交-直-交PWM变频电源课程设计

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C

a 和C

b

。

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U

d =√6U

2

=2.45U

2

。随着负载加重，输出

电压平均值减小，至wRC=√3进入i

d

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U

d =2.34U

2

。可见，U

d

在2.34U

2

到2.45U

2

之间变化。

（2）电流平均值输出电流平均值I

R

为

I

R =U

d

/R

与单相电路情况一样，电容电流i

C

平均值为零，因此，

I

d =I

R

在一个电源周期中，i

d

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

I

VD =I

d

/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U

d 在2.34U

2

到2.45U

2

之间变化，故此电容两端的电压值的范围也为

2.34U

2到2.45U

2

之间。因此，可以得到

2.34X（380/√3）V≤U

d

≤2.45（380/√3）V

514.8V≤U

d

≤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√

6U

2，

即537.40V。

选取一定的安全裕量，即取U

VD

为所承受的最大反向电压的1到2倍

U

VD

=537.40~1074.8V

电流值选取

I

d =I

R

=U

d

/R=0.5148A

考虑到安全裕量，取i

c

=1A

I

VD =I

d

/3=0.1716A

考虑到安全裕量，取i

c

=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：6

2.2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i

d

连续时的电压，即

U d =2.34U

2

=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=U

d

/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0.7722A