課程設(shè)計(jì)---3kva三相逆變器設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1概述1</b></p><p><b>　　2設(shè)計(jì)方案2</b></p><p>　　2.1主電路結(jié)構(gòu)選擇2</p><p><b>　　2.2方案論證2</b><

2、/p><p><b>　　3電路分析3</b></p><p><b>　　3.1主電路3</b></p><p>　　3.2抗干擾電路4</p><p><b>　　3.3逆變電路4</b></p><p>　　4 LC濾波器參數(shù)的選取5<

3、/p><p>　　4.1 濾波電容C的設(shè)計(jì)5</p><p>　　4.2 濾波電感L的設(shè)計(jì)5</p><p>　　4.3 濾波器諧振頻率的選擇6</p><p>　　4.4 濾波器參數(shù)確定6</p><p><b>　　5 心得體會(huì)8</b></p><p><

4、b>　　參考文獻(xiàn)9</b></p><p>　　3KVA三相逆變器設(shè)計(jì)</p><p><b>　　1概述</b></p><p>　　隨著各行各業(yè)自動(dòng)化水平及控制技術(shù)的發(fā)展和其對(duì)操作性能要求的提高，許多行業(yè)的用電設(shè)備（如通信電源、電弧焊電源、電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速器等）都不是直接使用交流電網(wǎng)作為電源，而是通過(guò)形式對(duì)其進(jìn)行變換而得到

5、各自所需的電能形式，它們所使用的電能大都是通過(guò)整流和逆變組合電路對(duì)原始電能進(jìn)行變換后得到的。</p><p>　　當(dāng)今世界逆變器應(yīng)用非常廣泛。逆變器是將直流變?yōu)槎l定壓或調(diào)頻調(diào)壓交流電的變換器，傳統(tǒng)方法是利用晶閘管組成的方波逆變電路實(shí)現(xiàn)，但由于其含有較大成分低次諧波等缺點(diǎn)，近十余年來(lái)，由于電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，全控型快速半導(dǎo)體器件BJT，IGBT，GTO 等的發(fā)展和PWM 的控制技術(shù)的日趨完善，使SPWM 逆變

6、器得以迅速發(fā)展并廣泛使用。PWM 控制技術(shù)是利用半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的導(dǎo)通與關(guān)斷把直流電壓變成電壓脈沖列，并通過(guò)控制電壓脈沖寬度和周期以達(dá)到變壓目的或者控制電壓脈沖寬度和脈沖列的周期以達(dá)到變壓變頻目的的一種控制技術(shù)，SPWM 控制技術(shù)又有許多種，并且還在不斷發(fā)展中，但從控制思想上可分為四類(lèi)，即等脈寬PWM 法，正弦波PWM 法（SPWM 法），磁鏈追蹤型PWM 法和電流跟蹤型PWM 法，其中利用SPWM 控制技術(shù)做成的SPWM 逆變器具有以下

7、主要特點(diǎn)：</p><p>　?。?）逆變器同時(shí)實(shí)現(xiàn)調(diào)頻調(diào)壓，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)不受中間直流環(huán)節(jié)濾波器參數(shù)的影響。</p><p>　?。?）可獲得比常規(guī)六拍階梯波更接近正弦波的輸出電壓波形，低次諧波減少，在電氣傳動(dòng)中，可使傳動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩脈沖的大大減少，擴(kuò)大調(diào)速范圍，提高系統(tǒng)性能。</p><p>　?。?）組成變頻器時(shí)，主電路只有一組可控的功率環(huán)節(jié)，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，由于采用

8、不可控整流器，使電網(wǎng)功率因數(shù)接近于1，且與輸出電壓大小無(wú)關(guān)。</p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)要完成的是設(shè)計(jì)容量為3KVA的三相逆變器。初始條件為：輸入直流電壓220V。要求輸出220V三相交流電，完成總電路的設(shè)計(jì)，并計(jì)算電路中各元件的參數(shù)。</p><p><b>　　2設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　2.1主電路結(jié)構(gòu)選擇</p&

