實用文檔電力電子技術課程設計（論文）單相交一直-交變頻實驗裝置院（系）名稱電子與信息工程學院專業班級學 號 學 生指導教師起止時間：2014.12.15—2014.12.26實用文檔課程設計（論文）任務及評語院（系）：電子與信息工程學院 教研室：電子信息工程學號學生專業班級課程設計（論文）題目單相交一直-交變頻實臉裝置課程設計(論文)任務任務要求：設計一單相交-1-交變頻實臉裝置用于電力電子技術課程的教學實臉，根據參數要求完成整流也路設計、逆變電路設計、通過計算選擇器件的具體型號、完成驅動電路設計或選擇，使學生可以通過該裝置測試、觀察及臉證單相交一直-交變頻的實現方法。技術要求：1、交流電源：單相220V。2、為了IGBT的安全，中間直流電壓最大為50V。3、輸出交流電壓約45V。4、輸出最大電流2A。5、輸出頻率50Hz6、最大功率：100W。

實用文檔指導教師評語及成績平時成績： 答辯成績： 論文成績： 總成績： 指導教師簽字： 年月 日注：平時成績占20%,答辯成績占40%,論文成績占40%。實用文檔摘要隨著科學技術的進步，電力電子技術取得了迅速的的發展，改變著我國工業的整體面貌，在現代化建設中發揮著越來越重要的作用。其中，單相交一直一交變頻技術也得到了越來越多的重視。其在工業生產、生活娛樂和儀器應用等方面有著廣泛的應用，其中目前應用最廣泛的屬于電網互聯，將分布式發電技術發出的電變成負載可以使用的交流電?或與大電網電壓、頻率相匹配的工頻交流電。可見,研究交一直一交變頻系統的基本工作原理和作用特性意義十分重大。本次設計研究的單相交一直-交變頻實臉裝置可分為主電路和控制電路兩部分。其中，主電路包括整流也路、逆變電路和濾波電路三部分。整流電路采用不可控的二極管單相橋式整流電路；逆變電路采用IGBT組成的單相全橋逆變電路；濾波電路采用電容濾波，輸出合適頻率的正弦交流電。而控制電路由控制電路、驅動電路和保護電路組成。其中，控制電路以ICL8038為核心，生成兩路PWM控制信號；驅動電路采用三菱公司生產的M57862L集成驅動器；用雙D觸發器CD4013構成保護電路。根據以上電路組合設計，經過Multisim軟件進行電路仿真，可以基本滿足本次設計任務的要求，且電路比較可靠。關鍵詞：整流；逆變；IGBT;PWM控制實用文檔目錄TOC\o"1-5"\h\z第1章第1章緒論 1電力電子技術發展概況 1\o"CurrentDocument"本文研究容 1\o"CurrentDocument"第2章單相交-直-交變頻電路設計 32.1單相交-直-交變頻電路總體設計方案 32.1.1方案論證與選擇 3\o"CurrentDocument"2.1.2整體方案框圖 3具體電路設計 42.1整流電路設計 4\o"CurrentDocument"2.2逆變電路設計 6\o"CurrentDocument"2.3控制電路設計 7\o"CurrentDocument"2.4驅動電路與保護也路設計 10\o"CurrentDocument"元器件型號選擇 11\o"CurrentDocument"第3章課程設計總結 13\o"CurrentDocument"參考文獻 14附錄 15實用文檔第1章緒論交直交變頻器發展概況變頻器是運動控制系統中的功率變換器。當今的運動控制系統是包含多種學科的技術領域，總的發展趨勢是：驅動的交流化，功率變換器的高頻化，控制的數字化、智能化和網絡化。因此，變頻器作為系統的重要功率變換部件，提供可控的高性能變壓變頻的交流電源而得到迅猛發展。交一直一交變頻器的中間直流環節采用大電感作儲能元件，無功功率將由大電感來緩沖，它的一個突出優點是當電動機處于制動（發電）狀態時，只需改變網側可控整流器的輸出電壓極性即可使回饋到直流側的再生電能方便地回饋到交流電網，構成的調速系統具有四象限運行能力，可用于頻繁加減速等對動態性能有要求的單機應用場合，在大容量風機、泵類節能調速中也有應用。