毕业设计200W逆变电源初步设计.docx

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毕业设计200W逆变电源初步设计

辽宁工业大学

电力电子技术课程设计（论文）

题目：

200W逆变电源初步设计

院（系）：

电气工程学院

专业班级：

电气093

学号：

0

学生姓名：

郑硕

指导教师：

（签字）

起止时刻：

2011-**-**至2020-**-**

课程设计（论文）报告的内容及其文本格式

一、课程设计（论文）报告要求用A4纸排版，单面打印，并装订成册，内容包括：

①封面（包括题目、院系、专业班级、学生学号、学生姓名、指导教师姓名、、起止时刻等）

②设计（论文）任务及评语

③中文摘要（黑体小二，居中，很多于200字）

④目录

⑤正文（设计计算说明书、研究报告、研究论文等）

⑥参考文献

二、课程设计（论文）正文参考字数：

2000字周数。

3、封面格式

4、设计（论文）任务及评语格式

五、目录格式

①题目“目录”（小二号、黑体、居中）

②章题目（小四号字、黑体、居左）

③节题目（小四号字、宋体）

④页码（小四号字、宋体、居右）

六、正文格式

①页边距：

上，下，左3cm，右，页眉，页脚，左侧装订；

②字体：

一级题目，小二号字、黑体、居中；二级，黑体小三、居左；三级题目，黑体四号；正文文字，小四号字、宋体；

③行距：

20磅行距；

④页码：

底部居中，五号、黑体；

7、参考文献格式

①题目：

“参考文献”，小二，黑体，居中。

②例如：

（五号宋体）

期刊类：

[序号]作者1,作者2,……作者n.文章名.期刊名（版本）.出版年,卷次（期次）:

页次.

图书类：

[序号]作者1,作者2,……作者n.书名.版本.出版地:

出版社，出版年:

页次.

课程设计（论文）任务及评语

院（系）：

电气工程学院教研室：

学号

学生姓名

专业班级

课程设计（论文）题目

110V／200A单相桥式可控整流电路

课程设计（论文）任务

课题完成的设计任务及功能、要求、技术参数

实现功能

为1台额定电压110V、功率为20kW的直流电动机提供直流可调电源，以实现直流电动机的调速

设计任务

1、方案的经济技术论证。

2、主电路设计。

3、通过计算选择整流器件的具体型号。

4、若采用整流变压器，确定变压器变比及容量。

5、触发电路设计或选择。

6、绘制相关电路图。

7、完成4000字左右说明书。

要求

1、1、文字在4000字左右。

2、2、文中的理论分析与计算要正确。

3、3、文中的图表工整、规范。

4、元器件的选择符合要求。

技术参数

1、交流电源：

单相220V。

2、整流输出电压Ud在0～110V连续可调。

3、整流输出电流最大值200A。

4、直流电动机负载。

5、根据实际工作情况，最小控制角取20～300左右。

进度计划

第1天：

集中学习；第2天：

收集资料；第3天：

方案论证；第4天：

主电路设计；第5天：

选择器件；第6天：

确定变压器变比及容量；第7天：

确定平波电抗器；第8天：

触发电路设计；第9天：

总结并撰写说明书；第10天：

答辩

指导教师评语及成绩

平时：

论文质量：

答辩：

总成绩：

指导教师签字：

年月日

注：

成绩：

平常20%论文质量60%答辩20%以百分制计算

行间距20磅，小四宋体

黑体小二，居中

摘要

摘要也称内容提要，归纳研究题目的要紧内容、特点，文字要精练。

中文摘要一样很多于200字，外文摘要的内容应与中文摘要相对应。

小四黑体

关键词：

关键词1；关键词2；关键词3；关键词4

注意：

关键词很多于2个

第1章绪论

1.1电力电子技术概况

结合设计归纳进展技术电源设备普遍应用于科学研究、经济建设、国防设施及人民生活等方方面面，是电子设备和机电设备的基础，它与国民经济各个部门相关，在工农业生产中应用得最为普遍。