9、gt;<p>　　逆變器主電路結(jié)構(gòu)的選取應(yīng)該遵循以下幾個(gè)原則：應(yīng)選用盡量少的開(kāi)關(guān)器件，這樣可以提高系統(tǒng)的可靠性，并且降低成本；盡量減少逆變電源中的電容值、電感值和電容電感元件在逆變電源中的數(shù)量，這樣可以減小整個(gè)逆變電源設(shè)備的體積，提高其可靠性，同時(shí)也應(yīng)該降低設(shè)備的成本；電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)應(yīng)該有利于逆變電源最終輸出電壓中諧波的消除，輸出電壓頻率及幅值的調(diào)節(jié)。鑒于以上諸項(xiàng)要求，本文所設(shè)計(jì)的逆變器主電路采用的是全橋式結(jié)構(gòu)。</p

10、><p><b>　　2.2方案論證</b></p><p>　　在逆變器電路的設(shè)計(jì)中，控制方法是核心技術(shù)。早期的控制方法使得輸出為矩形波，諧波含量較高，濾波困難，而SPWM技術(shù)較好地克服了這些缺點(diǎn)。</p><p>　　SPWM（Sinusoidal Pulse Width Modulation）正弦脈寬調(diào)制技術(shù)：通過(guò)對(duì)一系列寬窄不等的脈沖進(jìn)行調(diào)

11、制，來(lái)等效正弦波形（幅值、相位和頻率）</p><p>　　SPWM 容易實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓的控制，控制線(xiàn)性度好，本文所設(shè)計(jì)的逆變電源采用SPWM控制方式。</p><p><b>　　3電路分析</b></p><p><b>　　3.1主電路</b></p><p>　　圖3.1是SPWM逆變器的主電路

12、，圖中Vl—V6是逆變器的六個(gè)功率開(kāi)關(guān)器件，各由一個(gè)續(xù)流二極管反并聯(lián)，整個(gè)逆變器由恒值直流電壓U供電。一組三相對(duì)稱(chēng)的正弦參考電壓信號(hào)由參考信號(hào)發(fā)生器提供，其頻率決定逆變器輸出的基波頻率，應(yīng)在所要求的輸出頻率范圍內(nèi)可調(diào)。參考信號(hào)的幅值也可在一定范圍內(nèi)變化，決定輸出電壓的大小。三角載波信號(hào)Uc是共用的，分別與每相參考電壓比較后，給出“正”或“零”的飽和輸出，產(chǎn)生SPWM脈沖序列波 Uda，Udb，Udc作為逆變器功率開(kāi)關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)

13、。</p><p><b>　　3.1電源電路</b></p><p>　　當(dāng)Uru<Uun=-Ud/2時(shí)，給V4導(dǎo)通信號(hào)，給V1關(guān)斷信號(hào)Uun=-Ud/2,給V1(V4)加導(dǎo)通信號(hào)時(shí)，可能是V1(V4)導(dǎo)通，也可能是VD1(VD4)導(dǎo)通。Ud和Uwn’的PWM波形只有±Ud/2兩種電平。當(dāng)Uru>Uc時(shí)，給V1導(dǎo)通信號(hào)，給V4關(guān)斷信號(hào)，Uun’

14、 =-Ud/2。Uuv的波形可由Uun’- Uvn’得出，當(dāng)1和6通時(shí)，Uuv=Ud，當(dāng)3和4通時(shí)，Uuv=-Ud，當(dāng)1和3或4和6通時(shí)，Uuv=0。輸出線(xiàn)電壓PWM波由±Ud和0三種電平構(gòu)成負(fù)載相電壓PWM波由(±2/3)Ud,(±1/3) Ud和0共5種電平組成。</p><p>　　防直通的死區(qū)時(shí)間同一相上下兩臂的驅(qū)動(dòng)信號(hào)互補(bǔ)，為防止上下臂直通而造成短路，留一小段上下臂都施加關(guān)

