2022年无源三相PWM逆变器控制电路设计.docx

精选学习资料 - - - - - - - - - 无源三相 PWM 逆变器掌握电路设计一、课程设计的目的 通过电力电子计术的课程设计到达以下几个目的：1、培育同学文献检索的才能, 特殊是如何利用 Internet 检索 需要的文献资料；2、培育同学综合分析问题、发觉问题和解决问题的才能；3、培育同学运用学问的才能和工程设计的才能；4、培育同学运用仿真工具的才能和方法；5、提高同学课程设计报告撰写水平；二、课程设计的要求 1 留意事项逆变器三比C d1驱动 驱 M PWM相交流C d2电源死区三相正弦波较动生成三角波电电电路路路发生器掌握框图 设计装置或电路的主要技术数据 主要技术数据名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 输入沟通电源：三相 380V, f=50Hz 交直变换采纳二极管整流桥电容滤波电路,无源逆变桥采用三相桥式电压型逆变主电路,掌握方法为 输出沟通：SPWM 掌握原理电流为正弦沟通波形,输出频率可调,输出负载为三相 异步电动机, P=5kW 等效为星形 RL 电路, R=10 ,L=15mH 2. 在整个设计中要留意培育敏捷运用所学的电力电子技术 学问和制造性的思维方式以及制造才能3. 在整个设计中要留意培育独立分析和独立解决问题的能 力4. 课题设计的主要内容是主电路的确定,主电路的分析说 明,主电路元器件的运算和选型,以及掌握电路设计；报告最终给出所设计的主电路和掌握电路标准电路图；5. 课程设计用纸和格式统一三 设计内容：整流电路的设计和参数挑选滤波电容参数挑选三相逆变主电路的设计和参数挑选IGBT 电流、电压额定的挑选 三相 SPWM 驱动电路的设计 画出完整的主电路原理图和掌握电路原理图名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 依据要求,整流电路采纳二极管整流桥电容滤波电路,其电路图如所示：i aVD 1VD 3VD 5Tiaacidi CiRRObti aud +CbVD 4VD 6VD 2Octa图 2.1 考虑电感时电容滤波的三相桥式整流电路及其波形a电路原理图b轻载时的沟通侧电流波形c重载时的沟通侧电流波形1. 其工作原理如下所示：该电路中,当某一对二级管导通时,输入直流电压等于沟通侧线电压中最大的一个, 该线电压既向电容供电, 也向负载供电；当没有二级管导通时,由电容向负载放电,ud 按指数规律下降；设二极管在局限电路电压过零点 角处开头导通,并以二极 管 VD 6和 VD 1 开头同时导通的时刻为时间零点,就线电压为uab= 6 U2sin t+ 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 而相电压为ua=2 U2sin t+ 6在 t=0 时,二极管 VD6和 VD1开头同时导通,直流侧电压等于 uab；下一次同时导通的一对管子是VD 1 和 VD 2,直流侧电压等于 uab；这两段导通过程之间的交替有两种情形,一种是在VD 1 和 VD 2同时导通之前VD 6 和 VD 1 是关断的,沟通侧向直流侧的充电电源id 是断续的；另一种是VD 1 始终导通,交替时由VD 6 导通换相至 VD 2导通,id 是连续的；介于二者之间的情形是,VD 1和 VD 6同时导通的阶段与 VD 1和 VD 2同时导通的阶段在 t+ = 2 出恰好连接起来, id 恰好连续；由“电压下降速度相等 ”3的原就,可以确定临界条件；假设在 等”恰好发生,就有wt+d =2p/3 的时刻 “速度相名师归纳总结 d Emsint+dEmsin2e1-t2-=2第 4 页,共 15 页RC33dtt+=2d t3t+3可得 wRC= 3这就是临界条件；3wRC> 和3wRC< 分别使电流i d断续和连续的条件；对一个确定的装置来讲,通常只有R 是可- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 变的,它的大小反映了负载的轻重；因此可以说,在轻载时直流侧获得的充电电流是断续的,重载时是连续的,分界点就是R=wC；考虑实际电路中存在的沟通侧电感以及为抑制冲击电流而串联的电感时的工作情形：电流波形的前沿平缓了很多, 有利于电路的正常工作；随着负载的加重, 电流波形与电阻负载时的沟通侧电流波形逐步接近；2 