电力电子课程设计--三相变频电源的设计

电力电子课程设计学院：电气与动力工程学院专业：电气工程及其自动化班级：

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目录

第一章：课程设计的目的及要求 (1)

1.1课程设计的目的 (1)

1.2课程设计的要求 (1)

1.3课程设计报告基本格式 (3)

第二章：三相变频电源介绍 (3)

第三章MATLAB软件的介绍 (4)

第四章：整流电路的设计 (5)

4.1 整流电路工作原理 (5)

4.2电容滤波的不可控整流 (6)

4.3 整流模块的计算及选型 (10)

第五章：逆变电路的设计 (13)

5.1 逆变电路的工作原理及波形 (13)

5.2 二极管和IGBT参数选择 (16)

第六章：SPWM逆变电路 (18)

第七章：驱动电路 (22)

第八章：MATLAB软件仿真 (22)

第九章：附录及参考文献 (25)

第十章：课程设计的心得体会 (26)

第一章：课程设计的目的及要求

1、课程设计的目的

通过电力电子计术的课程设计达到以下几个目的：

1）培养文献检索的能力，特别是如何利用Internet检索需要的文献资料。

2）培养综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。

3）培养运用知识的能力和工程设计的能力。

4）培养运用工具的能力和方法。

5）提高课程设计报告撰写水平。

2、课程设计的要求

题目：三相变频电源的设计

注意事项：

1）根据规定题目进行电力电子装置设计

2）通过图书馆和Internet广泛检索和阅读自己要设计的题目方向的文献资料，确定适应自己的课程设计方案。首先要明确自己课程设计的设计内容。

设计装置（或电路）的主要技术数据

主要技术数据

输入交流电源：

单相220V，f=50Hz。

交直变换采用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，控制方法为SPWM控制原理输出交流：

电流为正弦交流波形，输出频率可调，输出负载为三相星形RL 电路，R=10Ω，L=15mH

3、设计内容：

1）整流电路的设计和参数计算及选择（整流电路工作原理、输出波形分析、整流模块的计算及选型、滤波电容参数计算及选型）2）三相逆变主电路的设计和参数选择（结合负载阐述三相电压型无源逆变电路的工作原理，分析输出相电压、线电压波形；对开关器件和快恢复二极管进行计算选择及选型）

3）三相SPWM控制及驱动电路的设计：根据SPWM调制原理分析逆变电路的输出相电压、线电压波形；设计驱动电路；选择控制模块和驱动模块。（SPWM集成控制芯片或分立元件构成。驱动模块有：日本富士EXB系列或三菱M579系列）

4）画出完整的主电路原理图和控制电路原理图，并进行仿真研究和分析。

3、在整个设计中要注意培养灵活运用所学的电力电子技术知识和创造性的思维方式以及创造能力

要求具体电路方案的选择必须有论证说明，要说明其有哪些特点。主电路具体电路元器件的选择应有计算和说明。课程设计从确定方案到整个系统的设计，必须在检索、阅读及分析研究大量的相关文献的基础上，经过剖析、提炼，设计出所要求的电路（或装置）。课程设计中要不断提出问题，并给出这些问题的解决方法和自己的

研究体会。设计报告最后给出设计中所查阅的参考文献最少不能少于5篇，且文中有引用说明，否则也不能得优）。

4 、在整个设计中要注意培养独立分析和独立解决问题的能力

要求学生在教师的指导下，独力完成所设计的系统主电路、控制电路等详细的设计（包括计算和器件选型）。严禁抄袭，严禁两篇设计报告基本相同，甚至完全一样。

5 、课题设计的主要内容是主电路的确定，主电路的分析说明，主电路元器件的计算和选型，以及控制电路设计。

报告最后给出所设计的主电路和控制电路标准电路图，不同频率下输出电压电流波形，驱动控制电路中驱动信号波形以及其它主要波形，

6 、课程设计用纸和格式统一

课程设计用纸在学校印刷厂统一购买和装订，封面为学校统一要求。要求图表规范，文字通顺，逻辑性强。设计报告不少于20页

第二章：三相变频电源介绍

三相变频电源以MPWM方式制作，用主动元件IGBT模块设计使本机容量可达200KVA，以隔离变压器输入及输出，来增加整

机稳定性，特别适应感性，容性及特殊负载，负载测试和寿命试验可靠性高。

三相变频电源特点:

1）高频MPWM设计，IGBT功率推动，体积小、可靠性高、噪音低。

2）效率达85%以上

3）反应快速，对100%除载/加载，稳压反应时间在2ms以内。

4）超载能力强，瞬间电流能承受额定电流的300%

5）波峰因素比(CREST FACTOR RATIO)高于3：1。

6）具过压、过流、超温等多重保护及报警装置

本文设计的三相变频电源将使用交—直—交整流—逆变电路和PWM驱动电路实现三相变频电源。

第三章：MATLAB软件的介绍

MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。

MATLAB 是由美国mathworks 公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C 、Fortran ）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。

本文将使用MATLAB 软件进行仿真测试

第四章 整流电路的设计

4.1. 整流电路工作原理

4.1.1单相不可控整流电路带电阻负载

电路原理分析

在0到180度VD1和VD4导通，在180到360度VD2和VD3

a)a)单相桥式整流电路 b)

d b)交流输入正半周 单相桥式整流电路工作图 c)u d c)交流输入负半周单相 桥式整流电路工作图