15、斷信號(hào)的死區(qū)時(shí)間。死區(qū)時(shí)間的長(zhǎng)短主要由開(kāi)關(guān)器件的關(guān)斷時(shí)間決定。死區(qū)時(shí)間會(huì)給輸出的PWM波帶來(lái)影響，使其稍稍偏離正弦波。</p><p><b>　　3.2抗干擾電路</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)采用了光電隔離器，光電隔離器可以很簡(jiǎn)單將主回路的強(qiáng)電和控制回路的弱電相隔離，使主回路和控制回路更好的結(jié)合。光電隔離器的電路示意圖如圖3.3所示。</p>&

16、lt;p>　　3.3逆變電路 </p><p>　　逆變電路的作用是將直流電壓轉(zhuǎn)換成梯形脈沖波，經(jīng)低通濾波器濾波后，從而使負(fù)載上得到的實(shí)際電壓為正弦波，逆變電路是由4個(gè)IGBT管（VT1、VT2、VT3、VT4）組成的全橋式逆變電路組成，如圖3.5所示。</p><p>

17、;<b>　　圖3.3 逆變電路</b></p><p>　　4 LC濾波器參數(shù)的選取</p><p>　　4.1 濾波電容C的設(shè)計(jì)</p><p>　　濾波電容C的作用是和濾波電感一起來(lái)濾除輸出電壓中的高次諧波，保證輸出電壓的THD要求，從減小輸出電壓THD的角度考慮，C越大越好。但從另一個(gè)角度來(lái)看，在輸出電壓不變的情況下，濾波電容C增大意味

18、著無(wú)功電流的增加，增加了逆變器的電流容量，同時(shí)也將導(dǎo)致體積重量增加，降低系統(tǒng)效率。因此，濾波電容的選取原則是在保證輸出電壓的THD滿(mǎn)足要求的情況下，取值盡量小。</p><p>　　在濾波電容的選取中，一般取其無(wú)功電流,為輸出電流最大有效值。按單相輸出3300VA，則輸出電流最大有效值為：</p><p><b>　　可得： </b></p>&

19、lt;p><b>　　由于： </b></p><p><b>　　可得： </b></p><p>　　4.2 濾波電感L的設(shè)計(jì)</p><p>　　輸出濾波電路之所以能提高輸出波形的質(zhì)量，是因?yàn)槟孀儤蜉敵稣{(diào)制波形中的高次諧波主要降在濾波電感兩端。因此要保證電容兩端的諧波含量較低，濾波電感的高頻阻抗

20、與濾波電容的高頻阻抗相比不能過(guò)低，即濾波電感的感量不能太小。此外濾波電感的增大，還會(huì)使電流變化變慢，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間變長(zhǎng)。而減小濾波電感，則可以改善電路的動(dòng)態(tài)性能，但是會(huì)增大電感電流的脈動(dòng)量。故選取電感值，要綜合考慮。</p><p>　　根據(jù)電路原理，若在電感兩端施加一時(shí)間為的電壓，則電感的電流變化量可表示 為：</p><p>　　當(dāng)正弦調(diào)制信號(hào)瞬時(shí)值為是，輸出脈沖寬度為：</

21、p><p>　　在穩(wěn)定后的理想系統(tǒng)中，輸出電壓可表示為:</p><p>　　在時(shí)間內(nèi)S1或D1導(dǎo)通，濾波電感的電流上升，其脈動(dòng)量為</p><p>　　從上式可以看出當(dāng)時(shí)，電流脈動(dòng)最大。最大電流脈動(dòng)可以用下式算得：</p><p>　　從上式可以看出，濾波電感上的最大諧波電流和電感L的值成反比。 根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)一般取電感的最大脈動(dòng)

22、量不超過(guò)電感電流最大值的20%，即：</p><p>　　4.3 濾波器諧振頻率的選擇</p><p>　　對(duì)于單相雙極性SPWM半橋逆變器而言，橋臂輸出電壓中含有高次諧波，且它的最低次位于開(kāi)關(guān)頻率的下邊帶處。濾波器的主要作用是濾除輸出電壓中的高次諧波，為了更好的濾除開(kāi)關(guān)頻率及附近頻帶的諧波，LC濾波器的轉(zhuǎn)折頻率通常取在1/10開(kāi)關(guān)頻率一下；同時(shí)將濾波器的轉(zhuǎn)折頻率設(shè)在10倍基波頻率以上，以

