電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)高頻交流電源的設(shè)計(jì)

1、南昌大學(xué)電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目高頻電源的設(shè)計(jì)班級(jí)信工學(xué)院電力系統(tǒng)102班學(xué)號(hào)6100310298姓名章治商一、總體設(shè)計(jì)1.系統(tǒng)功能分析高頻交流電源主要由輸入整流濾波器、高頻器、輸出濾波器、限制電路、保護(hù)電路等幾局部組成.采用 AC-DC-AC 同接變頻方式,其根本原理是:交流輸入整流濾波后成為一粗糙的直流電壓,高頻變換器將這一直流電壓變換成高頻交流電壓,最后經(jīng)過輸出濾波電路,將變壓器輸出的高頻交流電壓濾波得到高質(zhì)量、高品質(zhì)的交流電壓,供負(fù)載使用.(1)輸入整流濾波器：將電網(wǎng)輸入的交流電進(jìn)行整流濾波,為變換器提供波紋較小較為平滑的直流電壓,供下一級(jí)變換使用.(2)IGBT 全橋逆變器： 它是本

2、電源系統(tǒng)的關(guān)鍵局部.它把直流電變換成高頻交流電,經(jīng)過輸出濾波器變成所需的隔離直流輸出交流電壓.(4)限制電路：包括電壓反應(yīng)、PI 調(diào)節(jié)器、限流器、反余弦等,檢測(cè)輸出直流電壓,與基準(zhǔn)電壓比擬,進(jìn)行隔離放大,調(diào)制振蕩器輸出的脈沖寬度,從而限制變換器以保持輸出電壓的穩(wěn)定,預(yù)防了輸出電壓波形失真.(5)保護(hù)電路：為了預(yù)防電路中的過流和過壓,采用 RC 吸收電路來緩沖.2.主電路的選型(方案設(shè)計(jì)與比擬)(1)輸入整流電路的設(shè)計(jì)整流回路有半波型和全波型,半波型整流電路適用于小電流場(chǎng)合,全波型整流電路適用于大電流場(chǎng)合.采用三相全控整流.觸發(fā)方式1.采用方波觸發(fā),但由于觸發(fā)脈沖是單一脈沖,輸出電壓不可控,且有

3、可能失真.2,采用相控整流,三相 PWM 整流器主電路結(jié)構(gòu)如下圖,主要包括交流側(cè)的電感、 電阻、 直流電容、 以及由全控開關(guān)器件 IGBT 組成的三相全橋電路.Ua、Ub、Uc 為三相交流電源,RL 為負(fù)載.通過,便可以在直流側(cè)得到穩(wěn)定的電壓輸出,同時(shí)保證交流側(cè)電流相位可控,且諧波小.(2)輸出限制電路設(shè)計(jì)常用的限制方案包括電流跟蹤和矢量限制等限制電路是高頻開關(guān)電源的很重要的局部,是電源系統(tǒng)可靠工作的保證,開關(guān)電源的限制方式根本上都采用時(shí)間比率限制(TRC)方式.這種方式又大致分為三大類：l、脈沖寬度調(diào)制(Pulsewidthmodulation 簡稱 PWM)式.它用調(diào)整脈沖寬度和限制占空比

4、的方法來到達(dá)輸出電壓的穩(wěn)定.2、脈沖頻率調(diào)制(PulsefrequeneyModulation 即 pFM)方式,它采用脈沖頻率來改變脈沖占空比來限制輸出電壓的穩(wěn)定.3、混合調(diào)制方式,即前二者兼而有之的方式,既限制脈沖寬度,又改變脈沖頻率,用綜合技術(shù)來改變脈沖占空比和脈沖周期來限制輸出電壓的穩(wěn)定.目前,以脈沖調(diào)制 PWMK 用最多.此處采用 SPW 防制方式.2.總體實(shí)現(xiàn)框架、主要參數(shù)及電路設(shè)計(jì)輸出負(fù)載額定電壓為 U=400V,額定功率 P=10kw,輸出負(fù)載阻值=16Q額定電流有效值10KW25A400由三相橋式整流公式IIUdV6U2sintd(t)2.34U2cos當(dāng)=0 時(shí),整流后輸出

5、電壓最大值為 220X濾波電感 L1 計(jì)算：為了保證電流連續(xù)和短路電流,那么電源輸出濾波器參數(shù)的選擇畸變系數(shù) DF(DistortionFactor):通常逆變電路輸出端要經(jīng) LC 濾波器后再接負(fù)載(其中,L 串聯(lián)在電路中,C 并聯(lián)在負(fù)載兩端).假設(shè)逆變電路輸出的 n 次諧波有效值為 K,那么經(jīng) LC 濾波器衰減以后輸出到負(fù)載的.適當(dāng)?shù)剡x擇 L,C 使 n 次諧波容抗遠(yuǎn)小于感抗1,1,:-y里？r中,IKDCLC輸出濾波電感的選擇要考慮諸多因素,電感值太大,那么在濾波電感上的基波電壓降也就越大,同時(shí)還使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)變差；電感值太小,那么會(huì)嚴(yán)重影響輸出波形的質(zhì)量.通過對(duì)高頻交流電源主電路的仿真

