三项六脉波逆变课程设计Word格式.docx
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八·
心得体会·
一、课程设计的目的与要求
1. 进一步熟悉和掌握电力电子原器件的特性;
2. 进一步熟悉和掌握电力电子电路的拓扑结构和工作原理;
3. 掌握电力电子电路设计的基本方法和技术,掌握有关电路参数的计算方法;
4. 培养对电力电子电路的性能分析的能力;
5. 培养撰写研究设计报告的能力。
通过对一个电力电子电路的初步设计,巩固已学的电力电子技术课程的理论知识,提高综合应用能力,为今后从事电力电子装置的设计工作打下基础。
二、课程设计内容(题目)的选择
1.题目:
三相六脉波无源逆变电路的参数设计研究(将直流逆变为220V、50Hz三相交流,原理、器件额定选取)
控制框图
设计装置(或电路)的主要技术数据
主要技术数据
输入交流电源:
单相220V,f=50Hz
交直变换采用二极管整流桥电容滤波电路,无源逆变桥采用三相桥式电压型逆变主电路,控制方法为PWM控制原理
输出交流:
电流为正弦交流波形,输出频率可调,输出负载为三相星形RL电路,R=10Ω,L=15mH
三、课程设计的内容
1.主电路方案确定
逆变器工作原理:
整个实验在三相桥式逆变电路下进行,如下图1,电感电阻性负载,A、B、C相的上下桥臂轮流导通。
当导通,截止时,a点电位位Ud/2;
当导通,截止时,a点电位位-Ud/2。
同理可得b、c点的电位。
通过控制六个管子的导通时间,达到逆变效果。
图1实验主电路
PWM是六个VT管子的触发信号,此信号是通过调制信号(即正弦波)和载波(三角波)的比较得到的,分析管的通断情况:
当正弦波比三角载波大的时候比较器输出1,导通,否则,比较器输出0,关断。
同理导通情况只要与反相即可。
图2PWM波生成原理简图
2.整流电路
根据要求,整流电路采用二极管整流桥电容滤波电路,其电路图如图2.1所示:
图2.1考虑电感时电容滤波的三相桥式整流电路及其波形
a)电路原理图b)轻载时的交流侧电流波形c)重载时的交流侧电流波形
2.1其工作原理如下所示:
该电路中,当某一对二级管导通时,输入直流电压等于交流侧线电压中最大的一个,该线电压既向电容供电,也向负载供电。
当没有二级管导通时,由电容向负载放电,ud按指数规律下降。
设二极管在局限电路电压过零点δ角处开始导通,并以二极管VD6和VD1开始同时导通的时刻为时间零点,则线电压为
uab=U2sin(ωt+δ)
而相电压为
ua=U2sin(ωt+δ-)
在ωt=0时,二极管VD6和VD1开始同时导通,直流侧电压等于uab;
下一次同时导通的一对管子是VD1和VD2,直流侧电压等于uab。
这两段导通过程之间的交替有两种情况,一种是在VD1和VD2同时导通之前VD6和VD1是关断的,交流侧向直流侧的充电电源id是断续的;
另一种是VD1一直导通,交替时由VD6导通换相至VD2导通,id是连续的。
介于二者之间的情况是,VD1和VD6同时导通的阶段与VD1和VD2同时导通的阶段在ωt+δ=出恰好连接起来,id恰好连续。
由“电压下降速度相等”的原则,可以确定临界条件。
假设在wt+d=2p/3的时刻“速度相等”恰好发生,则有
可得wRC=
这就是临界条件。
wRC>
和wRC<
分别使电流id断续和连续的条件。
对一个确定的装置来讲,通常只有R是可变的,它的大小反映了负载的轻重。
因此可以说,在轻载时直流侧获得的充电电流是断续的,重载时是连续的,分界点就是R=/wC。
考虑实际电路中存在的交流侧电感以及为抑制冲击电流而串联的电感时的工作情况:
电流波形的前沿平缓了许多,有利于电路的正常工作。
随着负载的加重,电流波形与电阻负载时的交流
侧电流波形逐渐接近。
2.2由电容滤波电路的原理分析可知,该电路的特点如下所示:
(1)二极管的导电角θ<
π,流过二极管的瞬时电流很大
电流的有效值和平均值的关系与波形有关,在平均值相同的情况下,波形越尖,有效值越大。
在纯电阻负载时,变压器副边电流的有效值I2=1.11IL,而有电容滤波时
(2)负载平均电压VL升高,纹波(交流成分)减小,且R越大,电容放电速度越慢,则负载电压中的纹波成分越小,负载平均电压越高。
为了得到平滑的负载电压,一般取
≥(3~5)
式中T为电源交流电压的周期。
(3)负载直流电压随负载电流增加而减小。
VL随IL
的变化关系称为输出特性或外特性,如图1所示。
C值一定,当,即空载时
当C=0,即无电容时
在整流电路的内阻不太大(几欧)和放电时间常数满足式≥(3~5)的关系时,电容滤波电路的负载电压VLV2的关系约为
VL=(1.1~1.2)V2
总之,电容滤波电路简单,负载直流电压VL较高,纹波也较小,它的缺点是输出特性较差,故适用于负载电压较高,负载变动不大的场合。
2.3二极管的选择
在选择整流二极管时,主要考虑两个参数,即最大整流电流和反向击穿电压。
在桥式整流电路中,二极管D1、D3和D2、D4是两两轮流导通的,所以流经每个二极管的平均电流为
在选择整流管时应保证其最大整流电流IF>
ID。
二极管在截止时管子两端承受的最大反向电压可以从桥式整流电路的工作原理中得出。
在v2正半周时,D1、D3导通,D2、D4截止。
此时D2、D4所承受的最大反向电压均为v2的最大值,
即
同理,在v2的负半周,D1、D3也承受到同样大小的反向电压。
所以,在选择整流管时应取其反向击穿电压VBR>
VRM。
3逆变电路
3.1三相桥式电压型逆变电路
基本工作方式是180°
导电方式。
同一相(即同一半桥)上下两臂交替导电,各相开始导电的角度差120°
,任一瞬间有三个桥臂同时导通。
每次换流都是在同一相上下两臂之间进行,也称为纵向换流。
三相电压型桥式逆变电路
工作波形
◆对于U相输出来说,当桥臂1导通时,=/2,当桥臂4导通时,=-/2,的波形是幅值为/2的矩形波,V、W两相的情况和U相类似。
◆负载线电压、、可由式uUV=uUN-uVNuVW=uUV-uWN'
uWU=uWN'
-uUN'
求出
负载各相的相电压分别为uUV=uUN'
-uNN'
uVN=uVN'
uWN=uWN'
把上面各式相加并整理可求得
设负载为三相对称负载,则有++=0,故可得
负载参数已知时,可以由的波形求出U相电流的波形,图4-10g给出的是阻感负载下时的波形。
把桥臂1、3、5的电流加起来,就可得到直流侧电流的波形,如图4-10h所示,可以看出每隔60°
脉动一次。
基本的数量关系
t
o
O
a)
b)
c)
d)
e)
f)
g)
h)
uUN'
uUNN
uUV
iu
id
uVN'
uWN'
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