pwm开关型功率放大器

电力电子技术课程设计报告

题目PWM开关型功率放大器的设计专业电气工程及其自动化

班级电气

学号

学生姓名

指导教师

2008 年春季学期

一、总体设计

1．主电路的选型（方案设计）

经过对设计任务要求的总体分析，明确应该使用电力电子组合变流中的间接交流变流的思想进行设计，因为任务要求频率是可变的，故选择交直交变频电路（即VVVF电源）。交直交变频电路有两种电路：电压型和电流型。在逆变电路中均选用双极性调制方式。

方案一：采用电压型间接交流变流电路。其中整流部分采用单相桥式全控整流电路，逆变部分采用单相桥式PWM逆变电路，滤波部分为LC滤波，负载为阻感性。电路原理图如下所示：

方案二：采用电压型间接交流变流电路。其中整流部分采用单相全桥整流电路，逆变部分采用单相桥式PWM逆变电路，滤波部分为LC滤波，负载为阻感性。电路原理图如下所示：

方案三：采用电压型间接交流变流电路。其中整流部分采用单相桥式PWM 整流电路，逆变部分采用单相桥式PWM逆变电路，滤波部分为LC滤波，负载为阻感性。电路原理图如下所示：

分析：

方案一中整流电路与逆变电路都采用全控型可以通过控制a角的大小来控制Ud的大小。

方案二中的整流电路是单相全桥整流电路，属于不可控型。Ud大小不可变。

方案三采用双PWM电路。整流电路和逆变电路的构成可以完全相同，交流电源通过交流电抗器和整流电路联接，通过对整流电路进行PWM控制，可以使输入电流为正弦波并且与电源电压同相位，因而输入功率因数为1，并且中间直流电路的电压可以调整。但由于控制较复杂，成本也较高，实际应用还不多，故此处没有选用。

经过分析我选用了方案一。其中控制部分采用双极性PWM波控制触发，从而控制负载电流和电压。由于逆变部分采用电压型逆变电路，所以当选用电阻性负载时其电流大致呈正弦波，电压呈矩形波。

2. 总体实现框架 二、主要参数及电路设计

1. 主电路参数设计

由已知条件可得负载端的电流

A i U P 5100500===, 电阻205100===i U R Ω。电压计算：对电压波形进行定量分析，把幅值为Ud 的矩形波o u 展开成傅立叶级数得

)5sin 3sin (sin 5

1314 t t t u d

U o ωωωπ++= 其中基波的幅值m o U 1和基波有效值1o U 分别为

d U m o U U d 27.141==π ，d U o U U d 9.0221==π。

由Ud U o 9.0=

所以V U o

U d 1

.1119.01009.0=== 因为a U U d cos 9.02= 所以V U a

U d 56.142cos 9.02==

由此确定变压器的变比为1.54

2.滤波时电感L=10mH,电容C=1mF。

3.并联的电容C=10mF。

三、仿真验证（设计、存在的问题及解决方法）

1.测试方案

交流电压经过变比为3：1变压器输出适合本题大小要求的电压，通过单相桥式全控整流以后，再接PWM逆变电路，PWM开关型交流信号功率放大器控制IGBT的导通与关断。通过对输入信号幅值的调节来控制占空比，从而控制输出电压、电流的大小。

2.仿真验证

a)主电路输入为单相交流电源，额定电压220V；

b)要求放大器额定输出功率500V A，额定输出电压100V AC，放大

倍数为20；

c)输入信号：0~5V AC，信号频率范围：40~500Hz；

3.仿真波形

1.信号波和载波的图形

2.产生的PWM波

3.整流后电压波形

4.逆变后电压波形

5.滤波后电压、电流波形

4.存在的问题及解决方法

（1）在用晶闸管做整流电路时使用的方波发生装置来触发，由于对其脉冲和相角没能正确的设置，导致输出的波形并非设计的目的波形，通过仔细分析和检查，终于懂了问题的所在，应在每个周期触发一次通过改正使脉冲频率为50HZ，从而正确得出结果。

（2）由于本题要用PWM控制，所以在做逆变电路时，对于IGBT 的触发电路没能正确的掌握，仅仅通过套用资料上的一些例子来希望得到正确的结果，进入了误区，使电路不能良好运行。通过查资料和老师的指导，仅使用一个放大器，对载波和信号波进行比较，再利用开关和反相器，从而实现了PWM控制IGBT的触发的要求。

（3）对与实验结果，刚开始时负载端电流类似正弦波，电压为矩形波，以为这就是最后结果，经过老师指导才明白，应为存在谐波的影响才这样，所以输出要加滤波，从而得到正确的结果。

（4）在把整流电路和逆变电路连在一起的时候还要注意同步的问题。

四、小结

紧张的一周电力电子课程设计终于结束了，这次我做的课题是PWM 开关型功率放大器的设计与分析，刚拿到课题看，基本上知道是属于单相交直交变频电路的问题，但是要求课本上讲的都是比较基础的一些关于调压电路的知识，面对复杂而具体的任务要求，不得不求助于图书馆，拿到题目当天就去找了课题相关的科目，阅读大量相关内容后开始构思设计，其中遇到了不少的难题，但也学到了很多东西。

经过本次的课程设计，更多的掌握了电力电子器件的工作方式以及他们在工作时需要注意的问题。就好比说PWM的控制原理和应用，整流电路和逆便电路在具体应用中个子应该主义的那些问题，以及逆变出来的波形含有大量的谐波，应该对其输出进行滤波，才能得到正确的结果。以前上课听老师讲过这些知识，可是当自己真正去实践证实之后明白理论需要实践来充实，类似这样的例子还有很多。能够运用自己所学的知识，做成真正意义上的实物去实现某