完整word版pwm开关型功率放大器.docx
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完整word版pwm开关型功率放大器
电力电子技术
课程设计报告
题
专
目PWMf关型功率放大器的设计
业
电气工程及其自动化
班
级
电气
学
号
学生姓名
指导教师
2008年春季学期
起止时间:
2008年6月23日至2008年6月27日
平时
(10%)
任务完成
(50%)
答辩(20%)
课设报告
(20%)
总评成绩
设计任务书3PWM开关型功率放大器的设计
一、设计任务
常用的功率放大器为线性功放,功率管工作于线性放大区域,性能好,但功耗大。
今设计一个PWM开关型交流信号功率放大器,将输入交流电压信号不失真地放大20倍后输出,保持波形形状不变。
开关功率放大器也称数字功率放大器。
二、设计条件与指标
1.单相交流电源,额定电压220V;
放大器额定输出功率500VA,额定输出电压IOOVac,放大倍数为20;
输入信号:
0~5Vac,信号频率范围:
40~500Hz;
尽量减小输出信号的波形失真度;
设计要求
1.
分析题目要求,提出2~3种实现方案,比较确定主电路结构和控制方案;
2.
设计主电路原理图、触发电路的原理框图,并设置必要的保护电路;
3.参数计算,选择主电路及保护电路元件参数;
4.利用PSPICE、PSIM或MATLAB等进行电路仿真优化;
5.典型工况下的波形失真度分析。
6.撰写课程设计报告
四、参考文献
1.王兆安,《电力电子技术》,机械工业出版社;
2.陈国呈译,《电力电子电路》,日本电气学会编,科学出版社;
、总体设计
1.主电路的选型(方案设计)
经过对设计任务要求的总体分析,明确应该使用电力电子组合变流中的间
接交流变流的思想进行设计,因为任务要求频率是可变的,故选择交直交变频电路(即VVVF电源)。
交直交变频电路有两种电路:
电压型和电流型。
在逆变电路中均选用双极性调制方式。
方案一:
采用电压型间接交流变流电路。
其中整流部分采用单相桥式全控
整流电路,逆变部分采用单相桥式PWM逆变电路,滤波部分为LC滤波,负载为阻感性。
电路原理图如下所示:
方案二:
采用电压型间接交流变流电路。
其中整流部分采用单相全桥整流
电路,逆变部分采用单相桥式PWMK变电路,滤波部分为LC滤波,负载为阻感性。
电路原理图如下所示:
方案三:
采用电压型间接交流变流电路。
其中整流部分采用单相桥式PWM整流电路,逆变部分采用单相桥式PWMe变电路,滤波部分为LC滤波,负载为
阻感性。
电路原理图如下所示:
分析:
方案一中整流电路与逆变电路都采用全控型可以通过控制a角的大小来控
制Ud的大小。
方案二中的整流电路是单相全桥整流电路,属于不可控型。
Ud大小不可变。
方案三采用双PWMt路。
整流电路和逆变电路的构成可以完全相同,交流
电源通过交流电抗器和整流电路联接,通过对整流电路进行PWM控制,可以使
1,并且中间
实际应用还不多,
输入电流为正弦波并且与电源电压同相位,因而输入功率因数为
直流电路的电压可以调整。
但由于控制较复杂,成本也较高,
故此处没有选用。
发,从而控制负载电流和电压。
由于逆变部分采用电压型逆变电路,
所以当选用电阻性负载时其电流大致呈正弦波,电压呈矩形波。
2.总体实现框架
1.主电路参数设计
由已知条件可得负载端的电流
500
100
电阻
100
Q。
电压计算:
对电压波形进行定量分析,
把幅值为Ud的矩形波Uo展开成傅立叶级数得
4U
(sit
sin3t
sin5V)
其中基波的幅值U
olm
和基波有效值Uoi分别为
4U
o1m
-1.27U
2J2Ud
0.9Ud
o1
-0.9U
所以
100
0.9
0.9
111.1V
因为U
=0.9U
cos
所以U
0.9cosa
-142.56V
由此确定变压器的变比为1.54
2.滤波时电感L=10mH电容C=1mF
3.并联的电容C=10m。
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P….£0.
