1、電力電子技術(shù)課程設(shè)計報告晶閘管開關(guān)電容器(TSC電氣工程及其自動化電氣115號62學(xué)生姓名黃衛(wèi) 指導(dǎo)教師寧耀斌矽場從/Jc字2014年春季學(xué)期起止時間：2014年6月23日至2014年6月27日平時(10%任務(wù)完成(50%答辯(20%課設(shè)報告(20%總評成績設(shè)計任務(wù)書9高頻交流電源的設(shè)計一、設(shè)計任務(wù)輸入為工頻交流電源，輸出為一個 20KHZ的交流電源，采用 AC DC AC間接變頻方式完成主電路的設(shè)計。二、設(shè)計條件與指標1. 輸入三相交流電源額定電壓為 380V士 10%, 50Hz;2. 輸出負載額定值：10KW, 400V, 20KHZ；過載容量110%3. 直流電壓波動系數(shù)；4. 盡量提

2、高輸出波形質(zhì)量。三、設(shè)計要求1.2.3.4.5.分析題目要求，提出23種電路結(jié)構(gòu)，比較并確定主電路 結(jié)構(gòu)和控制方案；設(shè)計主電路原理圖、觸發(fā)電路的原理框圖，并設(shè)置必要的 保護電路；參數(shù)計算，選擇主電路及保護電路元件參數(shù)；利用PSPICE PSIM或MATLAB進行電路仿真優(yōu)化； 撰寫課程設(shè)計報告。四、參考文獻1. 王兆安，電力電子技術(shù)，機械工業(yè)出版社；2. 林渭勛等，電力電子設(shè)備設(shè)計和應(yīng)用手冊。(要求 2000 字以上)一、總體設(shè)計1系統(tǒng)功能分析高頻交流電源主要由輸入整流濾波器、高頻器、輸出濾波器、控制電路、保護電路等幾部分組成。采用 AC-DC-AC間接變頻方式，其基本原理是: 交流輸入整流濾

3、波后成為一粗糙的直流電壓 , 高頻變換器將這一直流電壓變換成高頻交流電壓 , 最后經(jīng)過輸出濾波電路 , 將變壓器輸出的高頻交流電壓濾波得到高質(zhì)量、高品質(zhì)的交流電壓，供負載使用。(1) 輸入整流濾波器 : 將電網(wǎng)輸入的交流電進行整流濾波，為變換器提供波紋較小較為平滑的直流電壓，供下一級變換使用。(2)IGBT 全橋逆變器 : 它是本電源系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。它把直流電變換成 高頻交流電，經(jīng)過輸出濾波器變成所需的隔離直流輸出交流電壓。(4) 控制電路: 包括電壓反饋、 PI 調(diào)節(jié)器、限流器、反余弦等，檢測 輸出直流電壓，與基準電壓比較，進行隔離放大，調(diào)制振蕩器輸出的脈沖寬度，從而控制變換器以保持輸出電壓

4、的穩(wěn)定，防止了輸出電壓波形失真。保護電路：為了防止電路中的過流和過壓，采用 RC吸收電路來緩沖。2主電路的選型(方案設(shè)計與比較)1)輸入整流電路的設(shè)計整流回路有半波型和全波型，半波型整流電路適用于小電流場合，全波型整流電路適用于大電流場合。采用三相全控整流。觸發(fā)方式1. 采用方波觸發(fā)，但由于觸發(fā)脈沖是單一脈沖，輸出電壓不可控，且有可能失真。e-019. JV. b 2.采用相控整流， 三相PWN整流器主電路結(jié)構(gòu)如圖所示，主要包括交 流側(cè)的電感、電阻、直流電容、以及由全控開關(guān)器件（IGBT）組成的 三相全橋電路。Ua Ub Uc為三相交流電源，RL為負載。通過，便可以在直流側(cè)得到穩(wěn)定的電壓輸出，

5、同時保證交流側(cè)電流相位可控，且Va .0 , 0 0 Q15工亠yrr Y H H IliLr PT0-06(2)輸出控制電路設(shè)計常用的控制方案包括電流跟蹤和矢量控制等控制電路是高頻開關(guān)電源的很重要的部分,是電源系統(tǒng)可靠工作的保證，開關(guān)電源的控制方式基本上都采用時間比率控制(TRC)方式。這種方式又大致分為三大類：I、脈沖寬度調(diào)制(Pulsewidthmodulation簡稱PWM方式。它用調(diào)整脈沖寬度和控制占空比的方法來達到輸出電壓的穩(wěn)定。2、脈沖頻率調(diào)制(PulsefrequeneyModulation即pFM)方式，它采用脈沖頻率來改變脈沖占空比來控制輸出電壓的穩(wěn)定。3、混合調(diào)制方式，即

