交-直-交PWM变频电源课程设计
三相电压型PWM整流器与仿真
电力电子课程设计课程设计报告题目：三相电压型PWM整流器与仿真专业、班级：学生姓名：学号：指导教师：2015年 1 月6 日摘要：叙述了建立三相电压型PWM整流器的数学模型。
在此基础上，使用功能强大的MATLAB软件进行了仿真，仿真结果证明了方法的可行性。
关键词：整流器；PWM；simulink目录一任务书 (1)1.1 题目 (1)1.2 设计内容及要求 (1)1.3 报告要求 (1)二基础资料 (2)2.1 三相桥式电路的基本原理 (2)2.2 整流电路基本原理 (4)2.3 pwm控制的基本原理 (6)2.4 PWM整流器的发展现状 (6)三设计内容 (8)3.1 仿真模型 (8)3.2 各个元件参数 (11)3.3 仿真结果 (13)3.4 结果分析 (15)四总结 (15)五参考文献 (15)一任务书1.1 题目三相电压型PWM整流器仿真1.2 设计内容及要求设计三相电压型PWM整流器及其控制电路的主要参数，并使用MATLAB 软件搭建其仿真模型并验证。
设计要求(pwm整流器仿真模型参数):(1)交流电源电压600V，60HZ(2)短路电容30MVA(3)外接负载500kVar，1MW(4)变压器变比600/240V(5)0.05s前，直流负载200kw，直流电压500V，0.05s后，通过断路器并联一个相同大小的电阻。
1.3 报告要求(1)叙述三相桥式电路的基本原理(2)叙述整流电路基本原理(3)叙述pwm控制的基本原理(4)记录参数（截图）(5)记录仿真结果，分析滤波结果(6)撰写设计报告(7)提交程序源文件二基础资料2.1 三相桥式电路的基本原理在三相桥式电路中，对共阴极组和共阳极组是同时进行控制的，控制角都是α。
由于三相桥式整流电路是两组三相半波电路的串联，因此整流电压为三相半波时的两倍。
很显然在输出电压相同的情况下，三相桥式晶闸管要求的最大反向电压，可比三相半波线路中的晶闸管低一半。
中频电源电路设计
摘要随着科学技术的发展以及提高我国国防能力的需要，对军事设施的技术改造已被列为军事技术改造中的重点。
中频电源指输出频率为400Hz的电源，它可以为动力系统及导航与武备系统供电。
传统的400Hz中频电源体积大，输出波形不稳定。
本文所设计的400Hz中频电源通过整流电路、逆变电路、积分电路、放大电路和检波电路及控制其最后的输出电压，实现了电压的稳定输出，具有体积小、功率大和波形无失真等优点，有着广泛的用途和良好的发展前景。
关键词：中频电源，PWM调制，输出变压器电力电子装置及系统课程设计任务书一、课程设计的目的通过电力电子装置及系统的课程设计达到以下几个目的：1、培养学生文献检索的能力，特别是如何利用Internet检索需要的文献资料。
2、培养学生综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。
3、培养学生运用知识的能力和工程设计的能力。
4、培养学生运用仿真工具的能力和方法。
5、提高学生课程设计报告撰写水平。
二、课程设计的要求1. 题目题目：中频电源电路设计主要技术数据●输入电压：三相360V～400V，50Hz±5%●输出电压：单相，220V±2%，400Hz±0.5%●输出功率：4kW●输出电流：22A●功率因数：0.8二、课程设计的要求1. 题目题目：中频电源电路设计主要技术数据●输入电压：三相360V～400V，50Hz±5%●输出电压：单相，220V±2%，400Hz±0.5%●输出功率：4kW●输出电流：22A●功率因数：0.8●效率：85%设计内容：●主电路设计和参数选择●控制系统及辅助电源电路设计●电路仿真分析和仿真结果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。
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）。
三相交流电压型PWM变频电源及控制方法
特点？
43-17同步调制和异步调制方式
（3）同步调制和异步调制方式：
根据载波频率与调制 波频率的关系， 调制方法又分为：
fsw / Hz
载波比k =fsw/fout
• 同步调制：载波比k为
3 的倍数, 能保证逆变器 输出波形的正、负半波
fout / Hz
对称，也能保证三相平 衡。但低速时,脉冲间隔
▪ 交流电机：
▪ 异步机: 绕线式，鼠笼式 ▪ 同步机: 它激式，自激式，永磁式
43-2变频器的分类
交流交流 (交)直交
矩阵式
相控型 电压型
硬开关 电流型
PAM 两电平
PWM 多电平
软开关
图 6.2.1 变频器的类型
三角波 PWM
空间电压矢量法 其他
重点:电压型, 两电平, PWM, 空间电压矢量法
uA
B : e j120o
F1 uB
uC
C : e j120o O
A : e j0
IM
Fg (t) 2 / 3(FA FB FC )
图 6.2.10 三 相 理 想 电 源 和 空 间 磁 动 势 表 示
2 / 3(
f Ae j0o
f e j120o B
fC e j120o )
空间位置
FA FB
uUN'
Ud
②
2
O
Ud 2
uVN'
Ud
③
2
O
Ud 2
uWN'
Ud
④
2
O
uA0 uB0 uC 0
ura (k) 与 该 周 期 内 矩 形 波 uAO (k ) 的平均值相等。
pwm在变频器中的应用
第一章绪论1.1背景介绍进入21世纪后，在全球经济发展中，能源与环保日益成为人们关注的焦点。
很多电力电子装置的应用使电力系统中产生谐波。
例如通用变频器，大都为交一直—交电压型结构，整流端为二极管不可控整流或晶闸管相控整流。
这种结构使电网侧电流波形严重畸变，谐波大，对公共电网造成污染。
电网侧功率因数低，与电网交换大量的无功功率，降低了发电和输电设备的利用率，同时产生大量的附加损耗。
