pwm開(kāi)關(guān)型功率放大器

1、電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告題 目 PWM開(kāi)關(guān)型功率放大器的設(shè)計(jì)專(zhuān) 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí) 電氣 學(xué) 號(hào) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 2008 年 春季 學(xué)期起止時(shí)間：2008年6月23日至2008年6月27日平 時(shí)（10%）任務(wù)完成（50%）答 辯（20%）課設(shè)報(bào)告（20%）總評(píng)成績(jī)?cè)O(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)3 PWM開(kāi)關(guān)型功率放大器的設(shè)計(jì)一、 設(shè)計(jì)任務(wù)常用的功率放大器為線性功放，功率管工作于線性放大區(qū)域，性能好，但功耗大。今設(shè)計(jì)一個(gè)PWM開(kāi)關(guān)型交流信號(hào)功率放大器，將輸入交流電壓信號(hào)不失真地放大20倍后輸出，保持波形形狀不變。開(kāi)關(guān)功率放大器也稱(chēng)數(shù)字功率放大器。二、 設(shè)計(jì)條件與指標(biāo)1. 單相交流電源，額定電壓22

2、0V；2. 放大器額定輸出功率500VA，額定輸出電壓100VAC，放大倍數(shù)為20；3. 輸入信號(hào)：05VAC，信號(hào)頻率范圍：40500Hz； 4. 盡量減小輸出信號(hào)的波形失真度；三、 設(shè)計(jì)要求1. 分析題目要求，提出23種實(shí)現(xiàn)方案，比較確定主電路結(jié)構(gòu)和控制方案；2. 設(shè)計(jì)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(hù)電路；3. 參數(shù)計(jì)算，選擇主電路及保護(hù)電路元件參數(shù)；4. 利用PSPICE、PSIM或MATLAB等進(jìn)行電路仿真優(yōu)化；5. 典型工況下的波形失真度分析。6. 撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)報(bào)告四、 參考文獻(xiàn)1 王兆安，電力電子技術(shù)，機(jī)械工業(yè)出版社；2 陳國(guó)呈譯，電力電子電路，日本電氣學(xué)會(huì)編，科

3、學(xué)出版社；一、總體設(shè)計(jì)1主電路的選型（方案設(shè)計(jì)）經(jīng)過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)任務(wù)要求的總體分析，明確應(yīng)該使用電力電子組合變流中的間接交流變流的思想進(jìn)行設(shè)計(jì)，因?yàn)槿蝿?wù)要求頻率是可變的，故選擇交直交變頻電路（即VVVF電源）。交直交變頻電路有兩種電路：電壓型和電流型。在逆變電路中均選用雙極性調(diào)制方式。方案一：采用電壓型間接交流變流電路。其中整流部分采用單相橋式全控整流電路，逆變部分采用單相橋式PWM逆變電路，濾波部分為L(zhǎng)C濾波，負(fù)載為阻感性。電路原理圖如下所示：方案二：采用電壓型間接交流變流電路。其中整流部分采用單相全橋整流電路，逆變部分采用單相橋式PWM逆變電路，濾波部分為L(zhǎng)C濾波，負(fù)載為阻感性。電路原理圖如下所

4、示：方案三：采用電壓型間接交流變流電路。其中整流部分采用單相橋式PWM整流電路，逆變部分采用單相橋式PWM逆變電路，濾波部分為L(zhǎng)C濾波，負(fù)載為阻感性。電路原理圖如下所示：分析：方案一中整流電路與逆變電路都采用全控型可以通過(guò)控制a角的大小來(lái)控制Ud的大小。方案二中的整流電路是單相全橋整流電路，屬于不可控型。Ud大小不可變。方案三采用雙PWM電路。整流電路和逆變電路的構(gòu)成可以完全相同，交流電源通過(guò)交流電抗器和整流電路聯(lián)接，通過(guò)對(duì)整流電路進(jìn)行PWM控制，可以使輸入電流為正弦波并且與電源電壓同相位，因而輸入功率因數(shù)為1，并且中間直流電路的電壓可以調(diào)整。但由于控制較復(fù)雜，成本也較高，實(shí)際應(yīng)用還不多，故此

5、處沒(méi)有選用。經(jīng)過(guò)分析我選用了方案一。其中控制部分采用雙極性PWM波控制觸發(fā)，從而控制負(fù)載電流和電壓。由于逆變部分采用電壓型逆變電路，所以當(dāng)選用電阻性負(fù)載時(shí)其電流大致呈正弦波，電壓呈矩形波。2. 總體實(shí)現(xiàn)框架二、主要參數(shù)及電路設(shè)計(jì)1. 主電路參數(shù)設(shè)計(jì)由已知條件可得負(fù)載端的電流,電阻。電壓計(jì)算：對(duì)電壓波形進(jìn)行定量分析，把幅值為的矩形波展開(kāi)成傅立葉級(jí)數(shù)得其中基波的幅值和基波有效值分別為 ，。由所以因?yàn)樗杂纱舜_定變壓器的變比為1.542. 濾波時(shí)電感L=10mH,電容C=1mF。3. 并聯(lián)的電容C=10mF。三、仿真驗(yàn)證（設(shè)計(jì)、存在的問(wèn)題及解決方法）1. 測(cè)試方案交流電壓經(jīng)過(guò)變比為3：1變壓器輸出適

