电力电子课程设计--交直交变频电源总体

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1、电力电子技术课程设计 1 引言 变频电源是在国内一般的称呼， 更准确的说， 应该叫交流电力频率转换器， 即 Ac power Frequency Converter，一般用缩写 AFC 来称呼。变频电源的整个发展史基本是随着电子 器件的发展而发展的。 变频电源装置主要分为交直交变频和交交变频两大类，交直交变频又可分 为电压型和电流型两大类，交交变频多为电压型，也有少量使用电流型。交直交变频电 源主要有两大类：线性放大型和 PWM 开关型。本文介绍 PWM 开关型变频电源的设计。 随着半导体技术的发展，在 80 年代末，富士生产出了第一代的 IGBT，该电子器件的 特性集成了 GTR 及 MOS

2、FET 的优点，开关速度快，通流能力强，故很快就被应用到逆变领 域。随着实力强大的三菱、西门康、英飞凌等厂家在 IGBT 领域的加入，使得 IGBT 的发展 速度日新月异，更新换代的速度加快，IGBT 的开关速度及通流能力得到进一步的加强，这 样，就使得大功率的变频电源的制作得以实现。 电力电子技术课程设计 2 1 交直交变频电源总体设计 主电路的功能是将输入交流电的电压和频率进行变化。主电路包括输入部分的三相不 可控桥式整流电路，作用是将输入的交流电整流为直流电输出，输出部分为三相桥式 PWM 逆变电路。作用是将输入部分输出的直流电逆变为交流电，通过改变开关器件的通断间隔 从而达到输出交流电

3、电压和频率的变换。其组成框图如图 1-1 所示： 图 1-1 系统组成框图 电力电子技术课程设计 3 2 主回路设计 2.1 交流直流部分设计方案 对于直流交流部分由于三相交流输入为 380V，电压波动率为10%。交流直流部 分采用三相不可控整流电路，电路图如图 2-1 所示： 。 图 2-1 主电路交流直流部分 其中加入电容 C，过滤全波整流后的电压纹波，另外当负载发生变化时，是直流电压 保持平稳。 2.2 直流交流部分设计 对于直流交流部分，由于输入为经整流后的直流电，需要逆变为三相交流电输出，本 文采用三相桥式 PWM 逆变电路，并采用双极性控制方式，双极性 PWM 控制波形和三相 桥式

4、 PWM 逆变电路如图 2-2 所示： 图 2-2 三相桥式逆变电路 电力电子技术课程设计 4 3 主电路元件选择及参数计算 3.1 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

5、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，故整定本滤波整流电路负载为 1 K） 。所以，电容 C=5.516F。 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

6、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 2.34（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 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 电力电子技术课程设计 5 峰值电流：0.3A 最大电压：1000V 数量：6 3.2 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