系统不能在再生状态下运行，无法实现能量的再生利用。
要从根本上消除通用变频器的上述缺陷，要求新型变频调速系统的整流环节网侧电流正弦化运行于单位功率因数，且能实现能量双向流动。
PWM控制为减少谐波提供了一个技术性的方案，随着高频电力电子器件如GTO、电力晶体管、IGBT价格的降低，以及电压和电流等级的提高，该控制方法越来越成为减少谐波污染的首选技术方案。
自20世纪90年代以来，PWM整流器一直是电力电子领域的研究热点。
对PWM整流相关应用的研究也越来越多，例如有源滤波、超导储能、交流传动、高压直流输电以及统一潮流控制、新型UPS以及太阳能，风能等可再生能源的电压型PWM可逆整流器采用全控型器件，工作在高频状态。
由于功率开关器件的开通和关断都可以控制，所以整流器的电流波形是可以控制的，其理想的状态是和输入相电压同相(或反相)的正弦波，此时网侧功率因数接近1，输入电流的谐波含量接近零，而且能够对直流电压进行调整，使之稳定在一定的设定值，在负载变化时，具有较快的响应速度。
因为具备上述优点，将其作为交一直一交变频调速系统中的整流环节，构成双PWM变频调速系统，使该变频调速系统具有输入电压、电流频率固定，波形均为正弦，功率因数接近1，输出电压、电流频率可变，电流波形也为正弦的特点，可实现四象限运行，从而达到能量双向传送第1 页共44 页的目的，实现了调速节能和绿色环保的高度结合。
1.2PWM整流器的研究现状对PWM整流器的研究开始于20世纪80年代。
单相交直交变频电路设计
附件1：学号：0121011350327基础强化训练题目单相交直交变频电路性能研究学院自动化学院专业班级姓名指导教师2012年7月10日1 总体原理图 (4)1.1方框图 (4)1.2电路原理图 (4)1.2.1 主回路电路原理图 (4)1.2.2 整流电路 (4)1.2.3 滤波电路 (5)1.2.4 逆变电路 (6)2 电路组成 (8)2.1控制电路 (8)2.2驱动电路 (9)2.3主电路 (10)3 仿真结果 (11)3.1仿真环境 (11)3.2仿真模型使用模块提取的路径及其单数设置 (11)3.3具体仿真结果 (14)3.3.1仿真电路图 (14)3.3.2整流滤波输出电压计算与仿真 (15)3.3.3逆变输出电压计算与仿真 (16)4 小结心得 (18)5 参考文献 (19)基础强化训练任务书学生姓名：专业班级：指导教师：工作单位：题目: 单相交直交变频电路性能研究初始条件：输入为单相交流电源，有效值220V。
要求完成的主要任务:（1）掌握单相交直交变频电路的原理；（2）设计出系统结构图，并采用matlab对单相交流调压电路进行仿真；（3）采用protel设计出单相交直交变频电路主电路、驱动电路、控制电路时间安排：2012年7月9日至2012年7月13日，历时一周，具体进度安排见下表参考文献：[1]王兆安，刘进军.《电力电子技术》第5版.北京：机械工业出版社，2011指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日1 总体原理图1.1 方框图图1 总体方框图1.2 电路原理图1.2.1 主回路电路原理图图2 主回路原理图如图所示，交直流变换电路为不可控整流电路，输入的交流电通过变压器和桥式整流电路转化为直流电，滤波电路用电感和电容滤波，逆变部分采用四只IGBT 管组成单项桥式逆变电路，采用双极性调制方式，输出经LC 低通滤波器滤波，滤除高次谐波，得到频率可调的交流电输出。
1.2.2 整流电路整流电路的功能是把交流电源转换成直流电源。
毕业设计24单相交直交SPWM变频电源的设计
由于传统能源的枯竭，各国对环境保护的重视以及现存电力系统的种种弊端，分布式发电将在未来的供电系统中发挥越来越重要的作用。
近年来以燃料电池发电技术，微型燃气轮机发电技术，光伏电池发电技术和风力发电技术为代表的新型分布式发电技术发展迅速。
但是分布式发电技术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、频率相匹配的工频交流电。
因此，针对特定的分布式发电技术研究与其相配套的变频电源就很有必要。
本文针对内燃机拖动永磁发电机的中小功率分布式发电系统，设计一套变频电源，将发电机发出的中频交流电变换为相电压220V,频率50Hz的工频交流电。
在论述和分析了变频电源及其控制技术发展的概况和趋势的基础上，结合本课题任务的实际情况，设计了一套中小功率的逆变电源。
系统中PWM控制信号采用专用集成芯片SA4828生成，减轻了控制器的工作量也提高了系统的可靠性。
控制器选用集成了A/D转换器的单片机，使得系统的硬科复杂性降低，提高了可靠性。
Since the exhaustion of the traditional energy, the high opinion of the environment anda variety of defeats of the current power system, distributed generation would bring into play more and more significant action. Recent years, some new distributed generation technology,such as fuel cell, micro gas turbine, solar cell and wind power generation, developed rapidly.But electricity generated by them can not merge into the electrified。
变频器原理及应用课程设计
变频器原理及应用课程设计一、引言现代工业生产中，电机作为驱动设备的重要组成部分，对其控制和调节已经成为一个不可避免的问题。
