电力电子课设交-直-交PWM变频电源
交-直-交PWM变频电源课程设计
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21.4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42.2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83.3 ................................................... 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。
电力电子变频器及PWM控制原理
（2）换流时不能插入死区，以防止感性负载与线路分 布电感由于开路而感应瞬时高电压，威胁功率器件安全， 因此三组开关也不能同时断开。也就是说，既不允许两组 开关同时导通，也不允许有切换死区，所以必须有严格的 逻辑控制。
2.1.2 矩阵式交-交变频器
u1 ~
VT1p is1 VT1n iL R
2.1.2 矩阵式交-交变频器
1. 电路结构
K1
三相输入
L
a
C
TA1
b
c
TA2
A
K2 控制电源
n 输入电压 检测变压器
B
~ ua ~ ub ~ uc a SAa SAb b SAc c A uCA uAB B uBC C
TA3
C
图2-4 矩阵式交-交变频器的主电路
SBa
2. PWM控制方式
它是把变压（VV）与变频（VF）集中于逆变器完成，即前面为 不可控整流器，中间直流电压恒定，而后由逆变器同时完成变压与
变频，逆变器采用脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation）的方式，
简称PWM控制方式。
2.2 交-直-交变频器
交-直-交变频器根据不同的标准进行分类，如下所示：
wt
uo
O
wt
io
O 1 2 图4-20 3 4 5 6
wt
u I = U dm cos I
设期望的A相输出电压为
u A = U Am sinwt
则该电压应由整流组I与整流组IV切换提供， I组供电电压为
u I = U dm cos I
称作周波变换器(Cycloconveter）。
CVCF VVVF
交--交变频器与交--直--交变频器有什么区别
1交直交电压型变频器，此类变频器价格比较贵，另外技术上存在二大问题，一是存在中间整流滤波环节，故效率比较低，二是当电动机处于发电状态能量返回电网困难，通常是接通电阻回路把能量消耗掉，这样一方面增大设备的体积，另一方面能量未得到利用，是极大的浪费，为了使能量能得到利用，可增加有源逆变电路，但这又增加成本和电路的复杂性。
交交变频器其工作原理是将三相工频电源经过几组相控开关控制直接产生所需要变压变频电源，其优点是效率高，能量可以方便返回电网，其最大的缺点输出的最高频率必须小于输入电源频率1/3或1/2，否则输出波形太差，电机产生抖动，不能工作。
故交交变频器至今局限低转速调速场合，因而大大限制了它的使用范围。
2交- 交变频技术交-交变频器采用晶闸管自然换流方式，工作稳定，可靠，适合作为双馈电机转子绕组的变频器电源，交交变频的最高输出频率是电网频率的1/3-1/2，在大功率低频范围有很大的优势。
交交变频没有直流环节，变频效率高，主回路简单，不含直流电路及滤波部分，与电源之间无功功率处理以及有功功率回馈容易。
虽然交交变频双馈系统得到了普遍的应用，但因其功率因数低，高次谐波多，输出频率低，变化范围窄，使用元件数量多使之应用受到了一定的限制。
矩阵式变频器是一种交交直接变频器，由九个直接接于三相输入和输出之间的开关阵组成。
矩阵变换器没有中间直流环节，输出由三个电平组成，谐波含量比较小；其功率电路简单、紧凑，并可输出频率、幅值及相位可控的正弦负载电压；矩阵变换器的输入功率因数可控，可在四象限工作。
虽然矩阵变换器有很多优点，但是在其换流过程中不允许存在两个开关同时导通的或者关断的现象，实现起来比较困难。
矩阵变换器最大输出电压能力低，器件承受电压高也是此类变换器一个很大缺点。
应用在风力发电中，由于矩阵变换器的输入输出不解耦，即无论是负载还是电源侧的不对称都会影响到另一侧。
另外，矩阵变换器的输入端必须接滤波电容，虽然其电容的容量比交直交的中间储能电容小，但由于它们是交流电容，要承受开关频率的交流电流，其体积并不小。
电力电子变换和控制技术教程课件：交流、直流变换器(整流器)脉波整流、高频PWM整流
电力电子学—电力电子变换和控制技术
交流/直流变换器（整流器）
