交流交流变频器设计.doc

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1、交流/交流变频器设计1.绪论1.1课程设计的目的电力电子是电气专业的专业课，具有很强的实践性和工程背景，电力电子课程设计的目的在于培养学生综合运用电力电子的知识和理论分析和解决设计问题，使学生建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序、规和方法，提高学生调查研究、查阅文献及正确使用技术资料、标准、手册等工具书的能力，理解分析、制定设计方案的能力，设计计算和绘图能力，实验研究及系统调试能力，编写设计说明书的能力1.2课程设计的任务和要求本次设计任务是：设计一个交流/交流变频器本次课程设计的的要在输入端

2、输入380V，50HZ的三相交流电，在输出端输出100V，1200HZ的单相交流电，变换形式采用两级变换：AC/DC,DC/AC。对电路进行完整的设计，并画出出完整电路图。2.方案设计2.1总体结构框图根据电路设计要求，本次设计的交流/交流变频器需要采用两级变换，即先采用三相整流电路AC/DC，把380V的三相交流电转换成直流电，再采用逆变电路DC/AC，把直流电转换为单相交流电输出。结构框图如图2-1所示：图2-1总体结构框图2.2三相整流滤波电路（AC/DC）整流电路的作用是将交流电转换成近似直

3、流电。当整流负载容量较大，或要求直流电压脉动较小、易滤波时，应采用三相整流电路。三相可控整流电路中，最基本的是三相半波可控整流电路，应用最广泛的是三相桥式全控整流电路。滤波电路常用于滤去整流输出电压中的纹波，一般由电抗元件组成。三相半波可控整流电路。该整流电路在控制角α＜30°时，负载电流处于连续和断续的临界状态，各相导电120°。如果α＞30°，当导通一相的相电压过零变负时，该相晶闸管关断。此时下一相晶闸管虽承受正向电压，但没有触发脉冲，改晶闸管关断。这种情况下负载电流断续，各晶闸管导通角为90°

4、。三相桥式全控整流电路。由共阴极组和共阳极组六个晶闸管组成。在带阻感负载时可得到连续的输出电压电流。根据设计要求以及两种整流电路的特性可以看出本次课程设计的三相整流电路应选择三相桥式全控整流电路。滤波电路采用负载并联电容。2.2.1三相整流滤波电路的设计根据上述分析，设计方案采用三相桥式全控整流电路。电路图如图2-1所示：图2-1三相桥式全控整流滤波电路2.2.2三相桥式全控整流电路工作原理在三相桥式全控整流电路中，对共阴极组和共阳极组是同时进行控制的，控制角都是α。由于三相桥式整流电路是两组三相半

5、波电路的串联，因此整流电压为三相半波时的两倍。很显然在输出电压相同的情况下，三相桥式晶闸管要求的最大反向电压，可比三相半波线路中的晶闸管低一半。三相桥式全控整流电路在α=0°时的输出波形图如图2-2所示：图2-2三相桥式全控整流电路在α=0°时的输出波形2.2.3三相桥式全控整流电路定量分析根据三相桥式全控整流电路的工作特点，整流输出电压Ud的波形在一个周期脉动六次，且每次脉动的波形相同，因此在计算其平均值时，只需对一个脉波进行计算即可。此外，以线电压的过零点为时间坐标的零点，可得到整流输出电压连续

6、时的平均值为:2.3逆变电路（DC/AC）与整流相对应，把直流电变成交流电的电路成为逆变电路。当交流侧接在电网上，称为有源逆变；当交流侧直接和负载相接时，称为无源逆变。在不加说明时，逆变电路一般指无源逆变。无源逆变分为交流-交流变频和直流-交流变频。交流-交流变频只能获得比输入频率低的交流电，而直流-交流变频得到的输出频率没有限制。本设计的输入是三相50Hz电源，而要得到的是1200Hz交流电，故用直流-交流变频。直流-交流变频通常采用PWM技术。2.3.1逆变电路的设计根据上述分析，设计方案采用P

7、WM逆变电路。电路图如图2-3所示：图2-3PWM逆变电路2.3.2PWM逆变电路的原理PWM控制技术的基础源于采样控制理论中的面积等效原理：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。 图2-3-2中，正弦波被分成N等份，就可以把正弦波看成是由N个彼此相连的脉冲序列组成的波形。这些脉冲宽度相等，都等于π/N，但幅值不等，且脉冲顶部不是水平直线，而是曲线，各脉冲的幅值按正弦规律变化。如果把上述脉冲序列利用相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中

8、点重合，且使矩形波脉冲和相应的正弦部分面积（冲量）相等，就得到图2-4下半部分所示的脉冲序列，这就是PWM波形。图2-4用PWM波代替正弦半波根据PWM控制的基本原理，如果已知逆变电路的正弦波输出的频率、幅值和半个周期的脉冲数，PWM波形中各个脉冲的宽度和间隔就可以准确计算出来。按照计算的结果控制各个开关的器件的通断，就可以的到所需要的PWM波形。这种方法称之为计算法。可以看出，计算法是很繁琐的，当需要输出的正弦波的频率、幅值或相位变化时，结果都要变化。与计算法相对应