而变频器是现代电机控制技术中的重要设备，其应用范围十分广泛。
本文将介绍变频器的原理及应用，帮助读者全面了解变频器的基本知识，并通过课程设计的形式，提高学生对变频器的理解和应用能力。
二、变频器的原理1. 变频器的概念变频器是一种将交流电源转换为可变频交流电源，调节电机转速的装置。
其基本原理是通过控制变频器内部的电子元器件，改变输入电源电压的频率和幅值，从而达到控制电机转速的目的。
2. 变频器的组成变频器由输入端、控制电路和输出端三部分组成。
输入端接收交流电源，控制电路通过内部电子元器件对输入电源进行调节，输出端则将调节后的交流电源输出给电机。
3. 变频器的工作原理变频器接收交流电源后，经过整流、滤波等处理，获得直流电源，再通过PWM技术控制IGBT等元器件工作状态，输出可变频率、可变幅值的交流电源，以改变电机的转速，从而实现对电机转速的精确控制。
三、变频器的应用1. 变频器在工业领域中的应用变频器被广泛应用于工业生产中的各个领域，例如水泵、风机、制冷设备、压缩机等。
通过变频器对电机进行精确控制，不仅能提高电机的效率，降低噪音，同时还能减少能耗和维护成本，提高生产效率。
2. 变频器在家用领域中的应用近年来，随着家庭电器的智能化和节能化，变频器也开始被应用于家用电器中，例如空调、洗衣机、冰箱等。
通过变频器的控制，能够提高家电的控制精度和能效，同时减少了电器噪音。
四、变频器的课程设计在理论学习的基础上，为了更好地提高学生的实践能力，本文结合实际需求，设计如下课程：1. 课程名称：变频器的基本原理及应用技术2. 课程目标：•了解变频器的基本原理和应用技术•能够掌握变频器的控制方法和参数调节技术•通过实践操作，掌握变频器在电机控制中的应用技能3. 课程安排：•第一节：变频器的基本原理及结构•第二节：变频器的控制技术和参数调节•第三节：变频器实践操作及应用技术4. 教学方法：•理论讲解：讲解变频器的基本原理和应用技术•实验操作：通过实验操作，演示变频器在电机控制中的应用技能•讨论交流：与学生进行互动讨论，了解学生对变频器的理解和应用情况，提高学生的实践能力五、结论变频器是现代电机控制技术的重要设备，具有广泛的应用价值，带动了工业生产和家庭电器的智能化和节能化发展。
交直交变频的工作原理
西安交通大学电力电子与新能源技术研究中心(PENEC)制作
8.1.1
间接交流变流电路原理
整流和逆变均为PWM控制的电流型间接交流变流电路 通过对整流电路的PWM控制使输入电流为正弦波， 并使输入功率因数为1。
整流 Ld 逆变
VT1
VT3
Hale Waihona Puke VT5M 3 Ca 电源 b c
U V 负载 W
VT4
PENEC
2
西安交通大学电力电子与新能源技术研究中心(PENEC)制作
引言
组合变流电路：是将AC/DC、DC/DC、AC/AC和DC/AC 四大类基本变流电路中的某几种基本的变流电路组合起 来，以实现一定的新功能。 间接交流变流电路：先将交流整流为直流，再逆变为交 流，是先整流后逆变的组合。
PENEC
14
西安交通大学电力电子与新能源技术研究中心(PENEC)制作
8.1.2
3．矢量控制
交直交变频器
异步电动机的数学模型是高阶、非线性、强耦合的多变量系统。 传统设计方法无法达到理想的动态性能。 矢量控制方式基于异步电机的按转子磁链定向的动态模型，将 定子电流分解为励磁分量和与此垂直的转矩分量，参照直流调 速系统的控制方法，分别独立地对两个电流分量进行控制，类 似直流调速系统中的双闭环控制方式。 控制系统较为复杂，但可获得与直流电机调速相当的控制性能。
给定积分器输出的极性代表电机转向，幅值代表输出电 压、频率。绝对值变换器输出ugt的绝对值uabs，电压频 率控制环节根据uabs及ugt的极性得出电压及频率的指令 信号，经PWM生成环节形成控制逆变器的PWM信号， 再经驱动电路控制变频器中IGBT的通断，使变频器输 出所需频率、相序和大小的交流电压，从而控制交流电 机的转速和转向。
交直交变频技术
3.4.2 SPWM控制旳基本原理
采样控制理论有这么一种结论：冲量相等而形状不同旳窄脉冲加在具有 惯性旳环节上时，其效果基本相同。冲量即指窄脉冲旳面积，效果基本相同 是指环节旳输出响应波形基本相同。例如图3-20所示旳三种窄脉冲形状不同， 但面积相同（假如都等于1）。当它们分别加在同一种惯性环节上时，其输出 响应基本相同。且脉冲越窄，其输出差别越小。
图3-10 电流型变频器旳电路框图 图3-11 电流型变频器输出电压及电流波形
3. 制动电路
利用设置在直流回路中旳制动电阻吸收电动机旳再生电能旳方式称为动力制 动或再生制动。图3-12为制动电路旳原理图。制动电路介于整流器和逆变器之 间较大，或图要中求旳强制制动动单，元还涉能及够晶选体用管接VB于、H二、极G管两V点D上B和旳制外动接电制阻动R电B。阻假RE如B。回馈能量
整流电路把电源提供旳交流电压变换为直流电压，电路型式分为不 可控整流电路和可控整流电路。
中间电路分为滤波电路和制动电路等不同旳形式，滤波电路是对整 流电路旳输出进行电压或电流滤波，经大电容滤波旳直流电提供给逆 变器旳称为电压型逆变器，经大电感滤波旳直流电提供给逆变器旳称 为电流型逆变器；制动电路是利用设置在直流回路中旳制动电阻或制 动单元吸收电动机旳再生电能实现动力制动。
a) 全桥逆变电路
b) 工作波形
3.4 SPWM控制技术
3.4.1 概述 PAM (Pulse Amplitude Modulation)脉幅调制型，是一
种变化电压源旳电压Ud或电流源Id旳幅值，进行输出控制 旳方式。
交直流调速系统课程设计
