌握了基本变流电路的设计。 这次设计对我们的锻炼是多方面的， 除 了对设计过程熟悉外，我们还进一步提高了作图，

13、编辑，各种信息的 查阅和分析， 也大大的提高了自己的计算能力， 及对 WOR文D档的使用 等多方面的进一步的了解。本次课设应该感谢学院的安排，让我们在学习课本知识的同时， 能够有这样良好的机会实践 ,加深对所学理论知识的理解 , 掌握工程 设计的方法。 因为认真对待所以感觉学到了东西。 更应该感谢导老师 的细心指导， 要不然靠我们自己不可能那么顺利完成。 通过这次课程 设计,我深深懂得要不断的把所学知识学以致用 , 还需通过自身不断 的努力,不断提高自己分析问题 ,解决问题的能力 !参考文献1 电力电子技术（第四版） . 王兆安, 黄俊.机械工业出版社 .20002 电力电子器件及其应用 . 李旭葆, 赵永健 . 机械工业出版社 .19963 电力电子技术 . 邵丙衡. 中国铁道出版社 .19974 现代电力电子技术基础 . 赵良炳. 清华大学出版社 .19955 模拟电子技术（修订版） . 罗桂娥. 中南大学出版社 .2003附录 1 元件清单器件类型器件型号器件数量（个数）二极管2CP2982DW110型稳压二极管1BY550-1