5.1 整流的基本原理 5.2 负载性质对整流特性的影响 5.3 交流电路电感对整流特性的影响 5.4 相控整流电路输出电压的谐波分析 5.5 带平衡电抗器的双三相桥12脉波整流电路 5.6 相控有源逆变电路 5.7 相控整流及有源逆变晶闸管触发控制 5.8 三相高频PWM整流 5.9 整流器的类型和性能指标
受到反压被强迫关断的时刻
13
单相桥式全控整流
vS
T上01、下T桥v4g一臂组间，触发T脉2、22冲T3相一差组1：80两°组电间角、 t
度。
vd
❖工作原理
0
t
同频/同周期、有协调的
❖名词术语
触发控制角α
相位关系→正常工作条件 idd
相控整 流
导通角θ ： 这里θ=π-α
0
t
移相：实现“相控”
iD1 iA T 1 T 1
T3
T5
T1
TS
TS / 3
π O π
t
3
3 (c)整流电压、电流iD
10
三相桥式不控整流
vPO
vA
vB
vC vA 2VS sin t
3
5
7
D1
D3
D5
D1
D3
t 2
t 4
t 6
t8
O t1 t3 t5 t7
t
脉波数m=6 脉波宽60°
vON D6 2 D2 4 D4 6 D6 8 D2
电源相电压有效值
电源线电压有效值
O
60o
Ⅰ ⅡⅢ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅰ Ⅱ
ID
t
电力电子课设交-直-交PWM变频电源
目录一、课程设计任务 (2)1.1设计目的 (2)1.2设计要求 (2)1.3设计内容 (2)二、方案论证 (3)2.1整流电路方案 (3)2.2中间滤波电路方案 (4)2.3逆变电路方案 (4)三、主回路系统组成 (7)四、元件参数计算及选择 (8)五、单元电路设计 (10)5.1驱动电路设计 (10)5.2保护电路设计 (11)5.3缓冲电路设计 (13)5.4输出滤波设计 (15)5.5逆变变压器选择 (15)六、PWM控制策略 (17)七、总结 (20)八、参考文献 (20)附录 (21)附录一元件清单................................................................... 错误!未定义书签。
附录二原理图 (21)一、课程设计任务1.1设计目的电力电子技术课程设计是电气自动化工程专业学生在整个学习过程中一项综合性实践环节，复习和巩固本课程及其他课程的有关内容，对学生的实践能力的培养和实践技能分训练具有相当重要的意义。
通过设计使得获得电力电子技术必要的基本理论、基本分析方法以及基本技能的培养和训练，为学习后续课程以及从事与电气工程及其自动化专业有关的技术工作和科学研究打下一定的基础，也便于学生加深理解和灵活运用所学的理论，提高学生独立分析问题、解决问题的能力，为毕业后的工程实践打下良好的基础。
1.2设计要求要求交流输出额定相电压220V,额定相电流为240A，频率变化范围2~50Hz，其交流输入相电压为380V，电压波动频率为为±10％。
1.3设计内容(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)逆变变压器设计二、方案论证2.1整流电路方案整流电路是将交流电变为直流电，实现AC/DC的转换。
在实际应用中，一般使用桥式整流电路。
2020年电力电子课程设计交直交变频器设计
电力电子技术课程设计-1 -综述交-直-交变频器由主要由 AC-DG DC-AC两类基本电路组成，先通过AC-DC整流电路将交流电转换为直流电，经过滤波等处理后，再通过DC-AC逆变电路，将直流电转换为交流电。
整流电路采用三相全控桥整流，输出的整流电压脉动小、易于滤波；经过滤波处理后的直流电进入逆变电路，逆变电路采用 PWM控制电压式逆变电路，通过 PWM技术控制逆变电路中IGBT的通断时间，实现对输出交流电的控制，以更好的满足电机对供电电源的要求。
主电路的驱动与控制，主要是对各部分开关器件的控制，即对晶闸管和IGBT的驱动与控制。
晶闸管是半控型器件，门极收到脉冲触发才能够导通，IGBT是全控型器件，门极电压触发导通，由芯片控制生成的PWM信号给IGBT触发信号，控制IGBT的通断，从而实现对主电路的精确控制。
交-直-交变频器的设计-2 -1主回路单元电路分析与设计1变频器概述交-直-交变频器是由 AC-DC DC-AC两种基本变流电路组成，先将交流电整流为直流电，再将直流电逆变为交流电，因此，此类电路又称为间接交流变流电路。
交-直-交变频器与普通交-交变频器相比，最主要的优点是输出频率不再受输入电源频率的制约。
国内应用的低压变频器几乎全是电压源型，中间直流是用电容平波，整流后面可加电容滤波，再经过逆变输出理想交流电压，可以做交流电机的电压源。
2整流部分整流电路 AD-DC的作用是将交流电变为直流电。