目录交直流调速课程设计任务书 (2)前言 (4)关键词 (4)交直流调速课程设计说明书 (5)一、总体方案确实定 (5)1.1 现行方案的讨论与比拟 (5)1.2 选择PWM控制系统的优越性 (6)1.3采用转速电流双闭环的理由 (6)1.4起动过程电流和转速波形 (9)1.5 H桥双极式逆变器的工作原理 (9)1.6 PWM调速系统静特性 (11)二、双闭环直流调速系统的硬件结构 (12)2.1主电路 (13)2.2 电流调节器 (14)2.3转速调节器 (14)2.4控制电路设计 (15)2.5、控制环节电源设计 (16)2.6、限幅电路 (16)2.7转速检测电路 (17)2.8、电流检测电路 (17)2.9、泵升电压限制 (18)三、电机参数及设计要求 (19)3.1电路根本信息如下： (19)3.2计算反响关键参数 (19)四、课程设计心得体会 (23)五、系统主要硬件结构图 (24)参考文献： (25)交直流调速课程设计任务书一、题目：双闭环可逆直流PWM调速系统设计二、设计目的1、对先修课程〔电力电子学、自动控制原理等〕的进一步理解与运用2、运用?电力拖动控制系统?的理论知识设计出可行的直流调速系统，通过建模、仿真验证理论分析的正确性。
也可以制作硬件电路。
3、同时能够加强同学们对一些常用单元电路的设计、常用集成芯片的使用以及对电阻、电容等元件的选择等的工程训练。
到达综合提高学生工程设计与动手能力的目的。
三、系统方案确实定自动控制系统的设计一般要经历从“机械负载的调速性能〔动、静〕→电机参数→主电路→控制方案〞〔系统方案确实定〕→“系统设计→仿真研究→参数整定→直至理论实现要求→硬件设计→制板、焊接、调试〞等过程，其中系统方案确实定至关重要。
为了发挥同学们的主观能动作用，且防止方案及结果雷同，在选定系统方案时，规定外的其他参数由同学自已选定。
1、主电路采用二极管不可控整流，逆变器采用带续流二极管的功率开关管IGBT构成H型双极式控制可逆PWM变换器;2、速度调节器和电流调节器采用PI调节器；U*nm=U*i m =U cm=10V3、机械负载为对抗性恒转矩负载，系统飞轮矩〔含电机及传动机构〕GD2 ＝1.5Nm2；4、主电源：可以选择三相交流380V供电，变压器二次相电压为52V；5、他励直流电动机的参数：见习题集【4-19】〔p96〕n N=1000r/min，电枢回路总电阻R=2Ω，电流过载倍数λ=2；6、PWM装置的放大系数K s=11；PWM装置的延迟时间T s=0.4ms。
单相交-直-交变频电路设计
题目单相交-直-交变频电路设计摘要 (1)1 综合设计的目的及意义 (3)2 设计要求 (3)3 方案选择 (3)3.1 整流模块 (3)3.2 逆变模块 (4)3.3 PWM控制方式 (4)4 单相交直交变频电路的原理 (5)4.1 整流原理 (5)4.2 逆变原理 (6)4.3 滤波原理 (6)4.4 PWM调制原理 (6)5 仿真模型的建立 (6)5.1 主电路的搭建 (6)5.2 调制电路的搭建 (7)6 器件选型依据 (7)6.1 二极管 (7)6.2 绝缘栅双极晶体管IGBT (8)6.3 滤波电容和电感 (8)7 仿真结果的分析 (8)8 结论 (12)9 心得体会 (13)参考文献 (14)附录 (15)随着电力电子技术、计算机技术以及自动控制技术的快速发展，单相交直交变频系统也得到了迅速发展，它显著的变频能力，广泛的应用范围，完善的保护效力和易于实现的变频功能，得到了广大使用者的认可，在运行的安全可靠、安装使用以及维修维护等方面也给使用者带来了极大的益处。
本课题研究的是单相交直交变频电路设计，主要分为主电路和控制电路两部分，其中主电路还分为整流电路、滤波电路和单相桥式逆变电路，逆变部分则需要用到PWM控制电路。
本课题的整流部分选用不可控的桥式整流电路；滤波部分则选用LC低通滤波；逆变部分选用四个IGBT管组成的单相桥式逆变电路；控制电路则由三角波作为载波，正弦波作为调制波，二者滞环比较，形成PWM波，其中载波则由方波积分形成。
用MATLAB软件仿真出设计的电路，对其阻感性负载进行数据和波形分析，并采取相关措施使最后输出的波形接近正弦波。
关键词：整流、滤波、逆变、IGBT、PWM、MATLABAbstractWith the rapid development of power electronics technology, computer technology, automatic control technology, single-phase orthogonal frequency system has been developing rapidly, its remarkable frequency capability, a wide range of applications, perfect protection, as well as easy to implement the conversion function, has been recognized by the majority of users in the safe and reliable operation, installation, repair and maintenance, etc., but also to bring users great convenience.Research of single-phase AC-DC-AC inverter circuit design divided into the main circuit and control circuit, which can be divided into the main circuit rectifier circuit, filter circuit and single-phase bridge inverter circuit, and inverter control part of the need to use PWM control circuit. Subject rectifier bridge rectifier using