高级电力电子反激变换器设计.docx
- 文档编号:30186524
- 上传时间:2023-08-05
- 格式:DOCX
- 页数:14
- 大小:719.13KB
高级电力电子反激变换器设计.docx
《高级电力电子反激变换器设计.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《高级电力电子反激变换器设计.docx(14页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
高级电力电子反激变换器设计
研究生专业课程考试答题册
学号2011261691
姓名李纪波
考试课程电力电子变换器设计与实践
考试日期2012-7-1
作业内容
设计一个用于风力发电系统的电力电子变换器,负载为spwm异步步电机调速,要求:
建模与主电路仿真,控制策略与系统仿真。
第一章三相单开关BoostPFC变换器设计
三相不可控整流桥和开关器件组成的三相单开关PFC电路拓扑,由于其控制简单、成本低而受到人们的青睐。
在这类三相PFC中不仅不需要检测输入电流,而且只需用常占空比的PWM开环控制就可获得高功率因数和低谐波电流的整流器。
1.1三相单开关BoostPFC变换器原理
图1.1三相单开关BoostPFC变换器原理图
三相单开关BoostPFC变换器原理图如图1.1所示,假设三相交流输入电压为纯正弦波,且对称,则其表达式可为:
其波形图如图1.2所示:
图1.2三相电压图
它主要有以下几个工作过程:
1)开关模式一
电路图通电状态如图1.3所示
图1.3开关模式一
此时,Mosfet管导通,给电感充电,电感电流增大
2)开关模式二
电路图通电状态如图1.4所示
图1.4开关模式二
此时,Mosfet管关断初始阶段,电感给电容充电,电感电流减小,直到A相电流为零。
3)开关模式三
电路图通电状态如图1.5所示
图1.5开关模式三
此时,Mosfet管关断中期阶段,B相电感电流继续减小,直到该相电流为零。
4)开关模式四
电路图通电状态如图1.6所示
图1.6开关模式四
此时,Mosfet管关断后期阶段,电感放电结束,只由电容给负载供电,接着开始下一个周期。
整个过程,三相电感电流波形图如图1.7所示:
图1.7三相电感电流一周期变化
PFC电路半个工频周期内,A相电压与电感电流波形如图1.8所示:
图1.8A相电感电流变化
其控制电路中只有一个电压环,输出电压与参考电压的误差经过PI调节后与固定频率的三角波进行比较来控制开关的动作,从而实现脉冲占空比的反馈调节,实现稳定的直流侧输出电压。
1.2三相单开关BoostPFC参数设计
1)整流的输入分析
发电机与主电路直接相连,输出三相电压和频率的变化的交流电经主电路变换成直流电。
发电机输出额定功率为1.5KW,额定电流3A,最高额定转速1000r/min,最高额定电压为380V。
电源变换器正常工作要求发电机输出频率范围:
40-100Hz,输出电压U1范围:
250-380V。
2)直流输出电压的选择
直流侧输出电压Ud不仅要满足后级逆变对电压的要求,而且要能保证功率因数校正电路输入侧升压电感电流为正弦。
Ud过低,一方面将会导致交流侧电流畸变要重,甚至不能跟随给定基准电压:
另一方面,对逆变电路正常工作将会产生影响,直接影响电源变换器的三相恒定电压和频率的输出。
Ud过高,将会提高器件的耐压定额,增加成本,也会降低系统的可靠性。
本文设计的逆变电路输出线电压为220V,考虑采用SPWM调制时可能产生逆变失效,所以直流母线电压必须大于两倍的相电压输出,即Ud>359.22V。
考虑系统带负载及正常工作允许的压降,确定Ud=600V。
3)整流桥的选择
在三相桥式不可控整流电路中,二极管承受的最大反向电压为最大输入线电压峰值,即
=537.32V,因此其反向重复峰值电压为1074.64V,考虑一定裕量,则耐压为1.6kV。
在最小输入线电压ULmin时,二极管承受最大电流Iamax=Po/ULmin=3.464A,考虑一定裕量,选择额定电流为8A。
5)交流侧电感选择
流过电感电流的最大值等于线路正弦波电流最大值加上叠加于该电流纹波振幅的一半;
其中,D为开关管的占空比,fs为开关频率(本文取50Khz)计算得
。
6)功率开关器件及续流二极管选择
在该设计中,由于开关频率为50kHz,
=1.5kW,在最小输入电压时电流较大,故可采用IGBT为主开关器件。
功率开关管电流
=8.48A,考虑安全裕量及工作环境因素,取2-3倍额定值,最终选择25A。
耐压值选取2Kv。
7)稳压电容的选择
直流侧稳压电容根据输出功率、直流电压,允许的电压降落和输入电压频率计算。
=200uF
第二章SPWM逆变器设计
2.1SPWM工作原理
以正弦波作为逆变器输出的期望波形,以频率比期望波高得多的等腰三角波作为载波(Carrierwave),并用频率和期望波相同的正弦波作为调制波(Modulationwave),当调制波与载波相交时,由它们的交点确定逆变器开
关器件的通断时刻,从而获得在正弦调制波的半个周期内呈两边窄中间宽的一系列等幅不等宽的矩形波。
其中单极性波形图如下所示:
图2.1spwm波形图原理
当参考电压高于三角波电压时,相应输出电压为正电平,反之则产生零电平;z负半轴是用同样的方法调制后再倒相而成;z调制结果是产生等幅、不等宽的脉冲列。
双极性SPWM调制方法和单极性相同。
2.2逆变器电路拓扑
按照SPWM控制的基本原理,在正弦波和三角波的自然交点时刻控制功率开关器件的通
断,这种生成SPWM波形的方法称为自然采样法。
自然采样法是基本的方法,所得到的SPWM波形很接近正弦波。
但这种方法要求求解复杂的超越方程,在采用微机控制技术时需要花费大量的计算时间,难以在实时控制在线计算,因而工程实际应用不多。
逆变器拓扑结构图及SPWM工作原理图如下所示:
图2.2逆变器主电路图
图2.3spwm产生原理图
2.3逆变器电路参数设计
1)功率开关器件的选择
逆变器最大的电流
耐压
取2-3倍的安全余量:
1200V,12A-15A
2)输出滤波电路的设计
滤波器的特性阻抗为
,根据截止频率的定义可得
,选择截止频率
可求得滤波电感电容值
第三章Matlab模型建立与仿真
该系统的整体模型如下图3.1所示,其中整个电路分为以下几个模块:
三项不稳定交流电源经整流为直流电源,根据电机给定指令信号经SPWM波型号发生模块产生三相全桥逆变器的驱动信号,通过驱动信号控制逆变器输出三相电的幅值与频率及相位,从而实现异步电动机的调速。
仿真原理图
图3.1系统仿真原理图
以下为仿真结果:
1)整流桥端电压
图3.2整流桥端电压
2)异步电机电流波形图
图3.3异步电机电流图
3)电机转速波形图
图3.4异步电机转速图
4)电机从1200调到800r/min
图3.5转速调速
可以看出电机调速满足要求。
5)逆变器开关管信号图
图3.6逆变器开关管信号图
经过建模仿真,可以看出搭建的模型达到了预定的要求。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 高级 电力 电子 激变 设计