三相PWM逆變電路.doc

湖南工學(xué)院電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) 課程名稱: 三相PWM逆變器控制電路設(shè)計(jì) 姓 名： 專業(yè)名稱： 自 動 化 班 級 ： 學(xué) 號 ： 指導(dǎo)老師： 課程設(shè)計(jì)的目的及要求1、 設(shè)計(jì)要求及技術(shù)指標(biāo)主要技術(shù)數(shù)據(jù)輸入交流電源：三相380V， f=50Hz交直變換采用二極管整流橋電容濾波電路，無源逆變橋采用三相橋式電壓型逆變主電路，控制方法為SPWM控制原理輸出交流：電流為正弦交流波形，輸出頻率可調(diào)，輸出負(fù)載為三相異步電動機(jī)，P=5kW等效為星形RL電路，R=20，L=15mH2、 課程設(shè)計(jì)背景隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，正弦波輸出變壓變頻電源已被廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域中，與此同時(shí)對變壓變頻電源的輸出電壓波形質(zhì)量也提出了越來越高的要求。對逆變器輸出波形質(zhì)量的要求主要包括兩個(gè)方面：一是穩(wěn)態(tài)精度高；二是動態(tài)性能好。因此，研究開發(fā)既簡單又具有優(yōu)良動、靜態(tài)性能的逆變器控制策略，已成為電力電子領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。 目錄第一章 整流和逆變電路原理及路圖- 1 -1.1電容濾波的三相不可控整流電路原理- 1 -第二章 三相無源PWM逆變電路及原理- 3 -2.1 三相無源逆變電路及原理- 3 -第三章 驅(qū)動電路- 4 -第四章 保護(hù)電路設(shè)計(jì)- 5 -4.1 過電流保護(hù)電路- 5 -4.2 過電壓保護(hù)電路- 5 -第五章 仿真電路與波形- 6 -5.1 三相橋式整流仿真電路及波形- 6 -參考文獻(xiàn)- 7 -課程設(shè)計(jì)的心得- 8 -第一章 整流和逆變電路原理及路圖1.1電容濾波的三相不可控整流電路原理三相橋式不可控整流電路是由三相半波不可控整流電路演變而來的陰極連接在一起的3個(gè)二極管（VD1，VD3，VD5）稱為共陰極組；陽極連接在一起的3個(gè)晶閘管（VD4，VD6，VD2）稱為共陽極組。 共陰極組中與a，b，c三相電源相接的3個(gè)二極管分別為VD1，VD3，VD5，共陽極組中與a，b，c三相電源相接的3個(gè)二極管分別為VD4，VD6，VD2。 二極管的導(dǎo)通順序?yàn)閂D1-VD2-VD3-VD4-VD5-VD6。根據(jù)要求，整流電路采用二極管整流橋電容濾波電路，電路圖如圖1-1所示 圖1-1 三相橋式不可控整流電路該電路中，當(dāng)某一對二極管導(dǎo)通時(shí)，輸出直流電壓等于交流側(cè)線電壓中最大的一個(gè)，該線電壓既向電容供電，也向負(fù)載供電。當(dāng)沒有二極管導(dǎo)通時(shí)，由電容向負(fù)載放電，ub按指數(shù)規(guī)律下降。設(shè)二極管在距線電壓過零點(diǎn)角處開始導(dǎo)通，并以二極管VD6和VD1開始導(dǎo)通的時(shí)刻為時(shí)間零點(diǎn)，則線電壓為 Uab= U2sin() 而相電壓為 Ua= U2sin(/6)在t = 0時(shí)，二極管VD6和VD1開始同時(shí)導(dǎo)通，直流側(cè)電壓等于uab；下一次同時(shí)導(dǎo)通的一對管子是VD1和VD2，直流側(cè)電壓等于uac。這兩段導(dǎo)通過程之間的交替有兩種情況，一種是在VD1和VD2同時(shí)導(dǎo)通之前VD6和VD1是關(guān)斷的，交流側(cè)向直流側(cè)的充電電流id是斷續(xù)的，如圖1所示，另一種是VD1一直導(dǎo)通，交替時(shí)由VD6導(dǎo)通換相至VD2導(dǎo)通，id是連續(xù)的。介于二者之間的臨界情況是，VD6和VD1同時(shí)導(dǎo)通的階段與VD1和VD2在t2/3處恰好銜接了起來，id恰好連續(xù)。由前面所述“電壓下降速度相等”的原則，可以確定臨界條件。假設(shè)在t2/3的時(shí)刻“速度相等”恰好發(fā)生，則有： 以上討論過程中，忽略了電路中諸如變壓器漏抗、線路電感等的作用。另外，實(shí)際應(yīng)用中為了抑制電流沖擊，常在直流側(cè)串入較小的電感，成為感容濾波的電路，臨界條件，RC 和RC 分別是電流id斷續(xù)和連續(xù)的條件。對一個(gè)確定的裝置來講，通常只有R是可變的，它的大小反映了負(fù)載的輕重。因此可以說，在輕載時(shí)直流側(cè)獲得的充電電流是斷續(xù)的，重載時(shí)是連續(xù)的，分界點(diǎn)就是R= （C）。 第二章 三相無源PWM逆變電路及原理2.1 三相無源逆變電路及原理 主電路如圖2-1所示圖2-1 三相無源逆變電路的主電路三個(gè)單相逆變電路可組合成一個(gè)三相逆變電路。