完整版電力電子技術(shù)課程設(shè)計高頻交流電源的設(shè)計

1、電力電子技術(shù)課程設(shè)計報告題目 晶閘管開關(guān)電容器(TSC)專業(yè) 電氣工程及其自動化班 級電氣115學 號 3110421162學生姓名黃衛(wèi)指導教師寧耀斌2021年春季學期起止時間：2021年6月23日至2021年6月27日平時 (10%)任務(wù)完成 (50%)辯論 (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 AO Db 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1

2、10%3 .直流電壓波動系數(shù)0.1 ;4,盡量提升輸出波形質(zhì)量.三、設(shè)計要求1 .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)和限制方案；2 .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；3 .參數(shù)計算,選擇主電路及保護電路元件參數(shù)；4 .利用PSPICE、PSIM或MATLAB等進行電路仿真優(yōu)化；5 .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、限制電路、保護電路等幾局部組成.采用

3、 AC-DC-AO0接變頻方式,其根本原 理是:交流輸入整流濾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)鍵局部.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)限制電路：包括電壓反響、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

4、 沖寬度,從而限制變換器以保持輸出電壓的穩(wěn)定,預防了輸出電壓波 形失真.(5)保護電路：為了預防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.2,采用相控整流, 三相PWM整流器主電路結(jié)構(gòu)如下列圖,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

5、側(cè)得到穩(wěn)定的電壓輸出, 同時保證交流側(cè)電流相位可控, 且諧波小.(2)輸出限制電路設(shè)計常用的限制方案包括電流跟蹤和矢量限制等限制電路是高頻開關(guān)電源的很重要的局部,是電源系統(tǒng)可靠工作的保證,開關(guān)電源的限制方式根本上都采用時間比率限制(TRC)方式.這種方式又大致分為三大類：l、脈沖寬度調(diào)制(Pulsewidthmodulation 簡稱PWM)式.它用調(diào)整脈沖寬度和限制占空比的方法來到達輸出電壓的穩(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限制輸出電壓的穩(wěn)定.3、混合調(diào)制方式,即前二者兼而有之的方式,既限制脈沖寬度,又

6、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限制輸出電壓的穩(wěn)定.目前,以脈沖調(diào)制 PWMK用最多.此處采用SPW防制方式.2.總體實現(xiàn)框架、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II由三相橋式整流公式10KW400二 25A兀3 6U 2 sintd ( t)2.34U 2 cos ;當覆=0時,整流后輸出電壓最大值為220X 2.34=514.8V濾波電感L1計算：為了保證電流連續(xù)和短路電流,那么KL1U2L1 " 2mH =' 'I dl0.46 2202 二 50 32mH =3.16

7、25mH電源輸出濾波器參數(shù)的選擇畸變系數(shù)DF(DistortionFactor):通常逆變電路輸出端要經(jīng) LC濾波器后再接負載(其中,L串聯(lián)在電路中,C并聯(lián)在負載兩端).假設(shè)逆變電路輸出的n次諧波有效值為 K,那么 經(jīng)LC濾波器衰減以后輸出到負載的.適當?shù)剡x擇L, C使n次諧波容抗遠小于感抗輸出濾波電感的選擇要考慮諸多因素,電感值太大,那么在濾波電感上的基波電壓降也就越大,同時還使系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)變差；電感值太小,那么會嚴重影響輸出波形的質(zhì)量.通過對高頻交流電源主電路的仿真分析,對輸出濾波器參數(shù)進行了優(yōu)化設(shè)計,最后確定濾波電感值定為 2.8uH,輸出電容值定為 10uF.在上述參數(shù)設(shè)計下, 逆變

8、器輸出電壓波形如下列圖.從顯示的波形圖可以看出,輸出交流濾波器可以濾除逆變橋輸出的SPW腋中的諧波分量.IGBT參數(shù)計算1)IGBT額定電壓確實定由逆變器電路原理圖可看出,IGBT承受的最大正向電壓為逆變器輸入側(cè)的直流電壓E.那么可選擇的IGBT耐壓尺值=2E二1120V .設(shè)計中實際選擇 1200V 2)IGBT額定電流確實定己知逆變器最大輸出功率為p為10kvy輸出電壓有效值 Uo為400V,設(shè)電流有效值為Io ,那么流過IGBT的峰值電流Ic=考慮平安裕量管子,1Atv= (1.52) X 35.355A=5370.7A,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=2

9、.34X220=514.8V此時直流側(cè)電流為=32.18A晶閘管電流有效值=X 31.18=10.4A晶閘管額定電流I"凸=嘍=6a (1.5 -2)Idvt =(9.94 -13.2)A考慮平安裕量取額定值為1.5-2倍的計算結(jié)果即晶閘管額定電壓為Uvt =2.45U2 =2.45 220 =540V考慮平安裕量取額定值為計算結(jié)果的2-3倍即為(2 -3)Uvt =(1080 -1620)V設(shè)計中實際選擇晶閘管的額定參數(shù)為電壓1500V電流12A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) X4.5 X uF =(9 18) X uF

10、R=(1036) Q三、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2,整流后輸出電壓波形Tina ；1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.在經(jīng)過與短時間后就到了穩(wěn)定階段,得到的2 . 逆變 后 交 流側(cè) 輸 出 電壓 波 形Vo.oa400.00200.00OjOO.而時400.006W.MVP0.03D.10D CODXMO.DBTim e M放大后最小值為35.3A ,對應(yīng)電流有效值為25.1A,根本符合要求.由圖可看出輸出周期為0.5ms,所以頻率為 20kHz.4 .小結(jié)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 PWM變 頻整流逆變等知識都更加清楚,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),并在仿真軟件上測試優(yōu)化,將所