一
□02-
三、仿真验证(设计、存在的问题及解决方法)
1.测试方案
交流电压经过变比为3:
1变压器输出适合本题大小要求的电
压,通过单相桥式全控整流以后,再接PWM逆变电路,PWMT关型
交流信号功率放大器控制IGBT的导通与关断。
通过对输入信号幅值的调节来控制占空比,从而控制输出电压、电流的大小。
2.
仿真验证
b)
要求放大器额定输出功率500VA,额定输出电压100Vac,放大
倍数为20;
C)
输入信号:
0~5Vac,信号频率范围:
40~500Hz;
3.仿真波形
1.
信号波和载波的图形
Llr
Time(s)
2.产生的PWM波
VI
6JD
4DD
2.0D
DJD-2DD■4.DD■6.D0
DJ33
0.0D
DD40.»
Tins⑤
3.
整流后电压波形
Time住I
4.
逆变后电压波形
Uo1
Time(s)
5.滤波后电压、电流波形
4.存在的问题及解决方法
(1)在用晶闸管做整流电路时使用的方波发生装置来触发,由
于对其脉冲和相角没能正确的设置,导致输出的波形并非设计的目的波形,通过仔细分析和检查,终于懂了问题的所在,应在每个周期触发一次通过改正使脉冲频率为50HZ从而正确得出结果。
(2)由于本题要用PW控制,所以在做逆变电路时,对于IGBT
的触发电路没能正确的掌握,仅仅通过套用资料上的一些例子来希望得到正确的结果,进入了误区,使电路不能良好运行。
通过查资料和老师的指导,仅使用一个放大器,对载波和信号波进行比较,再利用开关和反相器,从而实现了PW控制IGBT的触发的要求。
(3)对与实验结果,刚开始时负载端电流类似正弦波,电压为
矩形波,以为这就是最后结果,经过老师指导才明白,应为存在谐波的影响才这样,所以输出要加滤波,从而得到正确的结果。
(4)在把整流电路和逆变电路连在一起的时候还要注意同步的
问题。
四、小结
紧张的一周电力电子课程设计终于结束了,这次我做的课题是PWM
开关型功率放大器的设计与分析,刚拿到课题看,基本上知道是属
于单相交直交变频电路的问题,但是要求课本上讲的都是比较基础
的一些关于调压电路的知识,面对复杂而具体的任务要求,不得不
求助于图书馆,拿到题目当天就去找了课题相关的科目阅读大量
相关内容后开始构思设计,其中遇到了不少的难题,但也学到了很
多东西。
经过本次的课程设计,更多的掌握了电力电子器件的工作方
式以及他们在工作时需要注意的问题。
就好比说PWM勺控制原理和
应用,整流电路和逆便电路在具体应用中个子应该主义的那些问题,
以及逆变出来的波形含有大量的谐波,应该对其输出进行滤波,才
能得到正确的结果。
以前上课听老师讲过这些知识,可是当自己真
正去实践证实之后明白理论需要实践来充实,类似这样的例子还有
很多。
能够运用自己所学的知识,做成真正意义上的实物去实现某
种功能,自己感觉很欣慰,也算是学以致用把,在这其中指导老师
给了我不少的帮助,功不可没。
很感谢有这次实践机会,通过这次
实践使我对以后电力电子的学习有了更深厚的基础。
希望以后会有
更多这样多机会。
附件:
参考文献
郑琼林,耿文学,《电力电子电路精选:
常用元器件实用电路
设计实例》,电子工业出版社;
苏文平,《新型电子电路应用实例精选》,北京航空航天大学出
版社;
徐德鸿沈旭杨成林周邓燕译,《开关电源设计指南》,机械工
业出版社
付家才,《应用电子工程实践技术》,化学工业出版社朱兆优等,《电子电路设计技术》,国防工业出版社王兆安,《电力电子技术》,机械工业出版社;
陈国呈译,《电力电子电路》,日本电气学会编,科学出版社;
岳庆来,《变频器、可编程序控制器及触摸屏综合应用技术》
机械工业出版社;