交-直-交PWM变频电源课程设计

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1、目 录 第 1 章 变频电源方案论证及设计 1 1.1 设计要求及内容. 1 1.2 交流-直流部分设计方案. 1 1.3 直流-交流部分设计方案. 2 1.4 驱动电路设计方案. 2 第 2 章 主回路元件选择 4 2.1 电容滤波的三相不可控整流电路. 4 2.2 双极性调制控制方式的三相桥式 PWM 电压型逆变电路. 5 第 3 章 保护电路、缓冲电路设计 7 3.1 短路保护 7 3.2 过电压保护. 7 3.3 缓冲电路具体设计. 8 总 结 9 参考文献 10 附录 1 元件清单. 11 附录 2 电路图. 12 1 第 1 章 变频电源方案论证及设计 1.1 设计要求及内容 输出

2、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； 1.2 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： 2 图 2 主电路 AC-DC 部分 加入电容 C，滤平全波整流

3、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。 1.4 驱动电路设计方案 3 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 MOSFET、GTR、GTO 等。其中 GR、GTO 的关断

4、速度较差，会影响输出波形，效果会很差。而 IGBT 则综合了电力 MOSFET 以及 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。 4 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=2.45U2。随着负载加重，输出 电压平均值减小，至 wRC=3 进入 id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=2.34U2。可见，Ud在 2.34U2到 2.45U2之间变化。 （2）电流平均值 输出

5、电流平均值 IR为 IR=Ud/R 与单相电路情况一样，电容电流 iC平均值为零，因此， Id=IR 在一个电源周期中， id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=Id/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

6、流电路负载为 1 K）。所以， 电容 C=5.516F。 5 电容的电压值以及电流值选取 ： 由于 Ud在 2.34U2到 2.45U2之间变化，故此电容两端的电压值的范围也为 2.34U2到 2.45U2之间。因此，可以得到 2.34X（380/3）VUd2.45（380/3）V 514.8VUd550V 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：100UF （5）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 537.40V。 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 UVD=537.401074.8V 电流值选取 Id=IR=Ud/R=0.5148A 考虑到安全裕量，取 ic=1A IVD=Id/3=0.1716A 考虑到安全裕量，取 ic=0.2A 根据上述计算，所以选择二极管参数如下： 型号：2CP29 峰值电流：0.3A 最大电压：1