课程设计列车变频空挪用直流电源系统的设计

电力电子技术课程设计报告题目列车变频空挪用直流电源系统的设计专业电气工程及其自动化班级电气学号学生姓名指导教师伍文俊吴江峰 20 年春学期起止时刻：200年6月22日至200年6月27日平时〔10%〕任务完成〔50%〕答辩〔20%〕课设报告〔20%〕总评成绩设计任务书12列车变频空调用直流电源系统的设计设计任务在列车上，拟采用三相变频式空调，变频器采用AC-DC-AC电路型式，且AC-DC变换采用三相二极管桥式整流器。但是，列车上只有直流220V电源，试设计一个电源转换系统来满足空调的供电要求。设计条件与指标直流电源，额定电压220V；空调：额定功率，额定电压380VAC，三相；电路简单可靠，体积小，功耗小；设计要求分析题目要求，提出2~3种实现方案，比拟并确定主电路结构和控制方案；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；参数计算，选择主电路元件参数；利用PSPICE、PSIM或MATLAB等进行电路仿真优化；撰写课程设计报告。参考文献王兆安，《电力电子技术》，机械工业出版社；陈国呈译，《电力电子电路》，日本电气学会编，科学出版社。一、整体设计1．主电路的选型〔方案设计〕必要保护电路由于设计给出来的电源为直流220V，可是空挪用的是三相交流，而且额定电压为380V，假设是直接采纳逆变电路来实现，那么输出的三相线电压的有效值小于220V〔一样小于330V〕,如此不符合空调的额定电压380v的要求，为此，应先采纳直流斩波电路把220V直流电压升高，再采纳三相逆变电路把DC转换成AC必要保护电路电路模型：三相逆变电路直流斩波电路M三相逆变电路直流斩波电路MDCE=220V DC:QUOTE AC380控制电路控制电路说明：=1\*GB3①直流斩波电路能够采纳升压斩波电路〔调剂占空比来调剂输出直流电压的大小〕、起落压斩波电路和cuk电路〔这二者的通过调剂来到达实现升压，由于后二者不需知足才能实现升压，如此调剂电压电压的幅度没有升压斩波电路的大，因此一样采纳升压斩波电路来实现升压。=2\*GB3②关于三相逆变电路能够采纳电压源型逆变电路，也能够采纳电流源型逆变电路。由于电流源型逆变电路输出的电压和一些脉冲叠阻碍输出电压，而且输出电压的波形和负载性质有关，如此无益于操纵输出的线电压有效值为380v，而电压源型逆变电路输出的电压与负载无关，如此利于操纵输出电压知足空调额定电压380V,因此选择电压源型逆变电路。=3\*GB3③操纵电路中斩波电路能够采纳一样的宽脉冲，也能够采纳PWM，可是出于简单考虑一样才采纳宽脉冲；逆变电路中采纳宽脉冲简单，可是输出的电压波形没有PWM接近正弦波，出于设计简单，体积小的要求采纳宽脉冲完全能够到达空调电压需求。=4\*GB3④爱惜电路，能够采纳快速熔断器、短路器、缓冲电路。本设计采纳di/dt爱惜电路，能够限制器件开通是的电流快速转变，同时又能够减小开关损耗。2.整体实现框架二、要紧参数及电路设计1.主电路参数设计=1\*GB3①负载模拟：空调额定电压为380V，功率为,假设是采纳Y负载接法，那么每一相等效电阻R为：=2\*GB3②确信升压斩波电路的占空比：由电压源型逆变电路可明白线电压：QUOTEQUOTE线电压有效值：为输入逆变电路的电压〕为了把E=220v升压为，而在升压斩波电路中(其中为操纵宽脉冲的占空比)因此在原理电路图中给出宽脉冲长度占一个周期前%×360=宽度，因此设置宽脉冲G0属性中设置Points为：2；SwitchingPoints为：0.190.=3\*GB3③确信逆变电路的操纵电路：本电路采纳T1-T6六个IGBT管子的每一个桥臂的导通角为，同一相上下两个桥臂交替导通，各相开始导电的角度依次相差，如此，在任何一刹时，将有三个桥臂同时导通，可能是上面的一个桥臂和下面两个桥臂，也有可能是上面两个桥臂和下面桥臂同时导通。