按组成器件可以分为不可控、半控、全控三种；按电路结构可以分为桥式电路和零式电路；按交流输入相数可以分为单相电路和三相电路。
三相整流电路输出直流电压脉动较小，易于滤波处理，故采用三相整流电路。
常用的三相整流电路有三相半波可控整流电路与三相桥式全控整流电路。
1三相半波可控整流电路團1-1三相半菠可控整流电路共阴极接法三个晶闸管阴极连接在一起，为三相半波共阴极接法，为了得到零线，变压器二次侧接成星形，一次侧连成三角形，避免三次谐波流入电网图1-2输入电压与输出电压披形当晶闸管触发角a为°时，在一个周期之内，当某一相电压最高时，对应的晶闸管导通，三相电压依次为最高电压，则三个晶闸管依次导通，输出电压ud时时与最高相电压一致,输出波形如上图所示，带阻感负载或电阻负载aV 3°时，输出电压平均值为Ud=17U2 cosa,输出电压最大值为 17U2。
电力电子课设交-直-交PWM变频电源.doc
目录一、课程设计任务 (2)1.1设计目的 (2)1.2设计要求 (3)1.3设计内容 (3)二、方案论证 (3)2.1整流电路方案 (3)2.2中间滤波电路方案 (4)2.3逆变电路方案 (5)三、主回路系统组成 (5)四、元件参数计算及选择 (6)五、单元电路设计 (6)5.1驱动电路设计 (6)5.2保护电路设计 (6)5.3缓冲电路设计 (6)5.4输出滤波设计 (6)5.5逆变变压器选择 (6)六、PWM控制策略 (7)七、总结 (7)八、参考文献 (7)附录 (7)附录一元件清单 (7)附录二原理图 (7)一、课程设计任务1.1设计目的电力电子技术课程设计是电气自动化工程专业学生在整个学习过程中一项综合性实践环节,复习和巩固本课程及其他课程的有关内容,对学生的实践能力的培养和实践技能分训练具有相当重要的意义。
通过设计使得获得电力电子技术必要的基本理论、基本分析方法以及基本技能的培养和训练,为学习后续课程以及从事与电气工程及其自动化专业有关的技术工作和科学研究打下一定的基础,也便于学生加深理解和灵活运用所学的理论,提高学生独立分析问题、解决问题的能力,为毕业后的工程实践打下良好的基础。
1.2设计要求要求交流输出额定相电压220V,额定相电流为240A,频率变化范围2~50Hz,其交流输入相电压为380V,电压波动频率为为±10％。
1.3设计内容(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)逆变变压器设计二、方案论证2.1整流电路方案整流电路是将交流电变为直流电,实现AC/DC的转换。
在实际应用中,一般使用桥式整流电路。
常用的桥式整流电路可以分为：不可控整流、全控整流、半控整流。
所以有以下两种种方案：方案一：不可控整流。
三相桥式不可控整流电路中整流器件是普通的二极管,是不可控器件,当它承受正向电压时会立即自然导通,承受反向电压时会立即阻断电路。
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。
100W单相交-直-交变频电路要点
辽宁工业大学电力电子技术课程设计（论文）题目：100W单相交-直-交变频实验装置院（系）：电气工程学院专业班级：电气105班学号：100303145学生姓名：王林指导教师：（签字）起止时间：2012-12-31至2013-1-11课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院教研室：电气Array注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算摘要单相交-直-交变频电路在工业生产，生活娱乐，仪器运行等很多方面都有着广泛的应用，其中目前应用最广泛的应属于电网互联。
单相交-直-交变频电路可分为主电路和控制电路，其主电路包括整流电路、滤波电路和逆变电路，而控制电路包括控制电路、驱动电路和保护电路。
本设计对于整流部分采用不可控制整流电路；滤波部分采用LC低通滤波器，得到高频率的正弦波交流输出；逆变部分由四只IGBT管组成单相桥式逆变电路。
控制电路选用以单片集成函数发生器ICL8038为核心组成，生成两路PWM信号，分别用于控制两对IGBT；驱动电路采用了具有电气隔离集成驱动芯片M57962L；保护电路采用双D触发器CD4013。
关键词：整流；滤波；逆变；PWM；IGBT目录第1章绪论 (1)1.1电力电子技术概况 (1)1.2本文设计内容 (1)第2章 100W单相交-直-交变频电路设计 (2)2.1100W单相交-直-交变频电路总体设计方案 (2)2.2具体电路设计 (3)2.2.1 主电路设计 (3)2.2.2 控制电路设计 (5)2.3元器件型号选择 (9)2.4系统调试或仿真、数据分析 (10)第3章课程设计总结 (13)参考文献 (14)附录Ⅰ控制电路原理图 (15)附录Ⅱ驱动和辅助电源原理图 (16)第1章绪论1.1电力电子技术概况集中发电、远距离输电和大电网互联的电力系统是目前电能生产、输送和分配的主要方式。
