完整版电力电子技术课程设计高频交流电源的设计

1、电力电子技术课程设计报告题目 晶闸管开关电容器(TSC)专业 电气工程及其自动化班 级电气115学 号 3110421162学生姓名黄卫指导教师宁耀斌2021年春季学期起止时间：2021年6月23日至2021年6月27日平时 (10%)任务完成 (50%)辩论 (20%)课设报告 (20%)总评成绩设计任务书9高频交流电源的设计一、设计任务输入为工频交流电源,输出为一个 20KHz的交流电源,采用 AO Db AC间接变频方式完成主电路的设计.二、设计条件与指标1 .输入三相交流电源额定电压为 380V士 10%, 50Hz;2 .输出负载额定值：10KW, 400V, 20KHz;过载容量1

2、10%3 .直流电压波动系数0.1 ;4,尽量提升输出波形质量.三、设计要求1 .分析题目要求,提出23种电路结构,比较并确定主电路 结构和限制方案；2 .设计主电路原理图、触发电路的原理框图,并设置必要的 保护电路；3 .参数计算,选择主电路及保护电路元件参数；4 .利用PSPICE、PSIM或MATLAB等进行电路仿真优化；5 .撰写课程设计报告.四、参考文献1.王兆安,?电力电子技术?,机械工业出版社；2,林渭勋等,?电力电子设备设计和应用手册?.(要求2000字以上)一、总体设计1 .系统功能分析高频交流电源主要由输入整流滤波器、高频器、输出滤波器、限制电路、保护电路等几局部组成.采用

3、 AC-DC-AO0接变频方式,其根本原 理是:交流输入整流滤波后成为一粗糙的直流电压,高频变换器将这一 直流电压变换成高频交流电压,最后经过输出滤波电路,将变压器输出 的高频交流电压滤波得到高质量、高品质的交流电压,供负载使用.(1)输入整流滤波器：将电网输入的交流电进行整流滤波,为变换器提 供波纹较小较为平滑的直流电压,供下一级变换使用.(2)IGBT全桥逆变器：它是本电源系统的关键局部.它把直流电变换成 高频交流电,经过输出滤波器变成所需的隔离直流输出交流电压.(4)限制电路：包括电压反响、PI调节器、限流器、反余弦等,检测输 出直流电压,与基准电压比较,进行隔离放大,调制振荡器输出的脉

4、 冲宽度,从而限制变换器以保持输出电压的稳定,预防了输出电压波 形失真.(5)保护电路：为了预防电路中的过流和过压,采用RC吸收电路来缓冲.2 .主电路的选型(方案设计与比较)(1)输入整流电路的设计整流回路有半波型和全波型,半波型整流电路适用于小电流场合,全 波型整流电路适用于大电流场合.采用三相全控整流.触发方式1.采用方波触发,但由于触发脉冲是单一脉冲,输出电压不可控,且有可能失真.2,采用相控整流, 三相PWM整流器主电路结构如下列图,主要包括 交流侧的电感、电阻、直流电容、以及由全控开关器件IGBT组成 的三相全桥电路.Ua、Ub、Uc为三相交流电源,RL为负载.通过, 便可以在直流

5、侧得到稳定的电压输出, 同时保证交流侧电流相位可控, 且谐波小.(2)输出限制电路设计常用的限制方案包括电流跟踪和矢量限制等限制电路是高频开关电源的很重要的局部,是电源系统可靠工作的保证,开关电源的限制方式根本上都采用时间比率限制(TRC)方式.这种方式又大致分为三大类：l、脉冲宽度调制(Pulsewidthmodulation 简称PWM)式.它用调整脉冲宽度和限制占空比的方法来到达输出电压的稳定.2、脉冲频率调制(PulsefrequeneyModulation 即pFM)方式,它采用脉冲频率来改变脉冲占空比来限制输出电压的稳定.3、混合调制方式,即前二者兼而有之的方式,既限制脉冲宽度,又

