三相PWM逆變電路.doc

湖南工學院電力電子技術課程設計 課程名稱: 三相PWM逆變器控制電路設計 姓 名： 專業(yè)名稱： 自 動 化 班 級 ： 學 號 ： 指導老師： 課程設計的目的及要求1、 設計要求及技術指標主要技術數(shù)據(jù)輸入交流電源：三相380V， f=50Hz交直變換采用二極管整流橋電容濾波電路，無源逆變橋采用三相橋式電壓型逆變主電路，控制方法為SPWM控制原理輸出交流：電流為正弦交流波形，輸出頻率可調(diào)，輸出負載為三相異步電動機，P=5kW等效為星形RL電路，R=20，L=15mH2、 課程設計背景隨著電力電子技術的飛速發(fā)展，正弦波輸出變壓變頻電源已被廣泛應用在各個領域中，與此同時對變壓變頻電源的輸出電壓波形質量也提出了越來越高的要求。對逆變器輸出波形質量的要求主要包括兩個方面：一是穩(wěn)態(tài)精度高；二是動態(tài)性能好。因此，研究開發(fā)既簡單又具有優(yōu)良動、靜態(tài)性能的逆變器控制策略，已成為電力電子領域的研究熱點之一。 目錄第一章 整流和逆變電路原理及路圖- 1 -1.1電容濾波的三相不可控整流電路原理- 1 -第二章 三相無源PWM逆變電路及原理- 3 -2.1 三相無源逆變電路及原理- 3 -第三章 驅動電路- 4 -第四章 保護電路設計- 5 -4.1 過電流保護電路- 5 -4.2 過電壓保護電路- 5 -第五章 仿真電路與波形- 6 -5.1 三相橋式整流仿真電路及波形- 6 -參考文獻- 7 -課程設計的心得- 8 -第一章 整流和逆變電路原理及路圖1.1電容濾波的三相不可控整流電路原理三相橋式不可控整流電路是由三相半波不可控整流電路演變而來的陰極連接在一起的3個二極管（VD1，VD3，VD5）稱為共陰極組；陽極連接在一起的3個晶閘管（VD4，VD6，VD2）稱為共陽極組。 共陰極組中與a，b，c三相電源相接的3個二極管分別為VD1，VD3，VD5，共陽極組中與a，b，c三相電源相接的3個二極管分別為VD4，VD6，VD2。 二極管的導通順序為VD1-VD2-VD3-VD4-VD5-VD6。根據(jù)要求，整流電路采用二極管整流橋電容濾波電路，電路圖如圖1-1所示 圖1-1 三相橋式不可控整流電路該電路中，當某一對二極管導通時，輸出直流電壓等于交流側線電壓中最大的一個，該線電壓既向電容供電，也向負載供電。當沒有二極管導通時，由電容向負載放電，ub按指數(shù)規(guī)律下降。設二極管在距線電壓過零點角處開始導通，并以二極管VD6和VD1開始導通的時刻為時間零點，則線電壓為 Uab= U2sin() 而相電壓為 Ua= U2sin(/6)在t = 0時，二極管VD6和VD1開始同時導通，直流側電壓等于uab；下一次同時導通的一對管子是VD1和VD2，直流側電壓等于uac。這兩段導通過程之間的交替有兩種情況，一種是在VD1和VD2同時導通之前VD6和VD1是關斷的，交流側向直流側的充電電流id是斷續(xù)的，如圖1所示，另一種是VD1一直導通，交替時由VD6導通換相至VD2導通，id是連續(xù)的。介于二者之間的臨界情況是，VD6和VD1同時導通的階段與VD1和VD2在t2/3處恰好銜接了起來，id恰好連續(xù)。由前面所述“電壓下降速度相等”的原則，可以確定臨界條件。假設在t2/3的時刻“速度相等”恰好發(fā)生，則有： 以上討論過程中，忽略了電路中諸如變壓器漏抗、線路電感等的作用。另外，實際應用中為了抑制電流沖擊，常在直流側串入較小的電感，成為感容濾波的電路，臨界條件，RC 和RC 分別是電流id斷續(xù)和連續(xù)的條件。對一個確定的裝置來講，通常只有R是可變的，它的大小反映了負載的輕重。因此可以說，在輕載時直流側獲得的充電電流是斷續(xù)的，重載時是連續(xù)的，分界點就是R= （C）。 