但是在配电网中，城市居民和商业用户、农村和半城镇区域的负荷具有很大的随机波动性。
交—直—交电压型SPWM变频调速
目
录
一、变频调速的基本概念..................................................................................................... 7 概 述.............................................................................................................................. 7 1、变频调速技术是怎样发展起来的？................................................................................ 7 2、变频调速为什么常缩写成 VVVF？................................................................................ 7 3、交—直—交是什么意思？................................................................................................ 8 4、电压型的主要特点是什么？............................................................................................ 8 5、SPWM 代表什么？........................................................................................................... 9 6、直流
交直交变频器原理
交直交变频器原理
首先，交流电从电源供给到交直交变频器的整流器。
整流器将交流电转换为直流电，通过滤波器进行滤波，去除直流电中的脉动。
然后，直流电进入逆变器，逆变器通过控制开关管开关时间和开关频率，将直流电转换为变频交流电。
逆变器实际上是一个PWM控制电路，其工作原理是通过改变开关管的开关时间和频率，控制输出电压的大小和频率。
逆变器的输出电压和频率可以调节，从而改变电机的转速。
最后，变频交流电通过控制电路，控制逆变器的工作，实现电机转速的控制。
控制电路通过检测电机的转速反馈信号和用户设定的目标速度信号，计算出差值，并调整逆变器的输出频率，使得电机的实际转速逐渐接近目标速度。
交直交变频器的优点是具有较高的效率和节能性。
由于变频器可以根据需要调整电机的转速，可以将电机的负载与实际需求匹配，减少能量的浪费。
此外，变频器还可以实现启动时的平滑启动，避免了传统直接启动方式带来的冲击和损坏。
另外，交直交变频器还具有多种保护功能，如过载保护、过流保护、短路保护等，可以保护电机和变频器免受损坏。
总之，交直交变频器是一种用于控制交流电机转速的装置，通过改变电源频率和电机电压，实现电机转速的调节。
它具有高效率、节能、保护功能等特点，在工业和家庭等领域得到广泛应用。
交—直—交电压型SPWM变频调速
4、电压型的主要特点是什么？ 交—直—交变频装置按直流部分贮能方式的不同分为： (1) 电压型 贮能元件为滤波电容C，如图1-2a所示。其工作特点是电压基本不变。
L
＋ C
(a)
(b)
图1-2 电压型和电流型
(2) 电流型 贮能元件为电抗器l，如图1-2b所示。其工作特点是电流基本不变。
5、SPWM代表什么？ SPWM的全称是Sine Pulse Width Modulation，意思是正弦脉冲宽度调制。这是实现改变频率的同时也改
15、什么是外接设定？ 在实际工作中，变频器常被安置在控制柜内或挂在墙壁上，而工作人员则通常在机械旁边进行操作。这 时，就需要在机械旁边另设一个设定频率的装置，称为外接设定装置。 所有的变频器都为用户提供专用于外接设定的接线端。
16、变频器对外接设定信号有些有什么规定？ 外接设定信号通常有三种。图2-1是日本富士FRN-G7型变频器的接线图，今说明如下：
题解
3、交—直—交是什么意思？ 变频装置有两大类：一类是由工业频率直接转接成可变频率的，称为“交—交变频”。另一类就是“交— 直—交变频”，意思是：先把工业频率的交流整流成直流，再把直流“逆变”成频率可变的交流，如图1-1所 示。
