电力电子技术课程设计——三相整流电路、三相逆变电路及PWM控制的逆变电路设计

目录

引言 (03)

第一章电力电子器件的了解 (05)

第一节二极管 (05)

第二节IGBT (06)

第二章三相整流电路的设计 (07)

第一节常用整流电路 (07)

第二节电容滤波整流电路 (07)

第三章三相逆变电路的设计 (11)

第一节逆变电路的最基本工作原理 (11)

第二节三相电压型逆变电路 (12)

第四章PWM控制的逆变电路的设计 (16)

第一节PWM控制的基本原理 (16)

第二节PWM控制的逆变电路 (18)

第五章驱动电路 (21)

第六章器件参数的选择 (22)

第七章MATLAB的仿真及波形分析 (24)

心得体会 (33)

附录 (34)

三相交直交变频电路图 (34)

参考文献 (35)

引言

课程设计的要求

1．题目：三相变频电源的设计

注意事项：

①学生也可以选择规定题目方向外的其它电力电子装置设计，如开关电源、镇流器、UPS电源等，

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：

一组：三相380V，f=50Hz；另一组：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

●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

2.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）。

3.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。

4.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，

5.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。

第一章电力电子器件的了解

第一节二极管

它的基本结构和工作原理与信息电子电路中的二极管是一样的，都以半导体PN结为基础，实现正向导通、反向截止的功能；电力二极管是不可控器件，其导通和关断完全是由其在主电路中承受的电压和电流决定的。

整流二极管的常用参数:

（1）最大平均整流电流IF：指二极管长期工作时允许通过的最大正向平均电流。该电流由PN结的结面积和散热条件决定。使用时应注意通过二极管的平均电流不能大于此值，并要满足散热条件。例如1N4000系列二极管的IF为1A。

（2）最高反向工作电压VR：指二极管两端允许施加的最大反向电压。若大于此值，则反向电流(IR)剧增，二极管的单向导电性被破坏，从而引起反向击穿。通常取反向击穿电压(VB)的一半作为(VR)。例如1N4001的VR为50V，1N4007的VR为1OOOV 。

（3）最大反向电流IR：它是二极管在最高反向工作电压下允许流过的反向电流，此参数反映了二极管单向导电性能的好坏。因此这个电流值越小，表明二极管质量越好。

（4）击穿电压VR：指二极管反向伏安特性曲线急剧弯曲点的电压值。反向为软特性时，则指给定反向漏电流条件下的电压值。

（6）反向恢复时间tre：指在规定的负载、正向电流及最大反向瞬态电压下的反向恢复时间

第二节IGBT

IGBT即绝缘栅双极型晶体管，是由GTR(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件, 兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大;MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器等领域。

IGBT 的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道，给PNP 晶体管提供基极电流，使IGBT 导通。反之，加反向门极电压消除沟道，切断基极电流，使IGBT 关断。

IGBT的参数

1）最大集射极间电压U CES这是由器件内部的PNP所能承受的击穿电压确定的。

2) 最大集电极电流包括额定直流电流I C和1ms脉宽最大电流

3）最大集电极功耗P CM在正常工作温度下允许的最大耗散功率