6、分析,對(duì)輸出濾波器參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),最后確定濾波電感值定為 2.8uH,輸出電容值定為 10uF.在上述參數(shù)設(shè)計(jì)下,逆變器輸出電壓波形如下圖.從顯示的波形圖可以看出,輸出交流濾波器可以濾除逆變橋輸出的 SPW 腋中的諧波分量.IGBT 參數(shù)計(jì)算1)IGBT 額定電壓確實(shí)定由逆變器電路原理圖可看出,IGBT 承受的最大正向電壓為逆變器輸入側(cè)的直流電壓 E.那么可選擇的 IGBT 耐壓尺值=2E 二 1120V.設(shè)計(jì)中實(shí)際選擇 1200V2)IGBT 額定電流確實(shí)定己知逆變器最大輸出功率為P為 10kvy 輸出電壓有效值 Uo 為 400V,設(shè)電流有效值為Io,那么流過 IGBT 的峰值電流Ic

7、=考慮平安裕量管子,1Atv=(1.52)X35.355A=5370.7A,取IGBT 額定電流為 60A.晶閘管參數(shù)計(jì)算直流側(cè)電壓最大值為L1Idl46220mH250323.1625mH此時(shí)直流側(cè)電流為晶閘管電流有效值=x晶閘管額定電流I1.57考慮平安裕量取額定值為(1.52)1.晶閘管額定電壓為Uvt2.45U22.45220540V考慮平安裕量取額定值為計(jì)算結(jié)果的 2-3 倍即為(23)Uvt(10801620)V設(shè)計(jì)中實(shí)際選擇晶閘管的額定參數(shù)為電壓 1500V 電流 12A保護(hù)電路保護(hù)電路采用 RC 吸收電路,晶閘管并聯(lián)吸收電容0=(2-4)XuF=(24)XXuF=(918)Xu

8、FR=(1036)Q6.6A1.541.5-2 倍的計(jì)算結(jié)果即(9.9413.2)A三、仿真驗(yàn)證(設(shè)計(jì)測(cè)試方案、存在的問題及解決方法)1.仿真原理圖2.逆變后交流側(cè)輸出電壓波形Vo經(jīng)過整流后的波形在開始段時(shí)間緩慢上升,在經(jīng)過與短時(shí)間后就到了穩(wěn)定階段,得到的直流波形很穩(wěn)定.高頻交流電源It.血曲0gawawCE日msms“MMMmUEgE0 0口oatoatTin=Tin= i01i01放大后SBBETIieSBBETIie4 4*2*2工EE*T31EE*T31-+-+-： DaDa也屯二DCaaiJU電壓最大值為為 569V,最小值為-568V,對(duì)應(yīng)電壓有效值為 402V,電流最大值為 35

9、.6A,最小值為 35.3A,對(duì)應(yīng)電流有效值為 25.1A,根本符合要求.由圖可看出輸出周期為0.5ms,所以頻率為 20kHz.四.小結(jié)剛開始我對(duì)課程設(shè)計(jì)感到茫然無措,就好似是在考慮別人的東西.但總得有個(gè)開頭.于是,我去圖書館借了有關(guān)設(shè)計(jì)課題和設(shè)計(jì)軟件使用的書.由于不想弄得過于簡單,又想盡量與自己熟悉的知識(shí)點(diǎn)相關(guān),所以花了兩個(gè)晚上研究究竟選什么課題.剛開始工作就遇到了困難.我從網(wǎng)上下載了PROTEL軟件,但是由于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不同等等原因都打不開,所以不得不從同學(xué)那里拷了一份回來,請(qǐng)同學(xué)傳授經(jīng)驗(yàn),又花了半天時(shí)間完備器件庫.一個(gè)一個(gè)元件找起,總算越來越熟練的找齊了,這個(gè)過程說來平淡無奇,但實(shí)在花去

10、了一天的時(shí)間.由于要將很多器件先復(fù)制進(jìn)器件庫,而且還有很多器件不知道其名稱,不得不上網(wǎng)線查找其名稱再搜索.當(dāng)把器件擺放妥當(dāng),就發(fā)現(xiàn)芯片的引腳排列還不清楚,翻數(shù)電課本也沒用,只能上網(wǎng)學(xué)習(xí)了.布線很有成就感,一頭連在這一頭臉在那,這條線就算是通了,可將線挪來挪去以求清楚便于觀察實(shí)在費(fèi)了不少勁地去迂回.好不容易布線完成,可顯示百十來個(gè)錯(cuò)誤時(shí)真是打擊不小.在做PCB板的時(shí)候,也是布線問題,紛繁復(fù)雜,花了不少時(shí)間.完成這次設(shè)計(jì),說實(shí)話我并沒有很多成就感的喜悅.原本以為挺簡單的東西原來要這么復(fù)雜.我更加體會(huì)到的,是冷靜的頭腦和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度的重要.這次課程設(shè)計(jì)讓我收獲了很多：1、 認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn).一根根線又多又亂,一個(gè)不留神就會(huì)接混,一錯(cuò)一大片.所以一定要戒焦躁,不要急于求成,本著良好的態(tài)度面對(duì).2、 獨(dú)立思考解決問題的水平.這無疑是一次大鍛煉.有的問題完全不知道從何處下手,但是有什么方法呢,設(shè)計(jì)還是要繼續(xù)的,這次經(jīng)歷告訴我,自己有思考,總會(huì)有收獲.3、合作水平.在軟件運(yùn)用等方面,這次經(jīng)