50Hz
整
流
3~
0~100Hz
逆
UD
变
M
交
直
交
图1-1 交—直—交的电路结构
大体上说，有以下几种原因： (1) 若干台电动机进行联动控制时，由于各电机的特性的工况均有差异，须通过调整输出频率线使各传 动单元的步调趋于一致。故也称为联动比率调整。 (2) 外接担忧压或电流设定信号不规范。如变频器要求的电压设定信号是0~+10V，而外接的电压设定信 号只有0~+9.5V。通过调整，可使输出频率的调节范围仍为0~fmax。
电力电子变频器及PWM控制原理
目录
• 电力电子变频器概述 • PWM控制原理 • 电力电子变频器PWM控制策略 • PWM控制技术在电力电子变频器中的应
用 • PWM控制技术的发展趋势与展望
01
电力电子变频器概述
变频器定义与工作原理
变频器定义
变频器是一种将固定频率的交流电转换为可变频率和电压的交流电的电力电子装 置。
电压矢量PWM控制策略
基于电压空间矢量的概念，将三相电压等效为一个旋转的合成空间矢量，通过 调节该矢量的幅值和角度实现电机转矩和速度的控制。该策略具有直流电压利 用率高、转矩脉动小等优点。
电流PWM控制策略
峰值电流PWM控制策略
通过控制输入电流的峰值，实现电机的恒功率控制。该策略 具有简单易实现、动态响应快等优点，但低速时存在转矩脉 动和过电流的问题。
能质量。
05
PWM控制技术的发展趋 势与展望
PWM控制技术的发展趋势
高效能化
随着电力电子技术的不断进步，PWM控制技术也在向更 高效率的方向发展，以实现更低的能耗和更高的能源利用 效率。
智能化
随着人工智能和大数据技术的快速发展，PWM控制技术 也在向智能化方向发展，通过自适应、自学习等技术实现 更精准的控制和优化。
平均电流PWM控制策略
通过控制输入电流的平均值，实现电机的恒转矩控制。该策 略具有转矩脉动小、稳态精度高等优点，但动态响应较慢。
矢量PWM控制策略
磁场定向控制PWM策略
将异步电动机的定子电流分解为与转子磁场方向相垂直的励磁电流和与转子磁场方向一致的转矩电流 ，分别进行控制。该策略具有调速范围宽、动态响应快等优点，但需要精确的电机参数和复杂的控制 系统。
和电流型 变频器。电压型变频器输出电压 可调，而电流型变频器输出电流
第5章第3讲电力电子变压变频器,交-直-交和交-交变压变频器.ppt
控制（恒 Es /1 控制 ）
控制
恒气隙磁通 Φ m 控制（恒 Eg /1 控制 ）
恒转子磁通Φ r m 控制（恒 Er /1 控制 ）
5.4 电力电子变压变频器
本节提要 交-直-交和交-交变压变频器 变压变频调速系统中的脉宽调制(PWM)技术 正弦波脉宽调制(SPWM)技术 消除指定次数谐波的PWM(SHEPWM)控制技术 电流滞环跟踪PWM(CHBPWM)控制技术 电压空间矢量PWM(SVPWM)控制技术（或称磁
Ud
d)
O
u OO'
e)
O
u AO
2U d
f)
O
3
UAO’ = Ud / 2
iA
UBO’ = UCO’ = - Ud /2 g)
O
UAO = 2Ud/3 UBO= UCO = - Ud /3
id
h)
O
t
t
t
t
Ud 6
t
Ud 3
t
t
t
（2）120°导通型控制方式
120°导通型逆变器的换流是在不同桥臂中同一排左、右两管 之间进行的。
(2)特点：进程曲折，发展缓慢，直到20世纪30年代情况才发生变 化。
3．交通通讯变化的影响 (1)新式交通促进了经济发展，改变了人们的通讯手段和 ，出行 方式转变了人们的思想观念。
(2)交通近代化使中国同世界的联系大大增强，使异地传输更为便 捷。
(3)促进了中国的经济与社会发展，也使人们的生活 多。姿多彩
2．特点 (1)近代中国交通业逐渐开始近代化的进程，铁路、水运和 航空都获得了一定程度的发展。 (2)近代中国交通业受到西方列强的控制和操纵。 (3)地域之间的发展不平衡。 3．影响 (1)积极影响：促进了经济发展，改变了人们的出行方式， 一定程度上转变了人们的思想观念；加强了中国与世界各地的 联系，丰富了人们的生活。 (2)消极影响：有利于西方列强的政治侵略和经济掠夺。
电机的PWM交-直-交变频调速
1 概述对于可调速的电力拖动系统，工程上往往根据电动机电流形式分为直流调速系统和交流调速系统两类。
它们最大的不同之处主要在于交流电力拖动免除了改变直流电机电流流向变化的机械换向器——整流子。
20世纪70年代后，大规模集成电路和计算机控制技术的发展，以及现代控制理论的应用，使得交流电力拖动系统逐步具备了宽的调速范围、高的稳速精度、快的动态响应以及在四象限作可逆运行等良好的技术性能，在调速性能方面可以与直流电力拖动媲美。