uncontrollable; filtering section using LC low-pass filter; inverter part of the single-phase bridge inverter circuit composed of four IGBT tube; The control circuit uses a triangle wave as a carrier wave and a sine wave as a modulation wave. A hysteresis comparator is used to compare the two to form a PWM wave. The carrier wave is formed by integrating square waves. The designed circuit is simulated with MATLAB software, and the resistive and inductive load is analyzed for data and waveforms, and relevant measures are taken to make the final output waveform close to a sine wave.Keyword: rectifier、filter、inverter、IGBT、PWM、MATLAB1 综合设计的目的及意义(1)促进知识的融通，培养知识转化至解决实际工程问题的能力。
直流脉宽(PWM)调速系统设计与研究——主电路设计课设报告
沈阳理工大学课程设计摘要调速系统是当今电力拖动自动控制系统中应用最广泛的一中系统。
目前对调速性能要求较高的各类生产机械大多采用直流传动，简称为直流调速。
早在20世纪40年代采用的是发电机－电动机系统，又称放大机控制的发电机－电动机组系统。
这种系统在40年代广泛应用，但是它的缺点是占地大，效率低，运行费用昂贵，维护不方便等，特别是至少要包含两台与被调速电机容量相同的电机。
为了克服这些缺点，50年代开始使用水银整流器作为可控变流装置。
这种系统缺点也很明显，主要是污染环境，危害人体健康。
50年代末晶闸管出现，晶闸管变流技术日益成熟，使直流调速系统更加完善。
晶闸管－电动机调速系统已经成为当今主要的直流调速系统，广泛应用于世界各国。
近几年，交流调速飞速发展，逐渐有赶超并代替直流调速的趋势。
直流调速理论基础是经典控制理论，而交流调速主要依靠现代控制理论。
不过最近研制成功的直流调速器，具有和交流变频器同等性能的高精度、高稳定性、高可靠性、高智能化特点。
同时直流电机的低速特性，大大优于交流鼠笼式异步电机，为直流调速系统展现了无限前景。
单闭环直流调速系统对于运行性能要求很高的机床还存在着很多不足，快速性还不够好。
而基于电流和转速的双闭环直流调速系统静动态特性都很理想。
关键字：调速系统直流调速器晶闸管晶闸管－电动机调速系统沈阳理工大学课程设计目录1 绪论 (1)1.1 背景 (1)1.2 直流调速系统的方案设计 (1)1.2.1 设计已知参数 (1)1.2.2 设计指标 (2)1.2.3 现行方案的讨论与比较 (2)1.2.4 选择PWM控制系统的理由 (2)1.2.5 选择IGBT的H桥型主电路的理由 (3)1.2.6 采用转速电流双闭环的理由 (3)2 直流脉宽调速系统主电路设计 (4)2.1 主电路结构设计 (4)2.1.1 PWM变换器介绍 (4)2.1.2 泵升电路 (7)2.2 参数设计 (7)2.2.1 IGBT管的参数 (7)2.2.2 缓冲电路参数 (8)2.2.3 泵升电路参数 (8)3 直流脉宽调速系统控制电路设计 (9)3.1 PWM信号发生器 (9)3.2 转速、电流双闭环设计 (9)3.2.1 电流调节器设计 (10)3.2.2 转速调节器设计 (13)4 系统调试 (17)4.1 系统结构框图 (17)4.2 系统单元调试 (17)4.2.1 基本调速 (17)4.2.2 转速反馈调节器、电流反馈调节器的整定 (18)4.3 实验结果 (18)4.3.1 开环机械特性测试 (18)4.3.2 闭环系统调试及闭环静特性测定 (19)5 总结 (20)参考文献 (21)附录A (22)A.1 晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定 (22)A.2 双闭环可逆直流脉宽调速系统性能测试 (26)沈阳理工大学课程设计1 绪论背景在现代科学技术革命过程中，电气自动化在20世纪的后四十年曾进行了两次重大的技术更新。
交-直-交
比N是变化的。
在采用异步调制方式时，希望尽量提高载波频率，以使在调制信号频率较 高时仍能保持较大的载波比，改善输出特性。
2.同步调制
载波比N等于常数，并在变频时使载波信号和调制信号保持同步的调 制方式称为同步调制。在基本同步调制方式中，调制信号频率变化时载 波比N不变。调制信号半个周期内输出的脉冲数是固定的，脉冲相位也是 固定的。
（1）自然取样法
此方法与采用模拟电路由硬件自然确定SPWM脉冲宽度的方法很相似， 故称为自然取样法。然而微机是采用计算的办法，寻找三角载波uΔ与参考 正弦波uR的交点，从而确定SPWM脉冲宽度的。
（二）规则取样法
规则取样法就是用UR和UΔ 近似交点A和B代替实际的交点Aˊ和Bˊ。用以确定 SPWM脉冲信号的。这种方法虽然有一定的误差，但却大大减小了计算工作量。由下 图可很容易地求出规则取样法的计算公式。
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第3章 交-直-交变频技术
本章要点 交—直—交变频的基本电路
脉冲调制型变频 谐振型变频
1-1变频电路的基本概念