由电容滤波电路的原理分析可知,该电路的特点如下所示：1二极管的导电角< ,流过二极管的瞬时电流很大电流的有效值和平均值的关系与波形有关,在平均值相同的情形下,波形越尖,有效值越大；在纯电阻负载时,变压器副边电流的有效值 I2 IL,而有电容滤波时2负载平均电压 VL 上升,纹波沟通成分减小,且 R 越 大,电容放电速度越慢,就负载电压中的纹波成分越小,负载平 均电压越高；为了得到平滑的负载电压,一般取35式中 T 为电源沟通电压的周期；名师归纳总结 3负载直流电压随负载电流增加而减小；VL 随 I L 第 5 页,共 15 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 的变化关系称为输出特性或外特性,如图 1 所示；C 值肯定,当,即空载时当 C=0,即无电容时在整流电路的内阻不太大几欧和放电时间常数满意式35 的关系时, 电容滤波电路的负载电压VLV2 的关系约为VL=1.11.2V2总之,电容滤波电路简洁, 负载直流电压 VL 较高,纹波也较小,它的缺点是输出特性较差,故适用于负载电压较高,负载变动不大的场合；2.3 二极管的挑选在挑选整流二极管时,主要考虑两个参数,即最大整流电流和反向击穿电压；在桥式整流电路中,二极管 D1、D3和 D2、D4是两两轮番导通的,所以流经每个二极管的平均电流为在挑选整流管时应保证其最大整流电流 IF > I D ；二极管在截止时管子两端承担的最大反向电压可以从桥式整流电路的工作原理中得出；在v2 正半周时, D1、D3导通,名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - D2、D4 截止；此时 D2、D4 所承担的最大反向电压均为 v2的最大值,即同理,在 v2 的负半周, D 1、D 3 也承担到同样大小的反向电压；所以,在挑选整流管时应取其反向击穿电压 VBR > VRM ；依据要求,逆变电路采纳三相桥式电压型逆变电路,其电路图如所示：其工作原理如下：1 该电路是采纳双极性掌握方式；U,V,W 三相的 PWM掌握通常公用一个三角载波 uc,三相的调制信号 urU,uRv 和 urW 依次相差 120° ；U,V 和 W 各相功率开关器件的掌握规律相同,现以U 相为例来说明；当 urU 大于 uc 时,给上桥臂 V 1 导通信号,给下名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 桥臂 V 4 以关断信号,就 U 相相对于直流电源假象中点 N的输出电压 uUn=Ud/2；当 urU 小于 uc 时,给 V 4一导通信号,给 V 1上桥臂关断信号时,就 uUN=Ud2；V1 和 V4 的驱动信号始终是互补的；当给 V 1V 4以导通信号,也可能是二极管VD1VD4 续流导通这要由阻感负载中电流方始终打算；这是由于阻感负载中电流的 方始终打算的； V 相及 W 相的掌握方式都相同；电路波形如下图；可以得出,的PWM 波形都只有两种电平,当臂 1 臂 6 导通时 uUV=Ud,当臂 3 和臂 4 导通时 uUV=Ud,当臂 1 和臂 3 或臂 4 和臂 6 导通时 uUV=0；因此,逆变器的输出线电压 PWM 波由 Ud和 0 三种电平构成；而且负载相电压 PWM 波由 ±2/3Ud、 ±1/3Ud 和 0 共 5 种电平组成,其波形图如图 3.2 所示；2 U 相的掌握规律名师归纳总结 当 urU>uc 时,给 V1 导通信号,给 V4 关断信号,uUN=Ud/2 第 8 页,共 15 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 当 urU<uc 时,给 V4 导通信号,给 V1 关断信号,uUN=-Ud/2 当给 V1V4 加导通信号时,可能是 VD1VD4 导通 2IGBT 的挑选V1V4 导通,也可能是参数的挑选一条原就是适当留有余地, 这样才能确保长期、牢靠、安全地运行；工作电压50% -60% ,结温 70-80%在这条件下器件是最安全的；制约因素如下：1 在关断或过载条件下, IC 要处于安全工作区, 即小 于 2 倍的额定电流值； IGBT 峰值电流是依据 200% 的过载和120% 的电流脉动率下来制定的；结温肯定 任何情形下,包括过载时；<150以下,指在2 开通电压 15V± 10%的正栅极电压,可产生完全饱和,而且开关损耗最小,当 以实现过流及短路爱护；<12V 时通态损耗加大, >20V 时难3 关断偏压 -5 到-15V 目的是显现噪声仍可有效关断,并可减小关断损耗最正确值约为-10V；4 