23、保證輕載時(shí)不會(huì)在基波分量處發(fā)生諧振。本文中開(kāi)關(guān)頻率為fs=16kHz.基波頻率為f1=50Hz,故Lc濾波器的轉(zhuǎn)折頻率fn應(yīng)滿(mǎn)足：</p><p>　　500Hz1.6kHz</p><p>　　4.4 濾波器參數(shù)確定</p><p>　　綜合考慮以上各因素，最后選出的濾波電感和電容的值如下:</p><p><b>　　濾波電感L

24、=2mH</b></p><p>　　濾波電容C=24.7uf</p><p>　　濾波電感上最大電流脈動(dòng)為：</p><p>　　考慮極限情況，當(dāng)逆變器帶榮性滿(mǎn)載時(shí)，在輸出電壓過(guò)零時(shí)刻，流過(guò)電感的點(diǎn)流瞬時(shí)值最大，該值為：</p><p>　　電感電流最大脈動(dòng)量占電流最大值的百分比為：</p><p>　　

25、可見(jiàn)，該值超過(guò)了20%（工程經(jīng)驗(yàn)值），即電感的取值還應(yīng)稍微偏大。</p><p><b>　　5 心得體會(huì)</b></p><p>　　兩個(gè)周的電力電子課程設(shè)計(jì)—3KVA三相電壓型逆變器設(shè)計(jì)就要結(jié)束了，雖然課程設(shè)計(jì)的時(shí)間比較短，但我卻收獲了很多值得總結(jié)和值得我銘記于心的知識(shí)和認(rèn)識(shí)。通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，我進(jìn)一步了解了PWM控制技術(shù)的基本原理，以及它在逆變器中所起的作用。&

26、lt;/p><p>　　開(kāi)始課程設(shè)計(jì)的時(shí)候，由于我們學(xué)的都是一些嵌入式方面的理論知識(shí)，牽涉到實(shí)際的我們幾乎一無(wú)所知，所以我們組的成員都不知道該怎么入手，我們通過(guò)請(qǐng)教老師，以及上網(wǎng)查詢(xún)等通道，終于順利的完成數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)的各方面設(shè)計(jì)。這樣一個(gè)過(guò)程使我的理論知識(shí)得到了試驗(yàn)和應(yīng)用，使我的理論知識(shí)得到了進(jìn)一步的提高，對(duì)逆變器的基本工作原理和控制方法有較為清晰的認(rèn)識(shí)。</p><p>　　總之，這次課程設(shè)

27、計(jì)不但讓我學(xué)到了很多的東西，提高和鞏固了多方面的知識(shí)，這些并不是在課堂上可以學(xué)到的。在完成課程設(shè)計(jì)后,我發(fā)現(xiàn)我還有許多不足,所學(xué)到的知識(shí)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，在以后的時(shí)間里我將繼續(xù)對(duì)各方面的知識(shí)的學(xué)習(xí)。</p><p>　　這次課程設(shè)計(jì)順利地完成了，在此期間，雖然我遇到了這樣或那樣的問(wèn)題，但經(jīng)過(guò)自己的努力和不懈探求，最終克服了種種難關(guān)。同時(shí)，它讓我明白學(xué)習(xí)知識(shí)，不僅要掌握書(shū)本上的基本內(nèi)容，還要靈活思考，善于變換，這樣才能找

28、到最優(yōu)設(shè)計(jì)，達(dá)到事半功倍的效果。而這是日后最實(shí)用的，真的是受益匪淺。要面對(duì)社會(huì)的挑戰(zhàn)，只有不斷的學(xué)習(xí)、實(shí)踐，再學(xué)習(xí)、再實(shí)踐；才能使自己不被社會(huì)淘汰。要將理論和實(shí)踐牢牢地結(jié)合在一起，只有這樣我們才能取得更輝煌的成績(jī)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 林渭勛，現(xiàn)代電力電子技術(shù)，機(jī)械工業(yè)出版社[2] 王兆安，劉進(jìn)軍 電力電子技