一、交流变频电源的用途 1、标准50Hz电源： 2、不间断电源UPS 3、中频装置：冶金、感应加热、淬火 4、变频调速 二、变频器的分类及组成 1、变频器的分类 （1）交——交变频器 （2）交—直—交变频器 2、交—直—交变频器的组成 （1）电压型变频器 （2）电流型变频器
脉宽调制（简称PWM）型变频是靠改变脉冲宽度 来控制输出电压，通过改变调制周期来控制其输出频 率，所以脉冲调制方法对PWM型变频的性能具有根本 性的影响。
（2）电压调节方式 ①PAM调节方式:电压调节在直流侧完成，逆变器只变频
A、采用可控整流器整流，通过对触发脉冲的相位控 制直接得到可调直流电压。电路简单，但电网侧功率因数 低，特别是低电压时，更为严重。
电力电子设计报告 三相电压型交直交变频器设计与仿真
电力电子课程设计报告设计题目三相电压型交直交变频器设计与仿真指导老师设计者专业班级学号摘要目前国际形势纷乱复杂、能源危机日益突出，能源瓶颈已经逐渐成为了制约国民经济持续发展的主要因素之一，迫切需要提高工农业生产中的能源利用率。
本课程设计正是基于目前我国交流电气传动系统的现状，设计了一台电压源型通用变频器。
随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，交流变频调速技术得到了迅速发展，其显著的节能效益，高精确的调速精度，宽泛的调速范围，完善的保护功能，以及易于实现的自动通信功能，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。
因此，研究交—直—交变频调速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/Simulink搭建交—直—交变频调速系统的仿真模型，通过试验对该交—直—交变频器的基本工作原理、工作特性及作用有更深的认识，也对谐波对于交—直—交变频器的影响有了一定的了解。
关键词：交—直—交变频，整流，逆变，simulink仿真，谐波目录摘要 .................................................................................................................... I I 第1章绪论. (5)1.1课程设计的目的 (5)1.2课程设计的任务与要求 (5)1.3课程设计的内容 (5)1.4控制方式 (6)1.5M ATLAB的原理应用及S IMULINK仿真 (7)第2章三相电压型交直交变频器的组成及基本原理 (8)2.1三相电压型交直交变频器的基本构成 (8)2.2交直交变频器的工作原理 (10)2.3使用变频器要注意的问题 (11)2.4交直交变频的基本工作特性 (11)2.5PID控制器的参数整定 (11)第3章主电路设计及仿真 (12)3.1设计方案 (12)3.2主电路结构原理图 (13)3.3电路类型选择依据 (13)3.4整流器的工作原理及设计 (14)3.4.1 整流器的基本工作原理 (14)3.4.2 整流元件的选择 (16)3.4.3 电抗器参数计算 (16)3.4.4 整流器的设计与仿真 (16)3.5逆变器的工作原理及设计 (21)3.5.1 逆变器的基本工作原理 (21)3.5.2 逆变器的设计与仿真 (24)3.5.3 PI控制电路的设计与仿真 (28)3.5.4 PWM波的产生设计与仿真 (30)第4章驱动保护电路的设计 (33)4.1过电压保护： (33)4.2过电流保护 (34)4.3IGBT驱动电路 (34)4.4触发电路选择与设计 (35)第5章综合设计与仿真 (37)5.1.1 交直交变频器模型 (37)5.1.2 检验是否满足性能指标的要求。
三相异步电动机变频调速系统设计及仿真.
天津职业技术师范大学课程设计说明书题目：三相异步电动机变频调速系统设计及仿真指导老师：班级：机检1112班组员天津工程师范学院课程设计任务书机械工程学院机检1112 班学生课程设计课题：三相异步电动机变频调速系统设计及仿真一、课程设计工作日自 2015 年 1 月 12 日至 2015 年 1 月 23 日二、同组学生：三、课程设计任务要求（包括课题来源、类型、目的和意义、基本要求、完成时间、主要参考资料等）：1、目的和意义交流调速是一门重要的专业必修课，它具有很强的实践性。
为了加深对所学课程（模拟电子技术、数字电子技术、电机与拖动、电力电子变流技术等）的理解以及灵活应用所学知识去解决实际问题，培养学生设计实际系统的能力，特开设为期一周的课程设计。
2、具体内容写出设计说明书，内容包括：（1）各主要环节的工作原理；（2）整个系统的工作原理（包括启动、制动以及逻辑切换过程）；（3）调节器参数的计算过程。
2．画出一张详细的电气原理图；3．采用Matlab中的Simulink软件对整个调速系统进行仿真研究，对计算得到的调节器参数进行校正，验证设计结果的正确性。
将Simulink仿真模型，以及启动过程中的电流、转速波形图附在设计说明书中。
4、考核方式1．周五采用口试方式进行考核（以小组为单位），成绩按百分制评定。
其中小组分数占60%，个人成绩占40%（包括口试情况和上交材料内容）；2．每天上午8:30--11:30在综合楼226房间答疑。
五、参考文献1、陈伯时．电力拖动自动控制系统----运动控制系统（第3版）．机械工业出版社，2003指导教师签字：教研室主任签字：目录第一章绪论 (2)第二章系统总体设计方案 (4)2.1 概述 (4)2.2系统组成结构及工作原理 (4)2.2.1恒压频比控制下的机械特性 (4)2.2.2变频器 (6)2.2.3变频器主电路工作原理 (6)2.2.4整流电路 (7)2.2.5逆变电路 (7)2.2.6调节器 (9)2.2.7启动制动 (10)第三章硬件设计及选型 (11)3.1主电路的设计 (11)3.2整流电路设计 (11)3.3逆变电路的设计 (12)第四章simulink仿真 (13)4.1建立模型 (13)4.2 未变频时仿真结果 (14)4.3变频时仿真结果（基频以下调速） (15)4.4变频时仿真结果（基频以上调速） (17)关于变频调速的总结 (18)附电气图 (19)参考文献 (19)第一章绪论在交流调速中，交流电动机的调速方法有三种：变极调速、改变转差率调速和变频调速。