IGBT 不适用线性工作,只有极快开关工作时栅极 才可加较低 311V 电压5 饱和压降直接关系到通态损耗及结温大小,期望越 小越好,但价格就要大；所以依据 IJBT 的制约因素,主电路的电流电压值及设计 要求,采纳的 IJBT 管是GTl53101 ；名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 第四章 PWM逆变电路的工作原理PWM掌握方式就是对逆变电路开关器件的通断进行掌握,使 输出端得到一系列幅值相等而宽度不等的脉冲；按肯定的规章对各脉冲的宽度进行调制,既可转变逆变电路输出电压的大小,也 可转变逆变输出频率；1PWM掌握的基本原理 PWM掌握脉冲宽度调制技术,通过对一系列脉冲的宽 度进行调制,来等效地获得所需要波形含外形和幅值理论基础 : 冲量相等而外形不同的窄脉冲加在具有惯性的 环节上时,其成效基本相同；冲量指窄脉冲的面积；这里所说的成效基本相同,是指环节的输出响应波形基本相同PWM波形可等效的各种波形,例如：直流斩波电路可以等 效直流波形； PWM波可以等效正弦波形；仍可以等效成其他所 需波形,如等效所需非正弦沟通波形等,其基本原理和 SPWM 掌握相同,也基于等效面积原理；用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波的方法：名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 正弦半波 N 等分,可看成 N个彼此相连的脉冲序列,宽度相等,但幅值不等；用矩形脉冲代替,等幅,不等宽,中点重合,面积冲量相等；这样就可得到PWM 波形；由上方法可知各脉冲的幅值相等, 而宽度按正弦规律变化；对于正弦波的负半周,也可用同样的方法得到 按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形；像这种脉冲的宽度 PWM波形,也称 SPWM波形；要转变等效输出正弦波幅值时,只要依据同一比例系数改变上述各脉冲的宽度即可；2掌握方法 调制信号 ur 为正弦波 , 载波 uc在 ur 的正半周为正极性的三 角波,在 ur 的负半周为负极性的三角波； 在 ur 和 uc的交点时刻 掌握 IGBT 的通断；在 ur 的半个周期内三角波载波只在正极性或负极性一种极性范畴内变化,所得到的PWM波形也只在单个极性范畴变化的掌握方式称为单极性 PWM掌握方式；和单极性 PWM掌握方式相对应的是双极性掌握方式；采纳双极性方式时,在 ur 的半个周期内,三角波载波不再是单极性的,而是有名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 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,而不像单极性掌握时仍有零电平；仍旧在调制信号 ur 和载波信号 uc 的交点时刻掌握各开关的通断；在 ur 的正负半周,对各开关器件的掌握规律相同；第五章 三相正弦沟通电源发生器本设计需要三相正弦沟通电源发生器,依据设计要求,确定其电路图如下列图,在图中,用双联电位器同时转变 R7和 R12,就可以转变正弦参考信号的频率,从而实现了变频功能；在本设计中,我用一个三相变频正弦参考信号发生电路代替了生成 SPWM 信号的专用芯片；它是掌握电路的核心部分,采纳的是一个特殊结构的 RC移相正弦波发生器；其中,正弦波振荡的频率由下式确定：f= 32 R 7 C 1 = 32 R 12 C 3所以由 32 R 7 C 1 =20,可以确定参数为： R7=1K, C1=5Uf. 同时通过对其他参数的调整确定正旋波的幅值为 1v；所以三相正弦参考信号分别表示为：UA = sint UB = sint - 120； UC = sint - 240；第九章 驱动电路名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 由于三相桥式电压型逆变电路中采纳的IJBT 管,它在使用的时候需要驱动电路,才能使 IGBT 管子正常地开通和关断；IGBT 的驱动电路必需具备2 个功能：一是实现掌握电路与被驱动 IGBT 栅极的电隔离；二是供应合适的栅极驱动脉冲；实现电隔离可采纳脉冲变压器、微分变压器及光电耦合器；依据设计要求,采纳芯片 路,其电路图如下列图：+5V 4TLP521-1110kM57962L 及其附件组成的驱动电名师归纳总结 