为此逆变电路中T1-T6六个IGBT管的操纵信号别离为G1-G6的给法属性设置为：G1G4G3G6G5G2Points222442SwitchingPoints180.180.360.120.300.0.120.300.360.0.60.240.360.60.180.三、仿真验证=1\*Arabic1．方案测试结果：为了给逆变电路提供的直流电压，先验证升压斩波电路输出的电压是不是知足要求，以下是升压斩波电路的模块和严峻结果：斩波电路模块斩波电路触发操纵宽脉冲斩波后电压为,符合升压要求升压斩波电路已经符合要求，此刻测试三相电压源型逆变电路在直流电压情形下是不是输出额定电压为380V逆变电路模块的宽脉冲操纵输出的相电压、相电流和线电压的有效值符合要求升压斩波电路、逆变电路输出的电压已经知足要求能够把二者连接，连接后并参加必要的爱惜、滤波电路后电路图为：斩波电路和逆变电路组成的电源系统=1\*GB3①逆变电路六个IGBT管子T1-T6触发电路的给定别离为个G1-G6(测试的元件别离为V1-V6)：逆变电路触发操纵宽脉冲=2\*GB3②逆变电路输出测未参加滤波电感L二、L3、L4前逆变后输出的其中一相电压和电流〔如A相线电压为Va,电流为IA,A,B两相的线电压为Vab〕=3\*GB3③逆变电路输出测参加滤波电感L二、L3、L4前逆变后输出的其中一相电压和电流〔如A相线电压为Va,电流为IA,A,B两相的线电压为Vab〕滤波后的输出电压、电流波形〔波形变得圆滑〕=2\*Arabic2.结果分析：=1\*GB3①定性分析：通过测试和分析输出的电压，电流波形，在没有串入滤波电感L二、L3、L4前输出的波形与三相电压源逆变电路理论输出波形一样，可见设计的逆变电路正确，而且给定的IGBT管子的宽脉冲符合设计前需要实现的在任何一刹时，将有三个桥臂同时导通，可能是上面的一个桥臂和下面两个桥臂，也有可能是上面两个桥臂和下面桥臂同时导通的结果。参加滤波电感的作用是减少谐波成份，是输出波形尽可能的圆滑，有测试结果能够看出输出的电压，电流波形再也不是棱角的波形，而是把原先有棱角的地址通过滤波作用已经变成圆弧形状的，使波形尽可能逼近正弦波。=2\*GB3②定量分析：设计要求输出的三相电源额定电压必需知足空调额定电压为380V，额定功率为，通过逆变电路输出线电压Uab波形计算：输出的额定电压为380V，输出的相电流有效值的计算近似为:由于负载的接法为‘Y’型接法，因此QUOTE，输出的额定功率为:由测试结果的定量分析可知：斩波电路的宽脉冲的占空比设计正确，使升压后输出的电压Ud=，为逆变电路的输入电压提供了正确的电压，总的设计大体上已经符合设计要求了。=3\*Arabic3.碰到的问题和解决方法=1\*GB3①在测试升压斩波电路输出的电压Ud，开始的时候超调专门大，而且要好久才能到达稳固的输出电压〔调剂时刻比拟长〕，这两个方面都阻碍负载的正常运行，因此要使输出的电压暂态的时候尽可能的电压不要超过稳态值〔没有超调〕，好要尽可能使输出的电压尽可能快速到达稳态值〔调剂时刻很小〕。解决方法：由于负载已是设计好了，固定的，阻碍输出的超调的量确实是斩波电路中电感L1，L1越小就超调就越大，因此应该把L1的值设计的比拟大，可能在3H,阻碍输出电压调剂时刻的是斩波电路中的电容C1,C2，它们的容量越大就越容易发生震荡，调剂时刻就越长，为此C1,C2都设置为，如此输出的电压就比拟好了。=2\*GB3②在没有参加滤波电感前输出的波形是“品〞字波，波形棱角严峻，呈现阶梯形的，谐波充分比拟大，对负载运行也产生阻碍。解决方法：能够在三相负载前面串入电感L二、L3、L4，起到滤波和改善输出波形，尽可能的是输出的波形再也不为阶梯形，而是缓慢转变到下一个值，如此对空调负载可不能产生输出电压快是跃变的冲击阻碍，空调就能够够专门好的运行了。四、小结设计大体上符合了设计条件和要求，可是假设是采纳三相逆变电路的多重化，即几个逆变电路能够采纳并联的方式，再通过变压器把每一个逆变电路依照必然方式连接输出电压，能够是输出的波形比拟圆滑，尽可能接近正弦波，而且能够排除特定的谐波成份，对空调的运行会加倍稳固。通过本次设计，了解了电力电子设计的一样进程，熟悉开发仿真环境，进一步的加深了