许多传统的由直流电机调速系统拖动的工业设备改由交流变额调速系统拖动，从而提高了系统的可靠性，减少了系统的维护费用。
随着变频调速应用的日益广泛，相关技术的日益成熟，人们不仅对变频调速系统的精度要求越来越高，而且对控制的功能要求越来越多，对系统的智能化要求越来越高，对系统的抗扰能力要求越来越高，以满足生产的需求并适应不同的工作环境。
在交流调速技术中，变频调速具有绝对优势，并且它的调速性能与可靠性不断完善，价格不断降低，特别是变频调速节电效果明显，而且易于实现过程自动化，深受工业行业的青睐。
交流变频调速的优异特性：调速时平滑性好，效率高。
低速时，特性静差率较高，相对稳定性好；调速范围较大，精度高；起动电流低，对系统及电网无冲击，节电效果明显；变频器体积小，便于安装、调试、维修简便，易于实现过程自动化；在恒转矩调速时，低速段电动机的过载能力大为降低。
交流电动机因其结构简单，运行可靠，价格低廉，维修方便，故而应用面很广，几乎所有的调速传动都采用交流电动机。
尽管从1930年开始，人们就致力于交流调速系统的研究，然而主要局限于利用开关设备来切换主回路达到控制电动机启动，制动和有级调速的目的。
变极对调速，电抗或自藕降压启动以及绕线式异步电动机转子回路串电阻的有级调速都还处于开发的阶段。
交流调速缓慢的主要原因是决定电动机转速调节主要因素的交流电源频率的改变和电动机的转矩控制都是非常困难的，使交流调速的稳定性，可靠性，经济性以及效率均不能满足生产要求。
电力电子课后答案(1)
2.1晶闸管的导通条件是什么? 导通后流过晶闸管的电流和负载上的电压由什么决定?答：晶闸管的导通条件是：晶闸管阳极和阳极间施加正向电压，并在门极和阳极间施加正向触发电压和电流（或脉冲）。
导通后流过晶闸管的电流由负载阻抗决定，负载上电压由输入阳极电压U A决定。
2.2晶闸管的关断条件是什么? 如何实现? 晶闸管处于阻断状态时其两端的电压大小由什么决定?答：晶闸管的关断条件是：要使晶闸管由正向导通状态转变为阻断状态，可采用阳极电压反向使阳极电流I A减小，I A下降到维持电流I H以下时，晶闸管内部建立的正反馈无法进行。
进而实现晶闸管的关断，其两端电压大小由电源电压U A决定。
2.3温度升高时，晶闸管的触发电流、正反向漏电流、维持电流以及正向转折电压和反向击穿电压如何变化？答：温度升高时，晶闸管的触发电流随温度升高而减小，正反向漏电流随温度升高而增大，维持电流I H会减小，正向转折电压和反向击穿电压随温度升高而减小。
2.15 什么叫GTR的一次击穿?什么叫GTR的二次击穿?答：处于工作状态的GTR，当其集电极反偏电压U CE渐增大电压定额BU CEO时，集电极电流I C急剧增大（雪崩击穿），但此时集电极的电压基本保持不变，这叫一次击穿。
发生一次击穿时，如果继续增大U CE，又不限制I C，I C上升到临界值时，U CE突然下降，而I C继续增大（负载效应），这个现象称为二次击穿。
2.16怎样确定GTR的安全工作区SOA?答：安全工作区是指在输出特性曲线图上GTR能够安全运行的电流、电压的极限范围。
按基极偏量分类可分为：正偏安全工作区FBSOA和反偏安全工作区RBSOA。
正偏工作区又叫开通工作区，它是基极正向偏量条件下由GTR的最大允许集电极功耗P CM以及二次击穿功率P SB，I CM，BU CEO四条限制线所围成的区域。
反偏安全工作区又称为GTR的关断安全工作区，它表示在反向偏置状态下GTR关断过程中电压U CE，电流I C限制界线所围成的区域。
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目录一、课程设计任务 (2)1.1设计目的 (2)1.2设计要求 (2)1.3设计内容 (2)二、方案论证 (3)2.1整流电路方案 (3)2.2中间滤波电路方案 (4)2.3逆变电路方案 (4)三、主回路系统组成 (7)四、元件参数计算及选择 (8)五、单元电路设计 (10)5.1驱动电路设计 (10)5.2保护电路设计 (11)5.3缓冲电路设计 (13)5.4输出滤波设计 (15)5.5逆变变压器选择 (15)六、PWM控制策略 (18)七、总结 (20)八、参考文献 (20)附录 (21)附录一元件清单................................................................. 错误！未定义书签。
附录二原理图 (21)一、课程设计任务1.1设计目的电力电子技术课程设计是电气自动化工程专业学生在整个学习过程中一项综合性实践环节，复习和巩固本课程及其他课程的有关内容，对学生的实践能力的培养和实践技能分训练具有相当重要的意义。