6、合本題大小要求的電壓，通過(guò)單相橋式全控整流以后，再接PWM逆變電路，PWM開(kāi)關(guān)型交流信號(hào)功率放大器控制IGBT的導(dǎo)通與關(guān)斷。通過(guò)對(duì)輸入信號(hào)幅值的調(diào)節(jié)來(lái)控制占空比，從而控制輸出電壓、電流的大小。2. 仿真驗(yàn)證a) 主電路輸入為單相交流電源，額定電壓220V；b) 要求放大器額定輸出功率500VA，額定輸出電壓100VAC，放大 倍數(shù)為20；c) 輸入信號(hào)：05VAC，信號(hào)頻率范圍：40500Hz；3. 仿真波形1. 信號(hào)波和載波的圖形2. 產(chǎn)生的PWM波3. 整流后電壓波形4. 逆變后電壓波形5. 濾波后電壓、電流波形4. 存在的問(wèn)題及解決方法（1）在用晶閘管做整流電路時(shí)使用的方波發(fā)生裝置來(lái)觸發(fā)

7、，由于對(duì)其脈沖和相角沒(méi)能正確的設(shè)置，導(dǎo)致輸出的波形并非設(shè)計(jì)的目的波形，通過(guò)仔細(xì)分析和檢查，終于懂了問(wèn)題的所在，應(yīng)在每個(gè)周期觸發(fā)一次通過(guò)改正使脈沖頻率為50HZ，從而正確得出結(jié)果。（2）由于本題要用PWM控制，所以在做逆變電路時(shí)，對(duì)于IGBT的觸發(fā)電路沒(méi)能正確的掌握，僅僅通過(guò)套用資料上的一些例子來(lái)希望得到正確的結(jié)果，進(jìn)入了誤區(qū)，使電路不能良好運(yùn)行。通過(guò)查資料和老師的指導(dǎo)，僅使用一個(gè)放大器，對(duì)載波和信號(hào)波進(jìn)行比較，再利用開(kāi)關(guān)和反相器，從而實(shí)現(xiàn)了PWM控制IGBT的觸發(fā)的要求。（3）對(duì)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果，剛開(kāi)始時(shí)負(fù)載端電流類(lèi)似正弦波，電壓為矩形波，以為這就是最后結(jié)果，經(jīng)過(guò)老師指導(dǎo)才明白，應(yīng)為存在諧波的影響才

8、這樣，所以輸出要加濾波，從而得到正確的結(jié)果。（4）在把整流電路和逆變電路連在一起的時(shí)候還要注意同步的問(wèn)題。四、小結(jié) 緊張的一周電力電子課程設(shè)計(jì)終于結(jié)束了，這次我做的課題是PWM開(kāi)關(guān)型功率放大器的設(shè)計(jì)與分析，剛拿到課題看，基本上知道是屬于單相交直交變頻電路的問(wèn)題，但是要求課本上講的都是比較基礎(chǔ)的一些關(guān)于調(diào)壓電路的知識(shí)，面對(duì)復(fù)雜而具體的任務(wù)要求，不得不求助于圖書(shū)館，拿到題目當(dāng)天就去找了課題相關(guān)的科目，閱讀大量相關(guān)內(nèi)容后開(kāi)始構(gòu)思設(shè)計(jì)，其中遇到了不少的難題，但也學(xué)到了很多東西。 經(jīng)過(guò)本次的課程設(shè)計(jì)，更多的掌握了電力電子器件的工作方式以及他們?cè)诠ぷ鲿r(shí)需要注意的問(wèn)題。就好比說(shuō)PWM的控制原理和應(yīng)用，整流電

9、路和逆便電路在具體應(yīng)用中個(gè)子應(yīng)該主義的那些問(wèn)題，以及逆變出來(lái)的波形含有大量的諧波，應(yīng)該對(duì)其輸出進(jìn)行濾波，才能得到正確的結(jié)果。以前上課聽(tīng)老師講過(guò)這些知識(shí)，可是當(dāng)自己真正去實(shí)踐證實(shí)之后明白理論需要實(shí)踐來(lái)充實(shí)，類(lèi)似這樣的例子還有很多。能夠運(yùn)用自己所學(xué)的知識(shí)，做成真正意義上的實(shí)物去實(shí)現(xiàn)某種功能，自己感覺(jué)很欣慰，也算是學(xué)以致用把，在這其中指導(dǎo)老師給了我不少的幫助，功不可沒(méi)。很感謝有這次實(shí)踐機(jī)會(huì)，通過(guò)這次實(shí)踐使我對(duì)以后電力電子的學(xué)習(xí)有了更深厚的基礎(chǔ)。希望以后會(huì)有更多這樣多機(jī)會(huì)。附件：參考文獻(xiàn)鄭瓊林, 耿文學(xué)，電力電子電路精選: 常用元器件 實(shí)用電路 設(shè)計(jì)實(shí)例，電子工業(yè)出版社；蘇文平，新型電子電路應(yīng)用實(shí)例精選，北京航空航天大學(xué)出版社；徐德鴻 沈旭 楊成林