电力电子技术报告讲解Word文档下载推荐.docx

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本设计主要完成的设计任务是将初始送入的110V直流电压经过一系列的电路设计未完成一个容量为3KVA的逆变器的设计。

此处设计到逆变器的容量的大小的要求，逆变电能转换又涉及到有功功率和无功功率，此处要求视在功率达到要求，也正可以确定计算设计达到要求其输出电压与电流有效值的乘积即为要达到的功率要求。

然后为输出要求逆变要达到升压和直交变换两点最终得到的结果为输出为380V的三相交流电，其频率要求为50Hz。

通过本次设计要达到对电力电子技术技术的进一步了解，并且可以熟练应用，进行设计，同时有需要熟练应用绘图软件。

3方案认证与比较

此设计要求为直流输入110V转换为380V，频率50Hz的三相交流电的设计，要求容量达到3KVA，并计算电路中的各元件的参数。

由直流输入经过升压，并转换为三相交流电。

整个过程可主要由两部分组成，变压电路和逆变电路组成。

3.1升压电路方案比较

方案一：

直接利用变压器进行升压，然后利用整流电路、滤波电路以及逆变电路，实现设计要求。

优点：

设计思路简单，电路结构简单。

缺点：

变压器的应用利于升压部分进行灵活控制。

方案二：

通过升压斩波电路完成电路的升压部分，之后再进行滤波、逆变以完成设计要求。

通过计算可以通过对晶闸管的通断的控制，电压控制灵活。

元器件相对较多，电路结果相对复杂。

方案选择：

为了实现参数的基本精确计算，以及方便控制选择第二种方案。

3.2逆变电路的选择

逆变电路采用三相桥式PWM逆变电路，根据直流侧电源性质不同，逆变电路可分为电压型逆变电路和电流型逆变电路，这里的逆变电路属电压型。

采用等腰三角波作为载波，用SPWM进行双极性控制。

3.3滤波电路的选择

该电路的输出含有谐波，需要专门的滤波电路进行滤波。

滤波电路采用RC滤波电路。

经过逆变电路和滤波电路就可以在三相电压输出侧得到题目要求的380V、50Hz三相交流电，不过容易受负载影响输出电压的值。

3.4PWM控制电路的选择

　　SPWM（SinusoidalPWM）法是一种比较成熟的,目前使用较广泛的PWM法是采样控制理论中的一个重要结论:

冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时,其效果基本相同.SPWM法就是以该结论为理论基础,用脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆变电路中开关器件的通断,使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的面积相等,通过改变调制波的频率和幅值则可调节逆变电路输出电压的频率和幅值.该方法的实现有以下几种方案.

等面积法

用同样数量的等幅而不等宽的矩形脉冲序列代替正弦波,然后计算各脉冲的宽度和间隔,并把这些数据存于微机中,通过查表的方式生成PWM信号控制开关器件的通断,以达到预期的目的。

优点：

此方法是以SPWM控制的基本原理为出发点,可以准确地计算出各开关器件的通断时刻,其所得的的波形很接近正弦波。

缺点：

其存在计算繁琐,数据占用内存大,不能实时控制。

硬件调制法

把所希望的波形作为调制信号,把接受调制的信号作为载波,通过对载波的调制得到所期望的PWM波形.通常采用等腰三角波作为载波,当调制信号波为正弦波时,所得到的就是SPWM波形。

现方法简单,可以用模拟电路构成三角波载波和正弦调制波发生电路,用比较器来确定它们的交点,在交点时刻对开关器件的通断进行控制,就可以生成SPWM波。

这种模拟电路结构复杂,难以实现精确的控制。

方案三：

规则采样法

用三角波对正弦波进行采样得到阶梯波,再以阶梯波与三角波的交点时刻控制开关器件的通断,从而实现SPWM法.当三角波只在其顶点（或底点）位置对正弦波进行采样时,由阶梯波与三角波的交点所确定的脉宽,在一个载波周期（即采样周期）内的位置是对称的。