通过设计使得获得电力电子技术必要的基本理论、基本分析方法以及基本技能的培养和训练，为学习后续课程以及从事与电气工程及其自动化专业有关的技术工作和科学研究打下一定的基础，也便于学生加深理解和灵活运用所学的理论，提高学生独立分析问题、解决问题的能力，为毕业后的工程实践打下良好的基础。
1.2设计要求要求交流输出额定相电压220V,额定相电流为240A，频率变化范围2~50Hz，其交流输入相电压为380V，电压波动频率为为±10％。
1.3设计内容(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)逆变变压器设计二、方案论证2.1整流电路方案整流电路是将交流电变为直流电，实现AC/DC的转换。
在实际应用中，一般使用桥式整流电路。
常用的桥式整流电路可以分为：不可控整流、全控整流、半控整流。
所以有以下两种种方案：方案一：不可控整流。
三相桥式不可控整流电路中整流器件是普通的二极管，是不可控器件，当它承受正向电压时会立即自然导通，承受反向电压时会立即阻断电路。
其特点是电路设计简单，功耗较小。
缺点是输出电压不可变。
方案二：可控整流。
三相桥式可控整流电路的整流器件为晶闸管，利用晶闸管的特性来控制晶闸管的通断，要求在整流时要附加脉冲触发电路，改变延迟触发角可以改变整流输出电压的平均值。
其特点是可以方便的改变输出电压平均值，缺点是要附加触发电路，控制复杂。
综合以上三种整流电路，桥式不可控整流电路设计比较简单，功耗小。
而半控和全控整流电路控制方式复杂，晶闸管在导通后功耗相对较大，触发角控制不好的情况下会使电路出现断续的现象，所以本课程设计采用简单的桥式不可控整流电路。
2.2中间滤波电路方案三相全波整流后的电压波形脉动较大，为了保证逆变电路能够获得较高质量的直流电流或电压，需要进行滤波。
由于下面逆变电路为电压型逆变，所以中间通过大容量的电容进行滤波。
由于受到电解电容的电容量和耐压能力的限制，滤波电路通常由若干个电容器并联成一组，又由两个电容器组串联而成。
因为电解电容器的电容量有较大的离散型。
故两个电容器组的电容量通常不能完全相等，这将导致它们承受的电压不相等，承受电压较高的电容器组将容易损坏。
为了使电压相等，在电容器组旁各并联一个阻值相等的均压电阻R1和R2。
其电路图如图所示：2.3逆变电路方案逆变电路实现DC/AC的变换。
根据直流测电源的性质可以分为电压型逆变电路和电流型逆变电路。
方案一：电流型逆变电路。
其特点是中间电路采用大电感作为储能环节来缓冲无功能量。
即扼制电流的变化，使输出电压波形为正弦波。
适用于大功率的场合。
方案二：电压型逆变电路。
其特点是中间电路采用大电容作为储能环节来缓冲无功能量，直流环节电压比较平稳，直流环节内阻较小，相当于电压源。
电路中一般采用全控型器件IGBT。
比较以上两种方案，由于实际中直流电流源并不多见，因而变频电源中电压型逆变电路用的更多。
考虑到电压型逆变电路的通用性及其优点，我们选用电压型逆变电路。
其电路图如图所示：2.4控制模块方案方案一：利用分立元件搭接模拟电路。
这种模拟电路构成三角波和正弦调制波发生电路，用比较器来确定他们的交点，在交点时刻确定功率开关器件的通断。
但是这种模拟电路结构复杂，难以实现精度的控制，而且调试困难，稳定性差。
方案二：采用SPWM集成电路。
利用这种集成芯片只需要加上少量的外围器件就能生成SPWM波形。
利用专用芯片配合微处理器可以方便的产生SPWM。
比较上述两种方案，采用分立元件构成的电路稳定性差，精度低。
而采用SPWM 集成芯片具有精度高、抗干扰能力强、外围电路简单等优点。
所以，本课程设计采用方案二。
本课程设计选用专用集成芯片SA4828作为核心主控芯片，配合使用微控制器AT89C52为核心。
SA4828芯片具有如下特点：1)载波频率最高可达24kHz，输出频率范围0~14 kHz，输出频率控制精度16位。
2)通过像控制寄存器写值，可实现对电源输出频率实时控制和三厢输出电压幅值实时、独立控制。
3)内部ROM存有三种可选的输出波形（纯正弦型、三次谐波增强型和带死区增强型）；4)可设最小脉冲宽度、脉冲取消时间和死区时间。
三、主回路系统组成系统框图如图：根据上述的设计方案，作出主电路原理图：四、元件参数计算及选择4.1整流电路元件选择二极管额定电压的选择考虑到输入电压有的波动，所以输入电压的范围=(277V—420V)二极管承受的的最大反向电压为线电压的峰值，即考虑到安全裕量，选取二极管的额定电压为所以选择二极管的额定电压为1500V。
二极管额定电流的选择一个电源周期内，流过每一个二极管的电流为负载电流的1/3，即考虑到安全裕量，选择二极管的额定电流为所以选择二极管的额定电流为150A。