一三相橋式逆變電路 1.基本工作方式是180導(dǎo)電方式。 2.同一相（即同一半橋）上下兩臂交替導(dǎo)電，各相開始導(dǎo)電的角度差120 ，任一瞬間有三個(gè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通。 3.每次換流都是在同一相上下兩臂之間進(jìn)行，也稱為縱向換流。工作波形4.對于U相輸出來說，當(dāng)橋臂1導(dǎo)通時(shí)，uUN=Ud/2，當(dāng)橋臂4導(dǎo)通時(shí)，uUN=-Ud/2，uUN的波形是幅值為Ud/2的矩形波，V、W兩相的情況和U相類似。5.負(fù)載線電壓uUV、uVW、uWU可由下式求出 第三章 驅(qū)動電路由于三相橋式電壓型逆變電路中采用的IJBT管，它在使用的時(shí)候需要驅(qū)動電路，才能使IGBT管子正常地開通和關(guān)斷。IGBT的驅(qū)動電路必須具備2個(gè)功能：一是實(shí)現(xiàn)控制電路與被驅(qū)動IGBT柵極的電隔離； 二是提供合適的柵極驅(qū)動脈沖。實(shí)現(xiàn)電隔離可采用脈沖變壓器、微分變壓器及光電耦合器。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，采用芯片M57962L及其附件組成的驅(qū)動電路，其電路圖如圖3-1所示：圖3-1 驅(qū)動電路第四章 保護(hù)電路設(shè)計(jì)4.1 過電流保護(hù)電路電力電子電路運(yùn)行不正常或者發(fā)生故障時(shí)，可能會發(fā)生過電流。過電流分為過載和短路兩種情況。通常采用的保護(hù)措施有：快速熔斷器、直流快速斷路器和過電流繼電器。一般電力電子裝置均同時(shí)采用集中過流保護(hù)措施，以提高保護(hù)的可靠性和合理性。 綜合本次設(shè)計(jì)電路的特點(diǎn)，采用快速熔斷器，即給晶閘管串聯(lián)一個(gè)保險(xiǎn)絲實(shí)施電流保護(hù)。如圖4-1電流保護(hù)電路所示。對于所選的保險(xiǎn)絲，遵從值小于晶閘管的允許值。圖4-1三相PWM逆變電路的過流保護(hù)電路4.2 過電壓保護(hù)電路電力電子裝置中可能發(fā)生的過電壓分為外因過電壓和內(nèi)因過電壓兩類。外因過電壓主要來自雷擊和系統(tǒng)中的操作過程等外部原因。本設(shè)計(jì)主要用于室內(nèi)，為了使用方便不考慮來自雷擊的威脅。根據(jù)以上產(chǎn)生過電壓的的各種原因，設(shè)計(jì)相應(yīng)的保護(hù)電路。如圖4-2過壓保護(hù)電路所示。其中：圖中是利用一個(gè)電阻加電容進(jìn)行電壓抑制，當(dāng)電壓過高時(shí)，保護(hù)電路中的電容會阻礙其電壓的上升，從而使得電力電子器件IGBT管因電壓的的過高厄爾損壞。圖4-2中的電阻可以是1K左右的電阻，而電容的值可以為100F左右，這樣形成一個(gè)保護(hù)電路圖4-2三相PWM逆變電路過電壓保護(hù)電路。第五章 仿真電路與波形5.1 三相橋式整流仿真電路及波形三相橋式整流電容濾波電路如圖5-1所示，仿真時(shí)用三個(gè)相位互差120的交流電壓源構(gòu)成三相交流電源，其相電壓幅值為311V、頻率為50Hz，D1D6構(gòu)成三相橋式整流電路，C2為濾波電容。負(fù)載上得到的始終是正向電壓，C2起到減小紋波的作用。對該電路進(jìn)行瞬態(tài)分析可得到輸出的電壓波形如圖5-1-2所示。 圖5-1 三相橋式整流電容濾波電路 圖5-1-2 電壓波形電源相電壓均值 U2=220V輸出電壓均值 Ui=2.34U2=514.8參考文獻(xiàn)1 電力電子技術(shù)王兆安 黃俊 西安 機(jī)械工業(yè)出版社2 Protel2004神龍工作室 北京人民郵電出版社3 Protel DXP 電路設(shè)計(jì)制版入門與提高 雪茗齋電腦教育研究室 人民郵電出版社4 電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分(第五版)康華光 高等教育出版社5 電路設(shè)計(jì)與制板 Protel DXP 典型實(shí)例 老虎工作室 倪澤峰 江中華人民郵電出版社6 田健，郭會軍，王華民，等大功率IGBT瞬態(tài)保護(hù)研究 課程設(shè)計(jì)的心得通過這次課程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了我們動手、思考和解決問題的能力。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，我得體會們通過這個(gè)方案包括設(shè)計(jì)了一套電路原理和連接圖，和器件上的選擇。 通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。 這次課程設(shè)計(jì)終于順利完成了，在設(shè)計(jì)中遇到了很多專業(yè)知識問題，最后在老師的辛勤指導(dǎo)下，終于游逆而解。同時(shí)，在老師的身上我們學(xué)