能够说，凡是涉及电子和电工技术的一切领域都要用到电源设备，它不仅提供优质电能，还对科学技术的进展产生庞大的阻碍，例如由于超小型、高效率的高频开关电源的显现，增进了航空航天和舰船技术的进展；不中断电源（UPS）的研制成功大大提高了运算机、通信、导航、医疗等设备的靠得住性;脉冲电源普遍应用于电焊、电镀等行业，节省了大量的电能和原材料。

21世纪时能源开发、资源利用和环境爱惜相互和谐进展的世纪，能源的优化利用与情节能源的开发，时能源资源与环境可持续进展战略的重要组成部份。

具有世界三大能源之称的石油、天然气和煤等化石燃料将慢慢被耗尽，氢能源与再生能源将取代化石燃料的高效低污染燃料电池发电方式，将称为主体发电方式。

因此，新能源的开发和利用相当重要。

逆变电源技术的进展是和电力电子器件的进展联系在一路的，器件的进展带动着逆变电源的进展。

最初的逆变电源采纳晶闸管（SCR）作为逆变器的开关器件，称为可控硅逆变电源.由于SCR是一种没有自关断能力的器件，因此必需通过增加换流电路来强迫关断SCR,SCR的换流电路限制了逆变电源的进一步进展。

随着半导体制造技术和交流技术的进展，自关断的电力电子器件脱颖而出，接踵显现了电力晶体管（GTR）、可关断晶闸管（GTO）、功率场效应晶体管（MOSFET）。

绝缘栅双极性晶体管（IGBT）等等。

自关断器件在逆变器中的应用大大提高了逆变电源的性能。

由于自关断器件的利用，使得开关频率得以提高，从而逆变桥输出电压中低次谐波的频率比较高，使输出滤波器的尺寸得以减小，而且对非线性负载的适应性得以提高。

1.2本文研究内容

依照任务书内容进行描述

逆变操纵技术的进展也是伴随着新型大功率高频开关器件的进展而进展起来的。

逆变器的脉宽调制（PWM）技术早在晶闸管时期就己经显现了，正弦脉宽调制（SPWM）在全控型器件显现以后取得了迅速的进展，这种技术是用一种参考波（一般是正弦波，有时也用阶梯波或方波等）为“调制波”，而以N倍于调制波频率的正三角波或锯齿波为“载波”。