4.2中间滤波电路元件选型不可控整流桥输出电压平均值为考虑到关断浪涌电压，选取电容的额定电压为800V。
电容的容值主要取决于直流电压的脉动大小，根据工程设计的经验有以下计算公式：式中，为逆变器的额定输出电流均方根值(A)，为直流电压平均值，为逆变器的最低输出频率，为允许直流电压频率低峰值纹波因数，为负载位移因数角有关系数，由上式各计算出直流侧电容容值为10000uF，由4个额定电压为470V的10000电容两串两并构成。
4.3逆变电路元件选型三相桥式逆变电路中，直流测电压平均值为，IGBT承受的最大电压即为，考虑到安全裕量，选取额定电压为所以选择IGBT的额定电压为1500V。
逆变桥输出的相电压有效值为根据功率守恒条件，逆变桥输出端的最大电流为IGBT的电流平均值为考虑安全裕量，选取IGBT的额定电流为(2~3)=(160A~240A)。
反馈二极管的选择。
五、单元电路设计5.1驱动电路设计由于三相桥式逆变电路采用IGBT作为开关器件，IGBT的驱动多采用专用的混合集成驱动器。
本设计中我们采用M579652L芯片作为驱动芯片。
它的内部具有退饱和检测和保护环节，当发生过电流时能快速响应但慢关断IGBT，并向外部电路给出故障信号。
M579652L输出的正驱动电压均为+15V左右，负驱动电压为-10V。
其峰值输出电流为5A，并有短路保护。
电路图连线图如下图：5.2保护电路设计5.2.1过电流保护电力电子电路运行不正常或者发生故障时，可能会发生过电流。
过电流分过载和短路两种情况。
一般电力电子装置均同时采用几种过电流保护措施，以提高保护的可靠性和合理性。
1)功率主电路中串联快速熔断器。
当由于滤波电容器、IGBT电路的短路等原因造成主电路直流部分形成短路时，将形成很大的短路电流，这时熔断器起保护作用。
2)由电流检测环节、比较器、接触器等构成过流保护电路。
正常情况下，过电流保护电路的输出为高电平。
一旦出现过电流，比较器的输出状态将翻转，进而切断交流接触器KM的控制线圈通电回路，使交流接触器断开，从而实现电网与主电路的完全分断。
3)集成驱动芯片实现过流保护。
IGBT的驱动芯片M57962L具有过电流保护的功能，M57962L通过检测IGBT的饱和压降来判断IGBT是否过流，一旦过流，M57962L 将对IGBT 实行软关断，并输出过流故障信号，起到了IGBT 过流保护。
4) 当变频电源刚接通时，滤波电容器上的电压为0V 。
而电源电压为380V ，且为了提高滤波效果，滤波电容器的电容量又很大。
所以，在刚接通电源的瞬间，将产生很大的冲击电流，有可能损害整流二极管。
解决办法：在三相整流桥和滤波电容器之间，接入限流电阻R ,将滤波电容器的充电电流限制在一个允许的范围内，当滤波电容器已经充电完毕后，由接触器KM2将电阻R 短接。
5) 死区补偿。
在三相电压型逆变电路180°导电方式逆变器中，由于开关器件固有存储时间的影响，其关断时间一般长于其开通时间，因此为了防止同一相上下两开关器件同时导通而引起直流侧电源的短路，通常设置开关时滞兀，这就是人们通常所说的“死区”。
即先给应关断的器件关断信号，待其关断后留一定的时间裕量，然后再给应导通的器件发出开通信号，即在两者之间留一个短暂的死区时间。
通常利用软件来设置死区时间，即延时程序。
5.2.2过电压保护过电压产生的原因主要来自电击、电网中的电压浪涌尖峰，以及电路内部开关器件开通关断引起的电压尖峰。
阻容吸收电路实现过电压保护。
阻容吸收电路的作用是利用电容来吸收尖峰过电压，利用与电容相串联的电阻来消耗过电压的能量，从而抑制引起的震荡。
通常阻容吸收电路就直接并联与电力电子装置的两端，不仅可以抑制开关换流引起的尖峰电压，还可以吸收母线上的浪涌电压。
5.3缓冲电路设计缓冲电路实际上是一种开关辅助电路，利用它可以减少器件在开关过程中产生的过电压、过电流、过热、du/dt、di/dt，确保器件的可靠运行。
所以缓冲吸收电路设计对于电力电子器件是十分重要的。
目前IGBT 的缓冲电路主要采用钳位式RCD 吸收电路，通常有如图5-3-1所示的 三种形式。
1. 低电感吸收电容构成的缓冲电路，如图5-3-1(a)。
该缓冲电路适用于小功率IGBT 模块，其端电压稳定时间过长，而且缓冲电路容易产生震荡。
2. RCD 缓冲，如图5-3-1(b)。
缓冲电路跨接于IGBT 模块的正、负电源之间来抑制过电压；当上、下桥臂的任意一个IGBT 由导通变为关断时，线路杂散电感的能量经二极管VD 冲向电容C ，模块正、负极之间的电压被钳在电容电压上来抑制过电压。
该缓冲电路方式适用于较大功率的IGBT 模块。
其中缓冲二极管的反向恢复特性虽不影响关断过程的峰值电压，但会使端电压稳定时间过长，因此，要选择反向恢复时间短的二极管。