第二章 三相無源PWM逆變電路及原理2.1 三相無源逆變電路及原理 主電路如圖2-1所示圖2-1 三相無源逆變電路的主電路三個單相逆變電路可組合成一個三相逆變電路。一三相橋式逆變電路 1.基本工作方式是180導電方式。 2.同一相（即同一半橋）上下兩臂交替導電，各相開始導電的角度差120 ，任一瞬間有三個橋臂同時導通。 3.每次換流都是在同一相上下兩臂之間進行，也稱為縱向換流。工作波形4.對于U相輸出來說，當橋臂1導通時，uUN=Ud/2，當橋臂4導通時，uUN=-Ud/2，uUN的波形是幅值為Ud/2的矩形波，V、W兩相的情況和U相類似。5.負載線電壓uUV、uVW、uWU可由下式求出 第三章 驅動電路由于三相橋式電壓型逆變電路中采用的IJBT管，它在使用的時候需要驅動電路，才能使IGBT管子正常地開通和關斷。IGBT的驅動電路必須具備2個功能：一是實現(xiàn)控制電路與被驅動IGBT柵極的電隔離； 二是提供合適的柵極驅動脈沖。實現(xiàn)電隔離可采用脈沖變壓器、微分變壓器及光電耦合器。 根據(jù)設計要求，采用芯片M57962L及其附件組成的驅動電路，其電路圖如圖3-1所示：圖3-1 驅動電路第四章 保護電路設計4.1 過電流保護電路電力電子電路運行不正?；蛘甙l(fā)生故障時，可能會發(fā)生過電流。過電流分為過載和短路兩種情況。通常采用的保護措施有：快速熔斷器、直流快速斷路器和過電流繼電器。一般電力電子裝置均同時采用集中過流保護措施，以提高保護的可靠性和合理性。 綜合本次設計電路的特點，采用快速熔斷器，即給晶閘管串聯(lián)一個保險絲實施電流保護。如圖4-1電流保護電路所示。對于所選的保險絲，遵從值小于晶閘管的允許值。圖4-1三相PWM逆變電路的過流保護電路4.2 過電壓保護電路電力電子裝置中可能發(fā)生的過電壓分為外因過電壓和內(nèi)因過電壓兩類。外因過電壓主要來自雷擊和系統(tǒng)中的操作過程等外部原因。本設計主要用于室內(nèi)，為了使用方便不考慮來自雷擊的威脅。根據(jù)以上產(chǎn)生過電壓的的各種原因，設計相應的保護電路。如圖4-2過壓保護電路所示。其中：圖中是利用一個電阻加電容進行電壓抑制，當電壓過高時，保護電路中的電容會阻礙其電壓的上升，從而使得電力電子器件IGBT管因電壓的的過高厄爾損壞。圖4-2中的電阻可以是1K左右的電阻，而電容的值可以為100F左右，這樣形成一個保護電路圖4-2三相PWM逆變電路過電壓保護電路。第五章 仿真電路與波形5.1 三相橋式整流仿真電路及波形三相橋式整流電容濾波電路如圖5-1所示，仿真時用三個相位互差120的交流電壓源構成三相交流電源，其相電壓幅值為311V、頻率為50Hz，D1D6構成三相橋式整流電路，C2為濾波電容。負載上得到的始終是正向電壓，C2起到減小紋波的作用。對該電路進行瞬態(tài)分析可得到輸出的電壓波形如圖5-1-2所示。 圖5-1 三相橋式整流電容濾波電路 圖5-1-2 電壓波形電源相電壓均值 U2=220V輸出電壓均值 Ui=2.34U2=514.8參考文獻1 電力電子技術王兆安 黃俊 西安 機械工業(yè)出版社2 Protel2004神龍工作室 北京人民郵電出版社3 Protel DXP 電路設計制版入門與提高 雪茗齋電腦教育研究室 人民郵電出版社4 電子技術基礎模擬部分(第五版)康華光 高等教育出版社5 電路設計與制板 Protel DXP 典型實例 老虎工作室 倪澤峰 江中華人民郵電出版社6 田健，郭會軍，王華民，等大功率IGBT瞬態(tài)保護研究 課程設計的心得通過這次課程設計，加強了我們動手、思考和解決問題的能力。在整個設計過程中，我得體會們通過這個方案包括設計了一套電路原理和連接圖，和器件上的選擇。 通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。 這次課程設計終于順利完成了，在設計中遇到了很多專業(yè)知識問題，最后在老師的辛勤指導下，終于游逆而解。同時，在老師的身上我們學