由于正三角波或锯齿波的上下宽度是线性转变的波形，因此它与调制波相交时，就能够够取得一组幅值相等，而宽度正比于调制波函数值的矩形脉冲序列来等效调制波。

用开关量取代模拟量，并通过对逆变器开关管的通断操纵，把直流电变成交流电。

因为，当调制波为正弦波时，输出矩形脉冲序列的脉冲宽度按正弦函数规律转变.因此，这种调制技术通常又称为正弦脉宽调制（SPWM）技术。

尽管PWM操纵技术显现的很早，但由于电力电子技术进展初期功率开关器件的开关速度很低而且晶闸管又是半控器件，因此，这一技术一直没有取得专门大的进展。

PWM技术对逆变技术的进展起了专门大的推动作用，它与多重叠加法相较较，有以下显著的优势：

1）电路简单，只用一个功率操纵级就能够够调剂输出电压、频率。

2）能够利用不控整流桥，使系统对电网的功率因素与逆变器输出电压值无关。

3）能够同时进行调频、调压，与中间直流环节的元件参数无关，系统的动态响应速度快。

第2章Xxx电路设计

2.1XXX整体设计方案

Xxx电路设计

2.2XXX整体设计方案

依照任务书中的设计说明，进行经济和技术比较，确信整体方案。

画出整体方案框图，并简要说明各部份功能。

2.3具体电路设计

2.3.1主电路设计

2.3.2操纵设计

2.3.3爱惜电路设计

爱惜电路用于当电源显现异样情形时爱惜设备和电源本身。

当主回路中发生过载，过压等异样状况时，停止电路元件的工作。

爱惜电路能有效的爱惜逆变器件和负载不被损坏。

2.4过流爱惜回路设计

2.4.15.1.1产生缘故及危害

过流爱惜不仅直接关系到IGBT器件本身的工作特性和运行平安，而且阻碍到整个系统的性能和平安。

它包括短路和过流爱惜两种，操纵回路误动作或误配线等都会造成逆变器上、下桥臂直通等短路事故。

短路电流流过逆变器的开关器件，会使元件烧坏，因此，必需在很短的时刻内（1~2

）封锁PWM驱动信号输出，使逆变器停止工作，同时，还应使输入侧电源开关跳闸。

短路电流的整定值一样为逆变器输出额定电流的200%~300%，超过逆变器额定电流200%以上的电流应当即采取爱惜方法。

当逆变器内部发生短路时，电流转变超级大，因此必需快速检测出过流信号。

一样采纳霍尔元件快速检测电流，其检测点可设置在中间直流母线、逆变器输出电路或IGBT开关器件上。

2.4.25.1.2过流爱惜电路

过流爱惜电路原理如图5-5所示，过流信号来自霍尔元件对逆变器三个桥臂上IGBT元件上电流的采样（采样时刻为

）。

2.4.35.1.3工作原理

当在某一桥臂上发生过流时，比较器LM319（

）输出高电平，经反向器CD4049（

）输出低电平，指示灯LED3亮，显示故障，经与非门74HC30输出高电平，关闭驱动电路，同时继电器动作，断电。

中间继电器的触点可连接在电源侧，使主电源掉闸关断，切断后面装置和主电源的联系，从而起到爱惜电路的目的。

2.5泵升电压爱惜回路

在主回路中，直流电源电压

两头并联较大容量的电解电容器

、

，它除能够减小直流电源电压的脉动外，还能够作储能用。

由于逆变器直流侧采纳三相不可控整流，交流电动机减速或停车时，存储在电动机转子和负载中的机械能不可能回馈给电网；因此，电流必需通过逆变器中IGBT外部并联的续流二极管反馈至中间直流电路，对电容充电，由于电容的容量有限，充电将使C

、

端电压升高，形成所谓的“泵升电压”。

2.6过（欠）压爱惜回路的设计

2.6.1过压爱惜电路

.1产生缘故及危害

1）电网输入电压长时刻太高；

2）减速过快，引发泵升电压太高，当超过IGBT的平安工作电压时就可能造成开关器件的损坏；

3）我国电网电压的线性度较差，在重负载时，线电压通常小于380V，而在用电低谷期时，线电压高达440V，如此大的电压转变范围，会致使直流回途经电压，一样会损坏IGBT。

.2过压爱惜回路

设计的过压爱惜电气原理图如图5-3

图5-3过（欠）压电路原理图

直流电压爱惜信号取自主回路滤波电容器两头，经电容器分压后取得，为避免高压信号进入操纵电路，采纳光电耦合电路，直流电压爱惜动作限定在670V以上.3工作原理

正常情形下，采样电压小于给定电压，比较器输出低电平，经反向器CD4090输出高电平，指示灯不亮。

当故障发生时，采样电压经与非门CD4090输出低电平，过压指示灯LED1亮，同时，过压信号经与非门74HC30输出信号SET，送至锁存器74HB66封锁驱动脉冲

输出。

2.6.2缓冲吸收回路设计

缓冲吸收电路的设计很重要，因为设计的不适合，会使吸收电路有专门大损耗。

但是吸收电路的设计要紧仍是靠体会而不是理论计算，这是由于需要吸收电路区改善的波形主若是由电路中存在的寄生元件引发的。

吸收电路应该在电路实际搭建好以后才设计，即从己确信的印制电路板、变压器、功率开关管和整流器的参数来构建吸收电路雏形，如此寄生参数就能够很接近实际情形。

.1缓冲电路

通常IGBT的开关时刻约为

当IGBT由通态迅速关断时，有专门大的

产生，

在主回路的布线电感上引发较大的尖峰电压

，如图5-4所示

图5-4IGBT关断时的动作波形

那个尖峰电压与直流电压叠加后，加在关断的IGBT的C-E之间。

若是峰值电压专门大，可能使叠加后的

超出反向平安工作区，或由于

过大，而引发误导通，二者都有损于IGBT；为此，在IGBT上加入缓冲电路。

本设计中采纳的是冲放电型RCD缓冲电路，其电路图如图5-5所示

.2缓冲电路参数选择

1）吸收电容

吸收电容

可采纳下面公式计算

式中，

；

（额定