【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 090303096
学生姓名 郑硕
指导教师 签字
起止时间2011-**-**至2011-**-**

https://www.sodocs.net/doc/12443093.html, 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 论文
课程设计论文报告的内容及其文本格式 1、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、、起止时间等
②设计(论文)任务及评语
③中文摘要 黑体小二居中不少于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
2、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
5、目录格式
①标题“目录”小二号、黑体、居中
②章标题小四号字、黑体、居左
③节标题小四号字、宋体
④页码小四号字、宋体、居右
6、正文格式
①页边距上2.5cm下2.5cm左3cm右2.5cm页眉1.5cm页脚1.75cm左侧装订
②字体一级标题小二号字、黑体、居中二级黑体小三、居左三级标题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标题“参考文献”小二黑体居中。
②示例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. https://www.sodocs.net/doc/12443093.html, 本科生课程设计论文
IV 课程设计论文任务及评语 院系电气工程学院 教研室 注成绩平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算
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 https://www.sodocs.net/doc/12443093.html, 本科生课程设计论文
V 摘 要
摘要也称内容提要概括研究题目的主要内容、特点文字要精练。中文摘
要一般不少于200字外文摘要的内容应与中文摘要相对应。

关键词关键词1关键词2关键词3关键词4

注意关键词不少于2个
黑体小二居中
行间距20磅小四宋体
小四黑体 https://www.sodocs.net/doc/12443093.html, 本科生课程设计论文
VI 目 录
第1章 绪论 .......................................................... 1 1.1 电力电子技术概况 ............................................. 1 1.2 本文设计内容 ................................................. 2 第2章 XXX电路设计 .................................................. 3 2.1 XXX总体设计方案 .............................................. 4 2.2 具体电路设计 ................................................. 6 2.2.1 主电路设计 .........................................................................................6 2.2.2 控制设计 .............................................................................................7 2.2.3 保护电路设计 ......................................................................................8 2.3 元器件型号选择 .............................................. 14 2.4 系统调试或仿真、数据分析 .................................... 15 第3章 课程设计总结 ................................................. 16 参考文献 ............................................................ 17 https://www.sodocs.net/doc/12443093.html, 本科生课程设计论文 1 第1章 绪论 1.1 电力电子技术概况 结合设计概括发展技术
电源设备广泛应用于科学研究、经济建设、国防设施及人民生活等各个方面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
得最为广泛。可以说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还对科学技术的发展产生巨大的影响例如由于超小型、
高效率的高频开关电源的出现促进了航空航天和舰船技术的发展不间断电源
(UPS)的研制成功大大提高了计算机、通信、导航、医疗等设备的可靠性;脉冲电
源广泛应用于电焊、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、资源利用和环境保护互相协调发展的世纪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发展战略的重要组成部分。具有世界三大能源之称
的石油、天然气和煤等化石燃料将逐渐被耗尽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
和利用至关重要。

逆变电源技术的发展是和电力电子器件的发展联系在一起的器件的发展带
动着逆变电源的发展。最初的逆变电源采用晶闸管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因此必须通
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发
展。随着半导体制造技术和交流技术的发展自关断的电力电子器件脱颖而出
相继出现了电力晶体管(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https://www.sodocs.net/doc/12443093.html, 本科生课程设计论文 2 用大大提高了逆变电源的性能。由于自关断器件的使用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 根据任务书内容进行描述
逆变控制技术的发展也是伴随着新型大功率高频开关器件的发展而发展起来
的。
逆变器的脉宽调制 (PWM )技术早在晶闸管时代就己经出现了正弦脉宽调
制 SPWM在全控型器件出现以后得到了迅速的发展这种技术是用一种参考
波 (通常是正弦波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
变化的波形因此它与调制波相交时就可以得到一组幅值相等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
变器开关管的通断控制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变化.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控制技术出现的很早但由于电力电子技术发展初期功率开关器
件的开关速度很低而且晶闸管又是半控器件因此这一技术一直没有得到很大
的发展。
PWM技术对逆变技术的发展起了很大的推动作用它与多重叠加法相比较
有以下显著的优点
1电路简单只用一个功率控制级就可以调节输出电压、频率。
2可以使用不控整流桥使系统对电网的功率因素与逆变器输出电压值无关。
3可以同时进行调频、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。 https://www.sodocs.net/doc/12443093.html, 本科生课程设计论文 3 第2章 Xxx电路设计 2.1 XXX总体设计方案 https://www.sodocs.net/doc/12443093.html, 本科生课程设计论文 4