是计算简单,便于在线实时运算。

是直流电压利用率较低,线性控制范围较小。

经过综上阐述和比较选着方案二。

3.5电路总体设计方案

综上，整体设计方案为直流斩波电路采用pwm斩波控制的升压斩波电路，输出的直流电流送往逆变电路。

你变电路采用三相桥式PWM逆变电路，采用SPWM作为调制信号，输出pwm波形，再经过滤波电路得到380V、50Hz三相交流电，在电压输出侧进行电压采样进而与理想输出值进行比较转换之后产生需要的PWM波，控制输出的稳定与准确。

pwm控制信号

三相逆变器的总体框图如下图所示：

图3-1系统总体框图

4电路具体设计

根据系统总体设计电路设计可分为升压斩波电路，三相逆变电路（含滤波电路）和闭环反馈电路，下面为各部分电路的设计。

4.1升压斩波电路设计

升压斩波电路可以选用基本的升压斩波电路，升压斩波电路原理图如图2所示。

该电路的基本工作原理是：

假设L和C值很大，当V处于通态时，电源E向电感L充电，充电电流基本恒定为I1，同时电容C上的电压向负载R供电，因为C值很大，基本保持输出电压Uo恒定。

当V处于断态时，电源E和电感L同时向电容C充电，并向负载提供能量。

输出电压高于电源电压，关键有两个原因：

一是L储能之后具有使电压泵升的作用，二是电容C可将输出电压保持住。

电路输出的电压还要经逆变后滤波，故对波形的要求不是很高，与负载并联的电容C取很大，可以达到滤波的目的，因此不需另外添加滤波电路。

PWM控制波

图4-1直流升压斩波电路原理

4.2三相桥式PWM逆变电路仿真建模

逆变电路可参考三相桥式PWM型逆变电路，其电路图如图4所示。

该电路采用双极性控制方式。

U、V和W三相的PWM控制通常公用一个三角载波cu，三相的调制信号rUu、rVu和rWu依次相差120°

。

U、V和W各相功率开关器件的控制规律相同，现以U相为例来说明。

当rUu>

cu时，给上桥臂1V以导通信号，给下桥臂4V以关断信号，则U相相对于直流电源假想中点N'

的输出电压'

/2UNdu=U。

当rUu<

cu时，给4V以导通信号，给1V以关断信号，则'

/2UNdu=−U。

1V和4V的驱动信号始终是互补的。

当给1V（4V）加导通信号时，可能是1V（4V）导通，也可能是二极管D1V（D4V）续流导通，这要由阻感负载中电流的方向来决定。

V相和W相的控制方式都和U相相同。

电路的波形如图4-3所示。

图4-2三相桥式PWM型逆变电路

采用双极性方式时，在ur的半个周期内，三角波载波不再是单极性的，而是有正有负，所得的PWM形也是有正有负。

在ur的一个周期内，输出的PWM波只有±

Ud两种电平，而不像单极性控制时还有零电平。

仍然在调制信号ur和载波信号uc的交点时刻控制各开关的通断。

在ur的正负半周，对各开关器件的控制规律相同，如下图4-2所示。

图4-3双极性PWM控制方式波形

图4-4三相桥式PWM逆变电路波形

uUN´

、uVN´

和uWN´

的PWM波形只有±

Ud/2两种电平，uUV波形可由uUN´

-uVN´

得出，当1和6通时，uUV=Ud，当3和4通时，uUV=－Ud，当1和3或4和6通时，uUV=0。

波形见图3-4。

输出线电压PWM波由±

Ud和0三种电平构成，负载相电压PWM波由（±

2/3）Ud、（±

1/3）Ud和0共5种电平组成。

由于三相桥式PWM型逆变电路输出的波形需经过滤波电路才能得到要求的380V交流电，所以在输出端接入了RC滤波电路。

由于需要滤除的高次谐波的频率都大于50Hz，借用公式fh=1/2πRC即可得到电阻和电容的取值关系，经过计算和比较尝试在这里取R=50Ω，C=31.8uf可以满足滤波要求。