6、改变脉冲频率,用综合技术来改变脉冲占空比和脉冲周期来限制输出电压的稳定.目前,以脉冲调制 PWMK用最多.此处采用SPW防制方式.2.总体实现框架、主要参数及电路设计输出负载额定电压为 U=400V,额定功率P=10kw,输出负载阻值=16Q额定电流有效值II由三相桥式整流公式10KW400二 25A兀3 6U 2 sintd ( t)2.34U 2 cos ;当覆=0时,整流后输出电压最大值为220X 2.34=514.8V滤波电感L1计算：为了保证电流连续和短路电流,那么KL1U2L1 " 2mH =' 'I dl0.46 2202 二 50 32mH =3.16

7、25mH电源输出滤波器参数的选择畸变系数DF(DistortionFactor):通常逆变电路输出端要经 LC滤波器后再接负载(其中,L串联在电路中,C并联在负载两端).假设逆变电路输出的n次谐波有效值为 K,那么 经LC滤波器衰减以后输出到负载的.适当地选择L, C使n次谐波容抗远小于感抗输出滤波电感的选择要考虑诸多因素,电感值太大,那么在滤波电感上的基波电压降也就越大,同时还使系统的动态响应变差；电感值太小,那么会严重影响输出波形的质量.通过对高频交流电源主电路的仿真分析,对输出滤波器参数进行了优化设计,最后确定滤波电感值定为 2.8uH,输出电容值定为 10uF.在上述参数设计下, 逆变

8、器输出电压波形如下列图.从显示的波形图可以看出,输出交流滤波器可以滤除逆变桥输出的SPW腋中的谐波分量.IGBT参数计算1)IGBT额定电压确实定由逆变器电路原理图可看出,IGBT承受的最大正向电压为逆变器输入侧的直流电压E.那么可选择的IGBT耐压尺值=2E二1120V .设计中实际选择 1200V 2)IGBT额定电流确实定己知逆变器最大输出功率为p为10kvy输出电压有效值 Uo为400V,设电流有效值为Io ,那么流过IGBT的峰值电流Ic=考虑平安裕量管子,1Atv= (1.52) X 35.355A=5370.7A,取IGBT额定电流为 60A.晶闸管参数计算直流侧电压最大值为=2

9、.34X220=514.8V此时直流侧电流为=32.18A晶闸管电流有效值=X 31.18=10.4A晶闸管额定电流I"凸=喽=6a (1.5 -2)Idvt =(9.94 -13.2)A考虑平安裕量取额定值为1.5-2倍的计算结果即晶闸管额定电压为Uvt =2.45U2 =2.45 220 =540V考虑平安裕量取额定值为计算结果的2-3倍即为(2 -3)Uvt =(1080 -1620)V设计中实际选择晶闸管的额定参数为电压1500V电流12A保护电路保护电路采用 RC吸收电路,晶闸管并联吸收电容 C=(24) X uF=(2 4) X4.5 X uF =(9 18) X uF

10、R=(1036) Q三、仿真验证(设计测试方案、存在的问题及解决方法)1 .仿真原理图2,整流后输出电压波形Tina ；1经过整流后的波形在开始段时间缓慢上升, 直流波形很稳定.在经过与短时间后就到了稳定阶段,得到的2 . 逆变 后 交 流侧 输 出 电压 波 形Vo.oa400.00200.00OjOO.而时400.006W.MVP0.03D.10D CODXMO.DBTim e M放大后最小值为35.3A ,对应电流有效值为25.1A,根本符合要求.由图可看出输出周期为0.5ms,所以频率为 20kHz.4 .小结通过本次电力电子课程设计,我对电力电子知识更加深刻,尤其是 PWM变 频整流逆变等知识都更加清楚,通过选择电路方案,设计电路原理图,选择 电路元件参数,并在仿真软件上测试优化,将所