近年來，隨著電力電子技術、計算機技術、自動控制技術的迅速發展，交流傳動與控制技術成為目前發展最為迅速的技術之一，電氣傳動技術面臨著一場歷史革命，即交流調速取代直流調速和計算機數字控制技術取代模擬控制技術已成為發展趨勢。交流變頻調速技術是當今節電、改善工藝流程以提高產品質量和改善環境、推動技術進步的一種主要手段。變頻調速以其優異的調速和起制動性能，高效率、高功率因數和節電效果，廣泛的適用圍及其它許多優點而被國外公認為最有發展前途的調速方式。深入了解交流傳動與控制技術的走向，具有十分積極的意義。本文研究容本文設計研究的是100W單相交-直-交變頻實臉裝置。該裝置主要由整流電路、逆變電路以及驅動電路等組成。任務要求：設計一單相交-1-交變頻實驗裝置用于電力電子技術課程的教學實臉，根據參數要求完成整流電路設計、逆變電路設計、通過計算選擇器件的具體型號、完成驅動電路設計或選擇，使學生可以通過該裝置測試、觀察及驗證單相交一直-交變頻的實現方法。技術要求：1、交流電源：單相220V。2、為了IGBT的安全，中間直流電壓最大為50V。3、輸出交流電壓約45V。

實用文檔實用文檔4、輸出最大電流2A。5、輸出頻率50Hz。6、最大功率：100W。實用文檔第2章單相交-直-交變頻電路設計1單相交-直-交變頻電路總體設計方案方案論證與選擇.逆變電路方案論證與選擇方案一：采用電壓型逆變電路電壓型逆變電路具有直流側電壓基本無脈動，直流回路呈現低阻抗的優點，且交流側輸出電壓波形與負載阻抗角無關，比較容易得到合適的交流電壓。方案二：采用電流型逆變電路電流型逆變電路需在直流側串聯大電感，且交流側輸出電壓波形和相位隨負載阻抗角的不同而不同，對于本次設計，可行性差。綜上比較，本次設計采用電壓型逆變電路.整流電路方案論證與選擇方案一：采用二極管單相橋式整流電路二極管單相橋式整流電路輸出電壓高，紋波電壓較小，管子所承受的最大反向電壓較低，同時因電源變壓器在正、負半周都有電流供給負載，電源變壓器得到了充分的利用，效率較高。方案二：采用晶閘管單相橋式整流也路晶間管單相橋式整流電路適用于功率較大的場合。與二極管相比，晶間管采購價格昂貴，易受干擾而發生誤導通，且需要設計相應的觸發電路，可行性不好。本次設計輸出功率為100W,從經濟、可操作性兩方面考慮，選擇方案一。1.2整體方案框圖如圖2.1所示，總體設計方案由整流電路、濾波、逆變電路等組成。市電經整流電路變為直流也，直流電經濾波電路進行平滑濾波，再輸入逆變電路，變為頻率和電壓均可調的交流電。實用文檔圖2.1總體設計方案框圖具體電路設計.1整流電路設計直流電路的原理圖如圖2.2所示。在變壓器二次側電壓的正半周，其極性為上正下負，此時二極管D1、D4正向導通,D2、D3反偏截止，電流從變壓器副邊線圈的上端流出，只能經過二極管D1流向RL,再由二極管D4流回變壓器。于是在負載電阻RL上得到一個極性為上正下負的半波電壓。在導通時二極管的正向壓降很小，可以忽略不計，因此，可認為這半波電壓和的變壓器二次側電壓正半波是相同的。在變壓器二次側電壓的負半周，其極性為上負下正，此時二極管D2、D3正向導通,