6、前二者兼而有之的方式，既控制脈沖寬度，又改變脈沖頻率，用綜合技術(shù)來改變脈沖占空比和脈沖周期來控制輸出電壓的穩(wěn)定。目前，以脈沖調(diào)制 PWM應(yīng)用最多。此處采用 SPW碉制方式。2.總體實現(xiàn)框架133相 頻 流 源ACCDC.整流電路LC濾波電路ACC逆變電 路控制電路保護電路、主要參數(shù)及電路設(shè)計輸出負載額定電壓為 U=400V,額定功率P=10kw,輸出負載阻值=16Q額定電流有效值Il10KW 25A400由三相橋式整流公式VgU 2 sin td ( t) 2.34U 2 cos當=0時，整流后輸出電壓最大值為220 X =濾波電感L1計算：為了保證電流連續(xù)和短路電流，則L1簾H=65廿 3.

7、1625mHLC濾波器后再接負載(其 n次諧波有效值為 K,則 n次諧波容抗遠小于感抗適當?shù)剡x擇電源輸出濾波器參數(shù)的選擇畸變系數(shù)DF(Distortio nFactor):通常逆變電路輸出端要經(jīng)中，L串聯(lián)在電路中，C并聯(lián)在負載兩端)。若逆變電路輸出的 經(jīng)LC濾波器衰減以后輸出到負載的。10uF。電感值太大，；電感值太小，對輸出濾波器參數(shù)進行了優(yōu)化設(shè)計,輸出濾波電感的選擇要考慮諸多因素， 越大，同時還使系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)變差 通過對高頻交流電源主電路的仿真分析， 濾波電感值定為，輸出電容值定為 則在濾波電感上的基波電壓降也就 則會嚴重影響輸出波形的質(zhì)量。最后確定在上述參數(shù)設(shè)計下， 逆變器輸出電壓波形

8、如圖所示。 流濾波器可以濾除逆變橋輸出的從顯示的波形圖可以看出，輸出交 SPW波中的諧波分量。IGBT參數(shù)計算IGBT承受的最大正向電壓為逆變器輸入側(cè)的直流電1)IGBT額定電壓的確定由逆變器電路原理圖可看出，壓E。則可選擇的IGBT耐壓尺值=2E二1120V。設(shè)計中實際選擇 12O0V 2)IGBT額定電流的確定己知逆變器最大輸出功率為P為10kW輸出電壓有效值 Uo為400V,設(shè)電流有效值為Io，則流過IGBT的峰值電流Ic=考慮安全裕量管子，1心=(2)X =53，取IGBT額定電流為 60A。晶閘管參數(shù)計算直流側(cè)電壓最大值為=X 220=©髙樁交流中源此時直流側(cè)電流為晶閘管電

9、流有效值=x =晶閘管額定電流1 dvtId1.57空 6.6A1.54考慮安全裕量取額定值為倍的計算結(jié)果即(1.52)Idvt (9.9413.2)A晶閘管額定電壓為U vt 2.45U 22.45220540V考慮安全裕量取額定值為計算結(jié)果的2-3倍即為(2 3)Uvt (10801620)V1500V 電流 12A設(shè)計中實際選擇晶閘管的額定參數(shù)為電壓 保護電路保護電路采用 RC吸收電路，晶閘管并聯(lián)吸收電容C=（24） X uF=（2 4） XX uF =（9 18） X uF R=（10 36） Q、仿真驗證 （設(shè)計測試方案、存在的問題及解決方法）1.仿真原理圖'藹-仃vp丄占Z

10、E V.be年八r 宀Iriai&rH t>noh2.整流后輸出電壓波形vrzHflWn wi在經(jīng)過與短時間后就到了穩(wěn)定階段,得到的經(jīng)過整流后的波形在開始段時間緩慢上升, 直流波形很穩(wěn)定。2Vo逆 變 后 交 流側(cè) 輸 出 電壓DDJXim»jDOSiUjXi-41UJXIOED.DD ADCDATif園放大后1 im-i 'ee*p.: m4：二 a 、= =iiPdmACJM臣丁 JUffi7'w-OilU沖aHD-K Wzrd Tini舸瓚Z3£$t3t*2Id3ierTDt*i%V那 jW I j| It3DjW所以頻率為20kHz。J電壓最大值為為 569V，最小值為-568V，對應(yīng)電壓有效值為 402V,電流最大值為，最小 值為，對應(yīng)電流有效值為， 基本符合要求。由圖可看出輸出周期為，kPJlFiMe舊-SjSHDe-h：b-dm四.小結(jié)PWI變頻通過本次電力電子課程設(shè)計，我對電力電子知識更加深刻，尤其是 整流逆變等知識都更加清晰，通過選擇電路方案，設(shè)計電路原理圖，選擇電 路元件參數(shù)