变频技术教案(短训班)
+
S1
S3
S5
A•
Ud
B•
O
S4
S6
C• S2
负载
-
电路的工作原理：在一个周期内，控制各个 开关轮流导通和关断，使输出端A、B、C获得三 相交流电压，改变开关导通和关断时间，则可得 到不同的输出频率。
变频调速系统的核心是变频器，变频器的构成及工作 原理较复杂，本课程仅对变频器的构成、原理、实际操作 等作一简单介绍。
一、变频调速的基本原理
我们知道，三相交流异步电动机的转速公式为： n=（1－s）60f1/p 式中 f1——电动机电源的频率（Hz）
p——电动机定子绕组的磁极对数 s——转差率 可见，在转差率s变化不大的情况下，可以认为，调 节电动机定子电源频率f1，电动机的转速n随之成正比变 化。若均匀改变电动机电源的频率f1，则可以平滑地改变 电动机的转速。
课堂作业：
1、变频器按变换频率的方法分为（
）和（
）。
2、变频器按主电路工作方式分（ ）和（
）。
3、电压型变频器适用于频繁可逆运转的变频器和大容量
变频器。（ ）
4、由公式n=（1－s）60f1/p，调节电动机定子电源频率f1， 电动机的转速n随之成正比变化，频率f1改变的同时， 对电动机的结构产生什么影响？如何改善？
四、按工作原理分类 1、U/f控制变频器
对变频器输出电压和频率同时进行控制，通过保持 U/f恒定使电动机获得所需的转矩特性。成本低，多用 于精度要求不太高的通用变频器。
2、SF控制变频器（转差频率控制变频器 ）
转差频率控制方式是对U/f控制的一种改进，这种控 制方式需要由安装在电动机上的速度传感器检测出电动 机 的转速，构成速度闭环，速度调节器的输出为转差频率， 而变频器的输出频率则由电动机的实际转速与所需转差 频率之和决定。由于通过控制转差频率来控制转矩和电 流，与U/f控制相比其加减速特性和限制过流的能力得到 提高。
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目录第1章变频电源方案论证及设计 (1)1.1设计要求及内容 (1)1.2交流-直流部分设计方案 (1)1.3直流-交流部分设计方案 (2)1.4驱动电路设计方案 (2)第2章主回路元件选择 (4)2.1电容滤波的三相不可控整流电路 (4)2.2双极性调制控制方式的三相桥式PWM电压型逆变电路 (5)第3章保护电路、缓冲电路设计 (7)3.1 短路保护 (7)3.2过电压保护 (7)3.3缓冲电路具体设计 (8)总结 (9)参考文献 (10)附录1 元件清单 (11)附录2 电路图 (12)第1章变频电源方案论证及设计1.1 设计要求及内容输出交流额定相电压220V，额定相电流240A，频率变化范围2-50Hz，其交流输入线电压为380V，电压波动率为±10%。
（1）变频电源方案论证及设计；（2）主回路元件选择；（3）驱动电路设计；（4）保护电路设计；（5）缓冲电路设计；（6）PWM控制策略；（7）滤波电路设计；（8）逆变变压器设计；1.2 交流-直流部分设计方案图1 交-直-交PWM变频电源设计方案对于AC-DC部分，由于三相交流输入线电压为380V，电压波动率为±10%，故此采用电容滤波的三相不可控整流电路，电路图如下：图2 主电路AC-DC部分加入电容C，滤平全波整流后的电压纹波，另外当负载变化时，使直流电压保持平稳，即滤波作用。
1.3直流-交流部分设计方案对于DC-AC部分，由于指定用PWM控制技术进行逆变，故此采用三相桥式PWM电压型逆变电路，电路图如下：图3 主电路DC-AC部分电路中的两个电容即为总体框图中的Ca 和Cb。
1.4 驱动电路设计方案图4 驱动电路设计由于本交-直-交PWM变频电源的逆变电路采用三相桥式PWM电压型逆变电路，根据其特点，要求逆变电路中采用全控型电力电子器件，然而电力电子器件中的全控型器件种类较多，有电力MOSFET、GTR、GTO等。
其中GR、GTO的关断速度较差，会影响输出波形，效果会很差。
而IGBT则综合了电力MOSFET以及GTR的特点，所以本设计中选择IGBT作为逆变电路中的开关器件。
从而驱动电路为IGBT的驱动电路。
第2章主回路元件选择2.1电容滤波的三相不可控整流电路图5 电容滤波的三相不可控整流电路（1）输出电压平均值空载时，输出电压平均值最大，为Ud =√6U2=2.45U2。
随着负载加重，输出电压平均值减小，至wRC=√3进入id连续情况后，输出电压波形成为线电压的包络线，其平均值为Ud =2.34U2。
可见，Ud在2.34U2到2.45U2之间变化。
（2）电流平均值输出电流平均值IR为IR =Ud/R与单相电路情况一样，电容电流iC平均值为零，因此，Id =IR在一个电源周期中，id有六个波头，流过每一个二极管的是其中的两个波头，因此二极管电流平均值为IVD =Id/3（3）二极管承受的电压二极管承受的最大反向电压为线电压的峰值，为√6U2。
（4）电容的选定对于电容滤波的三相不可控整流电路，负载电流存在着连续与不连续的问题，本设计中确定负载电流连续，即满足条件wRC=√3。
由于交流输入电源的工频为50HZ，所以w=314rad/s，R取1KΩ（本滤波整流电路右侧为三相桥式PWM 型逆变电路，其输入电阻比较大，故整定本滤波整流电路负载为1 KΩ）。
所以，电容C=5.516μF。
电容的电压值以及电流值选取：由于Ud 在2.34U2到2.45U2之间变化，故此电容两端的电压值的范围也为2.34U2到2.45U2之间。