實用文檔D1、D4反偏截止，電流從變壓器副邊線圈的下端流出，只能經過二極管D2流向RL,再由二極管D3流回變壓器。同理，在負載上得到一個半波也壓，極性依舊是上正下負，與前面得到的相同，如圖2.3所示。圖2.3整流電路輸出波形一所得到的半波電壓經過電容濾波電路的濾波，便可得到較為平緩的直流電壓，如圖2.4所示。圖2.4整流電路輸出波形二實用文檔2.2逆變電路設計在本次設計中，主要采用單相橋式逆變電路作為設計的主電路。其主電路結構圖如圖2.5所示：如上圖所示，單相全橋逆變電路主要有四個橋臂，可以看成由兩個半橋電路組合而成。其中橋臂1,4為一對，橋臂2,3為一對。每個橋臂由一個可控器件IGBT以及一個反并聯的二極管組成。在直流側接有足夠大的電容，負載接在橋臂之間。它的具體工作過程如下：設最初中時刻時，給IGBTQ1、Q4觸發信號，使其導通。則電流通過橋臂1,負載，橋臂4構成一個導通回路。當t2時刻時，給Q2,Q3觸發信號，給Q1,Q4關斷信號。但由于負載電感較大，通過它的電流不能突變，所以二極管D2,D3導通進行續流。當電流逐漸減小為0,橋臂1,4關斷，橋臂2,3導通，構成一個回路，從而實現換流。當Q1、Q4或Q2、Q3為通態時，負載電流和電壓同方向，直流側向負載提供能量；而當D6、D8或D5、D7為通態時，負載電流和電壓反向，負載電感中儲存的能量向直流側反饋，即負載電感將其吸收的無功能量向直流側反饋。反饋回的能量暫時儲存在直流側電容器中，直流側電容器起著緩沖這種無功能量的作用。單相橋式逆變電路工作波形如圖2.6所示。

實用文檔圖2.6單相橋式逆變電路工作波形分析其工作過程：設在t1時刻前Q1和Q4導通，揄出電壓Uo為Ud,t1時刻Q3和Q4柵極信號反向，Q4截止，而因負載電感中電流不能突變，Q3不立刻導通，D7導通實現續流。因為Q1和D6同時導通，所以輸出電壓為0?到t2時刻Q1和Q2柵極信號反向，Q1裁止，而Q2不能立刻導通，D5續流，和D7構成電流通道，輸出電壓-Ud。到負載電流過零并開始反向時，D5和D7裁止，Q2和Q3開始同時導通，仍然為-Ud。在t3時刻Q3和Q4柵極信號再次反相，Q3截止，而Q4不能立刻導通，D8導通續流，Uo再次為0。以后的過程與前面類似。2.3控制電路設計.PWM控制原理PWM(PulseWidthModulation)控制 脈沖寬度調制技術，通過對一系列脈沖的寬度進行調制，來等效地獲得所需要波形(含形狀和幅值)。PWM控制的方法可分為三類，即計算法、調制法和跟蹤控制法。其中，調制法是較為常用的也是基本的一類方法，而調制法中最基本的是利用三角載波與正弦信號波進行比較的調制方法，分為單極性調制和雙極性調制。本次設計采用的單相橋式逆變電路既可以采用單極性調制，也可以采用雙極性調制。在本次設計中，采用了雙極性PWM實用文檔調制技術。以下是雙極性PWM調制的原理。雙極性PWM控制原理示意圖如圖2.7所示。采用雙極性PWM調制技術時，以希望得到的交流正弦輸出波形作為信號波，采用三角波作為載波，將信號波與載波進行比較,在信號波與載波的交點時刻控制各開關的通斷。在信號波的一個周期，載波有正有負，調制出來的輸出波形也是有正有負，其輸出波形有土Ud兩種電平。用Ur表示信號波，，Uc表示載波。當Ur>Uc時，給Q1、Q4施加開通驅動信號，給Q2、Q3施加關斷驅動信號，此時如果負載也流io>0則Q1、Q4開通，如果i。<0,則D6、D8開通，但輸出電壓均為Uo二Udo反之，則Q2、Q3或D5、D7開通，（Jo二-Ud。圖2.8中，Uof是輸出電壓Uo的基波分量。圖2.7雙極性PWM控制方式波形.控制電路設計控制電路的工作流程是：信號發生（包括產生信號波和載波）、信號調制、產生IGBT的驅動信號。附錄圖2給出了控制電路的原理圖。在本實臉中，控制電路采用兩片集成函數信號發生器ICL8038為核心，其中一片產

