电力电子 单相交—直—交变频装置设计

《电力电子》课程设计说明书单相交—直—交变频装置设计

学院：电气与信息工程学院

学生姓名：

指导教师：职称/学位

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完成时间：2015年6月

湖南工学院电力电子课程设计课题任务书

学院：电气与信息工程学院专业：电气工程及其自动化专业\自动化专业

随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，单相交直交变频系统得到了迅速发展，其显著的变频能力，宽泛的应用范围，完善的保护功能，以及易于实现的变频功能，得到了广大用户的认可，在运行的安全可靠、安装使用、维修维护等方面，也给使用者带来了极大的便利。近年来以燃料电池发电技术发展迅速。但是分布式发电技术发出发出的电都不是与电网供电系统相同的交流电，无法与大电网联网或者直接供给普通负载使用，都需要变频装置将其变换成负载可以使用的交流电或者与大电网电压、频率相匹配的公频交流电。因此，研究交—直—交变频系统的基本工作原理和作用特性意义十分重大。

本文研究了变频调速系统的基本组成部分，主回路主要有三部分组成：将工频电源变换为直流电源的“整流器”；吸收由整流器和逆变器回路产生的电压脉动的“滤波回路”，也是储能回路；将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。使用Matlab搭建交—直—交变频系统的仿真模型，通过试验对该交—直—交变频系统的基本工作原理、工作特性及作用有更深的认识，也对谐波对于交—直—交变频系统的影响有了一定的了解。

关键词：电网；变频；整流；逆变；谐波；仿真

1 绪论 (1)

1.1电力电子技术概况........................ 错误!未定义书签。

1.2课程设计任务 (1)

1.3课程设计内容 (1)

2 单相交—直—交变频装置设计 (2)

2.1单相交—直—交变频电路总体设计方案 (2)

2.2具体电路设计 (2)

2.2.1 主电路设计 (2)

2.2.2 驱动电路设计 (4)

2.2.3 4013芯片原理 (5)

2.2.4 控制电路设计 (5)

2.3元器件型号选择 (6)

3 仿真结果 (8)

3.1 仿真环境 (8)

3.2 仿真模型使用模块提取的路径及其单数设置 (8)

3.3 具体仿真结果 (11)

3.3.1 仿真电路图 (11)

3.3.2 整流滤波输出电压计算域仿真 (11)

3.3.3 逆变输出电压计算与仿真 (12)

总结 (15)

参考文献 (16)

致谢 (17)

1 绪论

1.1 电力电子技术概况

电力电子技术是一门新兴的应用于电力领域的电子技术，就是使用电力电子器件（如晶闸管，GTO，IGBT等）对电能进行变换和控制的技术。电力电子技术所变换的“电力”功率可大到数百MW甚至GW，也可以小到数W甚至1W以下，和以信息处理为主的信息电子技术不同电力电子技术主要用于电力变换。

交—直—交变频器的中间直流环节采用大电感作储能元件，无功功率将由大电感来缓冲，它的一个突出优点是当电动机处于制动 (发电)状态时，只需改变网侧可控整流器的输出电压极性即可使回馈到直流侧的再生电能方便地回馈到交流电网，构成的调速系统具有四象限运行能力，可用于频繁加减速等对动态性能有要求的单机应用场合，在大容量风机、泵类节能调速中也有应用。

近年来，随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，交流传动与控制技术成为目前发展最为迅速的技术之一，电气传动技术面临着一场历史革命，即交流调速取代直流调速和计算机数字控制技术取代模拟控制技术已成为发展趋势。交流变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。变频调速以其优异的调速和起制动性能，高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。深入了解交流传动与控制技术的走向，具有十分积极的意义。

1.2 课程设计任务

设计一个单相交—直—交变频装置，已知交流电源：单相220V，中间直流电压最大为50V，输出交流电压约45V，输出最大电流2A，最大功率100W。

1.3 课程设计内容

1、关于本课程学习情况简述；

2、主电路的设计、原理分析和器件的选择；

3、控制电路的设计；

4、保护电路的设计；

5、利用MATLAB软件对自己的设计进行仿真。

2 单相交直交变频电路设计

2.1 单相交直交变频电路总体设计方案

如图1交直交变频器原理是先把交流电经整流器先整流成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，再经过逆变器把这个直流电流变成频率和电压都可变的交流电。

图1 单相交直交变频电路总体方案图

2.2 具体电路设计

2.2.1 主电路设计

图2 单相交直交变频电路原理图

如图2交直交变频电路由两部分组成，交直交直流为整流部分，采用不可控的二级管整流电路，直流侧用电容和电感进行滤波，可得到平直的中间直流电压。此部分结构简单可靠，性能满足实验的需要。

直流变交流为逆变部分，采用单相桥式逆变电路，PWM控制，输出电压的大小及频率均通过PWM控制进行调节。由于中间直流环节为电容滤波，因此图2.2的逆变电路为电压型。PWM控制技术即脉冲宽度调制技术，是通过对脉冲的宽度进行调制，来等效的获得需要的波形。PWM控制在你变电路中的应用最为广泛，目前中小功率的逆变电路几乎都采用了PWM控制技术。PWM控制技术对逆变电路的影响十分深刻。

PWM控制的方法可分为三类，即计算法、调制法和跟踪控制法。其中，调制法是较为常用的也是基本的一类方法，而调制法中最基本的是利用三角载波与正