图4-5滤波电路连接图

5电路主要部分计算

按设计要求为输入为110V直流点输入，输出为380V、50HZ输出在这里主要分为升压斩波部分的计算以及三相逆变部分的计算，确定晶闸管的导通角度α，以下为主要计算步骤。

5.1升压斩波电路部分计算

设V处于通态的时间为ton，此阶段电感L上积蓄的能量为EI1ton。

当V处于断态时E和L共同像电容C充电并向负载R提供能量。

设V处于断态的时间为TOFF，则在此期间电感释放的能量为（U0-E）I1TOFF。

当电路工作于稳态时，一个周期T中电感L积蓄的能量与释放的能量相等，即

化简得

根据电路结构并结合上式得出输出电流的平均值

以上为斩波部分的主要公式。

5.2三相桥式PWM逆变电路计算

负载线电压UUV、UVW、UWU可由下式求出

设负载中点N与直流电源假想中点N之间的电压为UNN’，则负载各相的相电压分别为

把上面各式相加并整理可求得

其频率为UUN’的频率的3倍。

所要制作的逆变电源要为50Hz，可将斩波电路的T设为3/50s,即可达成所要的50hz逆变电源。

下面对三相桥式逆变电路的输出电压进行定量的分析，把输出线电压Uuv展开成傅里叶级数得

式中，n=6k+1，k为自然数。

输出线电压有效值Uuv为

基波幅值UUV1m和基波有效值UUV1分别为

由输出电压有效值为380V即uuv=380V

反向进行推导电压公式值

Ud=465.686V

即要求斩波电路的升压输出为

Ud=465.686V=E

综合直流升压斩波电路电压求值公式可得出

T/toff=4.23

β=0.236

α+β=1

α=0.764

ton=0.04584s

由上计算可知斩波电路部分的导通时间是0.045s,脉冲信号的周期为0.06s。

6结束语

经过一个星期的课程设计，的确收获了很多，感觉自己对于电力电子技术这门课程有了更加深刻的认识。

因为把平时所学的知识应用于实践真的会遇到很多问题，当然也会发现有很多乐趣在其中。

可以说整个设计中最麻烦的就是把一些在课本中学到的知识在设计过程得到正确的结果。

这个过程是十分繁琐的，也是很锻炼人的。

通过本次课程设计，我学会了使用protel99se绘图软件，并复习且更加熟悉基本操作方法，也对直流斩波电路、逆变电源的原理和闭环控制的思想都有了进一步的理解。

以后自己一定要多多注重培养自己的实践能力，对于一些常用的软件也要更加努力的学习，以求熟练掌握使用。

通过这次的课程设计，使我认识到要将电力电子技术这门专业课学好不仅仅是要把书上的基本知识学好而且还要不断进行实践，将所学的跟实践操作结合起来才能更好地巩固所学，才能提高自己的实践能力。

而且在实践过程中通过查找资料、分析资料以及请教老师和同学，使一些不清楚的问题得以解决，这一点也是非常重要的。

当然最关键的还是要靠自己亲自去领会思考如何解决问题，掌握独自面对问题分析问题的方法。

不少人抱怨在大学学不到东西，我并不这样认为。

我想无论是在学习还是在生活上只有自己真正用心去学习和参与才可能有收获，这也算是本次计算机控制技术课程设计给我知识之外的一点小小的感悟。

总之本次课程设计的收获确实良多，很珍惜这样的的机会，因为可以锻炼自己提升自己。

参考文献

[1]陈伯时，电力拖动自动控制系统，机械工业出版社

[2]赖福新，电机控制系统，上海交通大学出版社

[3]李友善，自动控制原理，国防工业出版社

[4]林良养，电机学与拖动基础，华南理工大学出版社

[5]胡寿松，自动控制原理，科学出版社