實用文檔生正弦調制波Ur,另一片用以產生三角載波Uc,將此兩路信號經比較電路LM311異步調制后，產生一系列等幅，不等寬的矩形波Um,即SPWM波。Um經反相器后，生成兩路相位相差180度的士PWM波，再經觸發器CD4528延時后，得到兩路相位相差180度并帶一定死區國的兩路SPWM1和SPWM2波，作為主電路中兩對開關管IGBT的控制信號。控制電路還設置了過流保護接口端STOP,當有過流信號時，STOP呈低電平，經與門輸出低電平，封鎖了兩路SPWM信號，使IGBT關斷，起到保護作用。ICL8038是精密波形發生器，它產生的波形的頻率可以從0.001Hz到300Hz。其部結構如圖2.8所示。電壓跟隨器—IT外接電容電壓比較器A電壓跟隨器—IT外接電容電壓比較器AUee圖2.8ICL8038部結構圖原理：是由兩片集成函數信號發生器ICL8038為核心組成，其中一片8038產生正弦調制波Ur,另一片用以產生三角載波Uc,將此兩路信號經比較電路LM311異步調制后，產生一系列等幅，不等寬的矩形波Um,即SPWM波。Um經反相器后，生成兩路相位相差180度的士PWM波，再經觸發器MC4528延時后，得到兩路相位相差180度并帶一定死區圍的兩路SPWM1和SPWM2波。實用文檔2.4驅動電路與保護電路設計電力電子器件的驅動電路是電力電子主電路與控制電路之間的接口，是電力電子裝置的重要環節，對整個裝置的性能有很大影響。采用性能良好的驅動電路，可使電力電子器件工作在較理想的開關狀態，縮小開關時間，減小開關損耗，對裝置的運行效率、可靠性和安全性都有重要的意義。另外，對電力電子器件或整個裝置的一些保護措施也往往就近設在驅動電路中，或者通過驅動電路來實現，這使得驅動電路的設計尤為重要。本次設計采用了三菱公司生產的專用于驅動IGBT的驅動器M57962L。它的部集成了退飽和、檢測和保護單元，當發生過電流時能快速響應，但慢速關斷IGBT,并向外部電路給出故障信號。其部結構方框圖如圖2.9所示，它由光電耦合器、接口電路、檢測電路、定時復位電路以及門極關斷電路組成。M57962L具有以下幾個特點：.采用快速型光電耦合器實現電氣隔離，具有較高的輸入、輸出隔離度。2,采用雙電源供電方式，確保IGBT可靠通段。3.部集成了短路和過流保護電路。M57962L的過流保護電路通過檢測IGBT的飽和壓降來判斷是否過流，一旦過流，M57962L將對IGBT實施軟關斷，并對外部電路輸出故障信號。圖2.9M57962L的部結構圖實用文檔采用M57962L設計的驅動電路如圖2.10所示。圖2.10驅動電路2.3元器件型號選擇根據任務要求，可知直流側輸出電壓力最大為50V,交流側輸出電壓約為45V,輸出最大電流為2A,最大功率為100W。.整流電路器件選擇當直流側輸出電壓最大時，由于TOC\o"1-5"\h\zU(l=0.9& (2-1)計算得變壓器二次側電壓&處55.6V。所以變壓器匝效比K旦 (2-2)* U，計算得K處4,本設計取"5。 -二極管所承受最大電壓(2-3)一般電網的波動圍為±10%,所以二極管兩端電壓為^=1.1X>/2X55.6^86.5V,可額定電壓、額定電流分別為100V、3A的1N5408二極管。.IGBT型號的選擇IGBT兩端所承受的最大電壓為%="7d=&X50^70.7V負載最大電流為2A,選擇IGBT時電壓電流應留有2至3倍的裕量，所以可選IGBT的額定電壓、額定電流分別為

實用文檔i/0=3X70.7=212.1V,號為2N6975的IGBToi/0=3X70.7=212.1V,號為2N6975的IGBTo實用文檔第3章課程設計總結課程設計是大學必修的一門課，是我們專業知識得到實踐的必要環節，這是我們步入社會，從事職業前必不可少的過程。單相交一直-交變頻電路由主電路和控制電路兩部分組成。在整流電路中，采用不可控的二極管整流電路，直流輸出側用電容進行濾波，可得到較為平直的直流電壓。此部分電路結構簡單，選材廣泛，且能滿足設計要求，比較適合實臉室中使用。控制電路以兩片ICL8038為核心搭建，其中一片8038產生正弦調制波Ur,另一片用以產生三角載波Uc,再經過相應電路處理，最終產生兩路相位相差180度并帶一定死區圍的兩路