Xxx电路设计 2.2 XXX总体设计方案 https://www.sodocs.net/doc/12443093.html, 本科生课程设计论文 5 根据任务书中的设计说明进行经济和技术比较确定总体方案。画出总体方案
框图并简要说明各部分功能。


















https://www.sodocs.net/doc/12443093.html, 本科生课程设计论文 6 2.3 具体电路设计 2.3.1 主电路设计















https://www.sodocs.net/doc/12443093.html, 本科生课程设计论文 7 2.3.2 控制设计
















https://www.sodocs.net/doc/12443093.html, 本科生课程设计论文 8 2.3.3 保护电路设计 保护电路用于当电源出现异常情况时保护设备以及电源本身。当主回路中发
生过载过压等异常状况时停止电路元件的工作。保护电路能有效的保护逆变
器件和负载不被损坏。 2.4 5.1 过流保护回路设计 2.4.1 5.1.1 产生原因及危害 过流保护不仅直接关系到IGBT器件本身的工作特性和运行安全而且影响
到整个系统的性能和安全。它包括短路和过流保护两种控制回路误动作或误配
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必须在很短的时间内1~2s
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
值一般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
电流应立即采取保护措施。
当逆变器内部发生短路时电流变化非常大因此必须快速检测出过流信号。
一般采用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。 2.4.2 5.1.2 过流保护电路 过流保护电路原理如图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采样时间为s4
.0。 https://www.sodocs.net/doc/12443093.html, 本科生课程设计论文 9 2.4.3 5.1.3 工作原理 当在某一桥臂上发生过流时比较器LM319(0.1s)输出高电平经反向器
CD4049(s3
.0)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从而起到保护电路的
目的。 2.5 5.2 泵升电压保护回路 在主回路中直流电源电压dU两端并联较大容量的电解电容器1C、2C它
除了可以减小直流电源电压的脉动外还可以作储能用。由于逆变器直流侧采用
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电流必须经过逆变器中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C1、2C端
电压升高形成所谓的“泵升电压”。 2.6 5.3 过欠压保护回路的设计 2.6.1 5.3.1 过压保护电路 5.3.1.1 产生原因及危害
1
电网输入电压长时间过高
2减速过快引起泵升电压过高当超过IGBT的安全工作电压时就可
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https://www.sodocs.net/doc/12443093.html, 本科生课程设计论文 10 而在用电低谷期时线电压高达440V如此大的电压变化范围会导致直流
回路过电压同样会损坏IGBT。
5.3.1.2 过压保护回路
设计的过压保护电气原理图如图5-3 图5-3 过欠压电路原理图 直流电压保护信号取自主回路滤波电容器两端经电容器分压后获得为防止
高压信号进入控制电路采用光电耦合电路直流电压保护动作限定在670V以
上5.3.1.3 工作原理
正常情况下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6
1~EE输出。 2.6.2 5.3.2 缓冲吸收回路设计 缓冲吸收电路的设计很重要因为设计的不合适会使吸收电路有很大损耗。https://www.sodocs.net/doc/12443093.html, 本科生课程设计论文 11 然而吸收电路的设计主要还是靠经验而不是理论计算这是由于需要吸收电路区
改善的波形主要是由电路中存在的寄生元件引起的。吸收电路应该在电路实际搭
建好以后才设计即从己确定的印制电路板、变压器、功率开关管以及整流器的
参

