电力电子技术课程设计高频交流电源的设计

电力电子技术课程设计高频交流电源的设计

成绩

南昌大学

电子技术课程设计

设计题目高频电源的设计

班级信工学院电力系统102班

学号 6100310298

姓名章治商

高频电源的设计

一、总体设计

1(系统功能分析

高频交流电源主要由输入整流滤波器、高频器、输出滤波器、控制电路、保护电路等几部分组成。采用AC-DC-AC间接变频方式，其基本原理是:交流输入整流滤波后成为一粗糙的直流电压,高频变换器将这一直流电压变换成高频交流电压,最后经过输出滤波电路,将变压器输出的高频交流电压滤波得到高质量、高品质的交流电压，供负载使用。 (1)输入整流滤波器:将电网输入的交流电进行整流滤波，为变换器提供波纹较小较为平滑的直流电压，供下一级变换使用。 (2)IGBT全桥逆变器:它是本电源系统的关键部分。它把直流电变换成高频交流电，经过输出滤波

器变成所需的隔离直流输出交流电压。 (4)控制电路: 包括电压反馈、PI调节器、限流器、反余弦等，检测输出直流电压，与基准电压比较，进行隔离放大，调制振荡器输出的脉冲宽度，从而控制变换器以保持输出电压的稳定，防止了输出电压波形失真。

(5)保护电路:为了防止电路中的过流和过压，采用RC吸收电路来缓冲。

2(主电路的选型(方案设计与比较)

(1)输入整流电路的设计

整流回路有半波型和全波型，半波型整流电路适用于小电流场合，全波型整流电路适用于大电流场合。采用三相全控整流。触发方式

1.采用方波触发，但由于触发脉冲是单一脉冲，输出电压不可控，且有可能失真。

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高频电源的设计

2.采用相控整流，三相PWM整流器主电路结构如图所示，主要包括交流侧的电感、电阻、直流电容、以及由全控开关器件(IGBT)组成的三相全桥电路。Ua、

Ub、Uc为三相交流电源，RL为负载。通过，便可以在直流侧得到稳定的电压输出，同时保证交流侧电流相位可控，且谐波小。

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高频电源的设计

(2)输出控制电路设计

常用的控制方案包括电流跟踪和矢量控制等

控制电路是高频开关电源的很重要的部分，是电源系统可靠工作的保证，开关电源的控制方式基本上都采用时间比率控制(TRC)方式。这种方式又大致分为三大类:

l、脉冲宽度调制(Pulsewidthmodulation简称PWM)方式。它用调整脉冲宽度和控制占空比的方法来达到输出电压的稳定。

2、脉冲频率调制(PulsefrequeneyModulation即pFM)方式，它采用脉冲频率来改变脉冲占空比来控制输出电压的稳定。

3、混合调制方式，即前二者兼而有之的方式，既控制脉冲宽度，又改变脉冲频率，用综合技术来改变脉冲占空比和脉冲周期来控制输出电压的稳定。目前，以脉冲调制PWM应用最多。此处采用SPWM调制方式。

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高频电源的设计

2. 总体实现框架

三相ACDC 工频ACC 整流电LC滤波逆变电交流C 路电路路电源电源

控制电

路

保护电

路

二、主要参数及电路设计

输出负载额定电压为U=400V，额定功率P=10kw，

输出负载阻值===16Ω

额定电流有效值

10KWI,,25AL400

由三相桥式整流公式

2 ,1，,

3 U,6Usin,td(,t),2.34Ucos,22,d, ,，,3

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高频电源的设计

,当=0时，整流后输出电压最大值为220×2.34=514.8V

滤波电感L1计算:为了保证电流连续和短路电流，则

KU0.46220，L12= 1,LmHmHmH,3.1625,,I25032，，dl

电源输出滤波器参数的选择

畸变系数DF(DistortionFactor):通常逆变电路输出端要经LC滤波器后再接负载(其中，L串联在电路中，C并联在负载两端)。若逆变电路输出的n次谐波有效

值为K，则经LC滤波器衰减以后输出到负载的。适当地选择L，C使n次谐波容抗远小于感抗

输出滤波电感的选择要考虑诸多因素，电感值太大，则在滤波电感上的基波电压降也就越大，同时还使系统的动态响应变差;电感值太小，则会严重影响输出波形的质量。通过对高频交流电源主电路的仿真分析，对输出滤波器参数进行了优化设计，最后确定滤波电感值定为2.8uH，输出电容值定为10uF。

在上述参数设计下，逆变器输出电压波形如图所示。从显示的波形图可以看出，输出交流滤波器可以滤除逆变桥输出的SPWM波中的谐波分量。

IGBT参数计算

1)IGBT额定电压的确定

由逆变器电路原理图可看出，IGBT承受的最大正向电压为逆变器输入侧的直流电

压E。则可选择的IGBT耐压尺值=2E二 1120V。设计中实际选择12O0V

2)IGBT额定电流的确定

己知逆变器最大输出功率为P为10kW，输出电压有效值Uo为400V，设电流有效值为Io，则流过IGBT的峰值电流

Ic==

考虑安全裕量管子，I=(1.5,2)×35.355A=53,70.7A，取IGBT额定Atv

电流

为60A。

晶闸管参数计算

直流侧电压最大值为

=2.34×220=514.8V

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高频电源的设计

此时直流侧电流为===32.18A

晶闸管电流有效值==×31.18=10.4A

晶闸管额定电流

I10.4d I,,,6.6Advt1.571.54

考虑安全裕量取额定值为1.5-2倍的计算结果即

(1.5,2)I,(9.94,13.2)Advt

晶闸管额定电压为

U,2.45U,2.45，220,540Vvt2

考虑安全裕量取额定值为计算结果的2-3倍即为

(2,3)U,(1080,1620)Vvt

设计中实际选择晶闸管的额定参数为电压1500V电流12A 保护电路保护电路采用RC吸收电路，晶闸管并联吸收电容

C=(2,4)×uF=(2,4)×4.5×uF =(9,18)×uF R=(10,36) Ω

三、仿真验证(设计测试方案、存在的问题及解决方法) 1(仿真原理图

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高频电源的设计

2.整流后输出电压波形