因此，可以得到2.34X（380/√3）V≤Ud≤2.45（380/√3）V514.8V≤Ud≤550V在整个整流过程中，电容的电流平均值为零。
根据上面计算，选择电容参数如下：型号：铝电解电容 CD71C品牌：雅斯特参数：额定电压750V ，电容值：100UF（5）二极管的选定电压值选取本电容滤波的三相不可控整流电路中各个二极管承受的最大反向电压为√6U2，即537.40V。
选取一定的安全裕量，即取UVD为所承受的最大反向电压的1到2倍UVD=537.40~1074.8V电流值选取Id =IR=Ud/R=0.5148A考虑到安全裕量，取ic=1AIVD =Id/3=0.1716A考虑到安全裕量，取ic=0.2A根据上述计算，所以选择二极管参数如下：型号：2CP29峰值电流：0.3A最大电压：1000V数量：62.2双极性调制控制方式的三相桥式PWM电压型逆变电路（1）IGBT的选择由于逆变电路直流侧电压为左侧整流电路id连续时的电压，即U d =2.34U2=514.8V。
在IGBT导通时，管压降可忽略不计，电感在充放电的过程中平均电流为零，因此，电路中流过的电流为I=Ud/R=514.8÷1000=0.5148A考虑一定的裕量，则IGBT的耐流值取I的1.5倍，即0.7722AIGBT承受的电压为U/2，即257.4V，考虑一定的裕量，则IGBT的耐压值d772.2V。
根据上述计算，选择IGBT参数如下：型号：GTl53101最高耐压值：1000V最高电流值；200A数量：6个（2）二极管的选择二极管承受的电压同为257.4V，考虑一定的裕量，则二极管耐压值取1.5倍，即386.1V；二极管流过的电流为0.5148A，考虑一定的裕量，则二极管耐流值取1.5倍，即0.7722A。
根据上述计算，选择二极管参数如下：型号：BY550-1000峰值电流：1A额定最大电压：1000V（3）电阻电容电感的选择选择三个1千欧姆的CF50碳膜电阻器，两个铝电解电容 CD71C，三个SDRH62绕线贴片功率电感。
第3章保护电路、缓冲电路设计3.1 短路保护利用死区生成电路进行短路保护，其作用是防止逆变桥同一相上下两个桥臂直通而造成短路。
电路形式如下：图6 短路保护电路器件选择：在电压型逆变电路的PWM控制中，同一相上下两个臂的驱动信号都是互补的。
但实际上为了防止上下两个臂直通而造成短路，在上下两臂通断切换时要留一小段上下臂都施加关断信号的死区时间。
死区时间的长短主要由功率开关器件的关断时间来决定。
这个死区时间将会给输出的PWM波形带来一定影响，使其稍微偏离正弦波。
由于死区时间取决于电容的充电时间，而经过滞回比较器输出的信号最大幅值约为5V，低电平为0.5V根据电容充放电特性UC =US(1-e-t/RC) UCmax=5V令t=7Μs,则两边同时取对数，得出结果为RC=4.3X10-6s，取C=104pF，R=394.6KΩ所以选择一个50V-104PF-Z瓷片电容，一个394.6 KΩ的CF50碳膜电阻器。
3.2过电压保护（1）、在IGBT中加上缓冲电路，吸收浪涌电压。
在缓冲电路的电容器中使用薄膜电容，并配置在IGBT附近，使其吸收高频浪涌电压。
具体方案在第六章缓冲电路的设计中将会说明。
（2）、调整IGBT的驱动电路的-VGE 和RG，减小di/dt（3）、为了减小主电路和缓冲电路的配线电感，配线要更粗、更短。
在配线中使用铜条。
另外进行并列平板配线（分层配线），使用配线低电感化将有很大的效果。
3.3缓冲电路具体设计本次用到的IGBT型号为Tl53101，高耐压值为1000V，高电流值为200A，根据情况选择缓冲电路结构如下所示：图7 缓冲电路设计如图所示，逆变电路中采用了充放电型RCD缓冲电路。
在无缓冲电路的情况下，逆变电路中的IGBT开通时电流迅速上升，di/dt 很大，关断时du/dt很大，并出现很高的过电压。
在有冲放型RCD缓冲电路的情况下，开通时缓冲电容先通过R向IGBT放电，使电流先上一个台阶，以后因为有di/dt抑制电路的缘故，电流上升速度减慢。
缓冲电路中的电阻和二极管是在IGBT关断时提供放电回路而设置的。
总结经过这么久的努力，终于做完了这次课程设计。
通过这段时间的学习，发现了自己的很多不足，无论是对知识的理解还是实践能力以及理论联系实际的能力还急需提高。
开始做课程设计时，因为不知从哪下手，就不假思考的照着同学给的模板做，后来发现模板里存在一些问题，于是不得不在一些地方返工。
后来就是自己先系统知识，然后自己一步一步脚踏实地的做了。
所以一个很深的感触就是，做好一件事情，首先要对这方面的知识系统化，然后在头脑里理清思路，哪里开始，怎样一步步做下去，怎样结束。
然后再按这个计划一步步认真做。
这样每天做一些东西接近目标的小小成就感，就促使着自己认真做完。
此次设计使我对电力电子技术有了新的认识,更深的了解，基本掌握了基本变流电路的设计。
这次设计对我们的锻炼是多方面的，除了对设计过程熟悉外，我们还进一步提高了作图，编辑，各种信息的查阅和分析，也大大的提高了自己的计算能力，及对WORD文档的使用等多方面的进一步的了解。
本次课设应该感谢学院的安排，让我们在学习课本知识的同时，能够有这样良好的机会实践,加深对所学理论知识的理解,掌握工程设计的方法。
因为认真对待所以感觉学到了东西。
更应该感谢导老师的细心指导，要不然靠我们自己不可能那么顺利完成。
通过这次课程设计,我深深懂得要不断的把所学知识学以致用,还需通过自身不断的努力,不断提高自己分析问题,解决问题的能力!参考文献[1]电力电子技术（第四版）.王兆安,黄俊.机械工业出版社.2000[2]电力电子器件及其应用.李旭葆,赵永健.机械工业出版社.1996[3]电力电子技术.邵丙衡.中国铁道出版社.1997[4]现代电力电子技术基础.赵良炳.清华大学出版社.1995[5]模拟电子技术（修订版）.罗桂娥.中南大学出版社.2003附录1 元件清单附录2 电路图。