数来构建吸收电路雏形这样寄生参数就能很接近实际情况。
5.3.2.1 缓冲电路
通常IGBT的开关时间约为s
1当IGBT由通态迅速关断时有很大的/didt产生/didt在主回路的布线电感上引起较大的尖峰电压/Ldidt如图5-4所
示 图5-4 IGBT关断时的动作波形 这个尖峰电压与直流电压叠加后加在关断的IGBT的C-E之间。如果峰值
电压很大可能使叠加后的CESPU超出反向安全工作区或者由于/
dudt过大而
引起误导通两者都有损于IGBT为此在IGBT上加入缓冲电路。本设计中采
用的是冲放电型RCD缓冲电路其电路图如图5-5所示
5.3.2.2 缓冲电路参数选择
1吸收电容sC
吸收电容sC可采用下面公式计算 https://www.sodocs.net/doc/12443093.html, 本科生课程设计论文 12 22
2
0
dCEP
m
sE
U
IL
C


式中1/mLHm
02CII
 额定值CESPCEPUU9.0VEd400(交流220V电网)或800V(交流380V电网)。将上述数据代入公式
计算出电容0.2sCF
所以可以选择0.2/1200FV的无感电容。
2 缓冲电阻sR
缓冲电阻要求IGBT关断时sC上积累电荷的90%能及时释放掉。sR不宜
过大如太大sC放电时间过长电不能完全放掉但sR太小在器件导通时sRsC放电电流过大、过快可能危及器件的安全也可能引起振荡IGBT导通时电流增加。一般电流选择下面公式 f
C
Rs
s3
.2
1

缓冲电阻产生的功耗sRP与阻值无关可由下式确定 sRP2
102
0f
ILm
式中系数10是电阻瓦特数的裕度系数以防止温度过高f是开关频率。
将数据代入上述公式可选电阻为218/1600W
。
3缓冲二极管
缓冲二极管过渡时正向电压降低是关断时尖峰电压产生的主要原因之一
另外缓冲二极管逆向恢复时间直接影响到缓冲吸收电路的开关损耗因此应
选择过渡电压低、逆向恢复时间短、逆向恢复特性较软的二极管。根据此要求
本设计中选择的缓冲二极管型号为MUR8100 8/1000
AV。

https://www.sodocs.net/doc/12443093.html, 本科生课程设计论文 13














https://www.sodocs.net/doc/12443093.html, 本科生课程设计论文 14 2.7 元器件型号选择
















https://www.sodocs.net/doc/12443093.html, 本科生课程设计论文 15
2.8 系统调试或仿真、数据分析 通过应用matlab对主电路中的准谐振逆变器进行仿真图7为仿真电路图
图8为仿真波形图从而得到更准确的数据












图9








Continuous
powerguiv
+
-Voltage Measurement
Series RLC Branch
Scope
Pulse
Generator3
Pulse
Generator2
Pulse

Generator1
Pulse
Generatorg
m
CEIGBT4g
m
CEIGBT3g
m
CEIGBT2g
m
CEIGBT1
Diode6
Diode5
Diode4
Diode
DC Voltage https://www.sodocs.net/doc/12443093.html, 本科生课程设计论文 16 第3章 课程设计总结
https://www.sodocs.net/doc/12443093.html, 本科生课程设计论文 17 参考文献 [1] 王兆安主编.电力电子技术.第四版.北京机械工业出版社,2003
[2] 郝万新主编.电力电子技术.化学工业出版社, 2002
[3] 孟志强主编.电力电子技术.晶闸管中频感应逆变电源的附加振荡启动方法,
2003.6
[4] 吕宏主编.电力电子技术.感应加热电源的PWM-PFM控制方法, 2003.1
[5] 吴雷主编.电力电子技术.基于DSP大功率中频感应焊机的研究, 2003.4
[6] 李金刚主编..电力电子技术.基于DSP感应加热电源频率跟踪控制的实现,
2003.4


注意中文用小四宋体英文用小四Times New Roman。参考文献不少于五
篇 https://www.sodocs.net/doc/12443093.html,