OCI2V 0 5 / F u 0 0 1+C15VMUR4100EC1C1Vin+24V-1OVCUG130VIVR1251k12V1nVout+9V 1n30VVinM57962L VccSPWM1+C118VE1C1GNDMC7809TVee1nGND11n第 13 页,共 15 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 课程设计的心得通过这次课程设计,加强了我们动手、摸索和解决问题的能 力；在整个设计过程中,我得体会们通过这个方案包括设计了一 套电路原理和连接图,和器件上的挑选；我沉得做课程设计同时也是对课本学问的稳固和加强,由于 课本上的学问太多,平常课间的学习并不能很好的懂得和运用各 个元件的功能, 而且考试内容有限, 所以在这次课程设计过程中,我们明白了很多元件的功能,并且对于其在电路中的使用有了更 多的熟悉； 平常看课本时, 有时问题老是弄不懂, 做完课程设计,那些问题就迎刃而解了；而且仍可以记住很多东西；比方一些器 件的功能,平常看课本,这次看了,下次就忘了,通过动手实践 让我们对各个元件映象深刻；熟悉来源于实践,实践是熟悉的动 力和最终目的,实践是检验真理的唯独标准；所以这个期末测试 之后的课程设计对我们的作用是特别大的；经过一个星期的实习, 过程曲折可谓一语难尽； 在此期间我 们也失落过,也曾一度热忱高涨；从开头时满富盛激情到最终汗 水背后的复杂心情, 点点滴滴无不令我回味无长； 生活就是这样,汗水预示着结果也见证着收成；劳动是人类生存生活永恒不变的 话题；通过实习,我才真正领会到“ 艰苦奋斗” 这一词的真正含 义,我才意识到老一辈电子设计为我们的社会付出；我想说,设 计的确有些辛苦,但苦中也有乐,在如今单一的理论学习中,很 少有时机能有实践的时机,但我们可以,而且设计也是一个团队的任务,一起的工作可以让我们有说有笑,相互帮忙, 协作默契,多少人间欢快在这里洒下,高校里一年的相处仍赶不上这十来天 的合作,我感觉我和同学们之间的距离更加近了；我想说,的确 很累,但当我们看到自己所做的成果时, 心中也不免产生兴奋； 正 所谓“ 三百六十行,行行出状元” ；我们同样可以为社会作出我 们应当做的一切,这有什么不好？我们不断的反问自己；或许有 人不喜爱这类的工作,或许有人认为设计的工作有些枯燥,但我 们认为无论干什么,只要人生活的有意义就可；社会需要我们,我们也可以为社会而工作；既然如此,那仍有什么必要失落呢？于是我们打算沿着自己的路,执着的走下去；同时我认为我们的工作是一个团队的工作,团队需要个人,名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人也离不开团队,必需发扬团结协作的精神；某个人的离群都 可能导致导致整项工作的失败；实习中只有一个人知道原理是远 远不够的,必需让每个人都知道,否就一个人的错误,就有可能 导致整个工作失败；团结协作是我们实习胜利的一项特别重要的 保证；而这次实习也正好锤炼我们这一点,这也是特别宝贵的；对我们而言,学问上的收成重要,精神上的丰收更加可喜；挫折 是一份财宝,经受是一份拥有；这次实习必将成为我人生旅途上 一个特别美好的回忆！通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要 的,只有理论学问是远远不够的,只有把所学的理论学问与实践 相结合起来,从理论中得出结论,才能真正为社会服务,从而提 高自己的实际动手才能和独立摸索的才能；在设计的过程中遇到 问题,可以说得是困难重重,这究竟第一次做的,难免会遇到过 各种各样的问题,同时在设计的过程中发觉了自己的不足之处,对以前所学过的学问懂得得不够深刻,把握得不够坚固；这次课程设计最终顺当完成了, 在设计中遇到了很多专业知 识问题,最终在老师的辛勤指导下,最终游逆而解；同时,在老师的身上我们学也到很多有用的学问,在次我们表示感谢！ 同时,对给过我帮忙的全部同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！此次课程设计,学到了很多课内学不到的东西,比方独立摸索解 决问题,显现过失的随机应变,和与人合作共同提高,都受益非 浅,今后的制作应当更轻松,自己也都能扛的起并高质量的完成 项目；在此,感谢许老师的细心指导,也同样感谢其他各组同学 的无私帮忙！名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 15 页