交流-交流变频器设计

课程MATCH_ word word文档格式规范word作业纸小票打印word模板word简历模板免费word简历 _1715820382479_3任务书 学生姓名：              专业班级： 指导教师：            工作单位：      题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题   目:    交流/交流变频器设计 初始条件： 输入三相交流电：380V，50Hz。 要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求） 1、输出单相交流电，100V，1200Hz。 2、采用两级变换：AC/DC,DC/AC。 3、设计出完整电路图。 时间安排： 课程设计时间为两周，将其分为三个阶段。 第一阶段：复习有关知识，阅读课程设计指导书，搞懂原理，并准备收集设计资料，此阶段约占总时间的20%。 第二阶段：根据设计的技术指标要求选择方案，设计计算。约占总时间的40%。 第三阶段：完成设计和文档整理，约占总时间的40%。 指导教师签名：                      年    月    日 系主任（或责任教师）签名：          年    月    日 目录 摘要    1 1总体结构框图    2 2方案选择与比较    3 2.1整流滤波电路    3 2.1.1方案选择    3 2.2逆变电路    3 2.2.1产生SPWM波    4 3方案设计及验证    5 3.1整流滤波电路设计    5 3.2整流滤波电路仿真    5 3.3逆变电路设计    6 3.4逆变电路仿真    7 3.5SPWM波产生设计    7 3.6逆变电路驱动    9 3.7参数设定    10 3.7.1载波频率设定    10 3.7.2滤波电路参数设定    10 4心得 体会 针灸治疗溃疡性结肠炎昆山之路icu常用仪器的管理名人广告失败案例两会精神体会     11 参考文献    12 附录1：matlab仿真图    13 附录2：Altium Designer原理图    14 附录3：CPLD原理图    15 摘要 电力电子装置是以满足用电要求为目标，以电力半导体器件为核心，通过合理的电路拓扑和控制方式，采用相关的应用技术对电能实现变换和控制的装置。本次课程设计为三相输入单相输出逆变器。针对本设计，先用matlab/simulink对电路原理进行仿真，然后用Altium Designer绘制原理图。根据要求，本设计采用两级变换，第一级将380V三相电整流成单相直流，第二级将直流电逆变成要求的交流电。 其中整流采用三相不可控整流，逆变采用PWM逆变电路，SPWM波形采用CPLD编程得到。 关键词：逆变器  matlab  Altium Designer PWM  CPLD 1总体结构框图 根据设计要求，本次设计的交流/交流变换器需要采用两级电路，即先采用AC/DC的整流电路把380V的三相交流电变成直流电。再采用DC/AC的逆变电路，把直流电变成单相交流电输出。结构原理图如图1-1所示 图1-1 总体结构框图 2方案选择与比较 本设计主要由两部分组成，三相整流滤波AC/DC和逆变DC/AC。所以下面主要对这两部分进行讨论。  2.1整流滤波电路 整流电路的作用是将交流电转换成单向脉动性直流电，电源电路中的整流电路主要有半波整流电路、全波整流电路和桥式整流三种。滤波电路常用于滤去整流输出电压中的纹波，一般由电抗元件组成，如在负载电阻两端并联电容器C，或与负载串联电感器L，以及由电容，电感组成而成的各种复式滤波电路。 2.1.1方案选择 方案一：采用三相半波整流电路。该整流电路在控制角小于30°时，输出电压和输出电流波形是连续的，每个晶闸管按相序依次被触发导通，同时关断前面已经导通的晶闸管，每个晶闸管导通120°。当控制角大于30°时，输出电压和输出电流的波形是断续的。当两个晶闸管同时导通时，即在换向重叠角部分，晶闸管承受的最大反向电压为线电压的峰值，而承受的最大正向电压为相电压的峰值。    方案二：三相桥式整流电路。该整流电路是由一组共阴极和一组共阳极二极管串联而成的。三相桥式的整流电压为三相半波的两倍。三相桥式整流电路在任何时候都有两个二极管导通，而且这两个二极管中一个是共阴极组的，一个是共阳极组的。他们同时导通，形成导电回路。二极管承受的最大反向电压和方案一中一样，均为线电压的峰值但是二极管承受的最大正向电压为相电压峰值的一半。 比较以上两种方案，方案二整流输出电压高，纹波电压较小而且不存输入断续现象，而且对晶闸管的要求较低，可以减小在整流过程中的功率损耗，提高利用率。更重要的是不需要触发电路，使设计更简单。因此选用方案二。 滤波电路用于滤波整流输出电压中的纹波，采用输出脉动电压两端并联电容器C的方式。 2.2逆变电路 逆变电路是与整流电路相对应，把直流电变成交流电称为逆变。当交流侧接在电网上，即交流侧接有电源时，称为有源逆变；当交流侧直接和负载链接时，称为无源逆变。 本设计的要求为无源逆变。无源逆变分为交流-交流变频和直流-交流变频。交流-交流变频只能获得比输入频率低的交流电，而直流-交流变频得到的输出频率没有限制。本设计给的输入是三相50Hz电源，而要得到的是1200Hz交流电，故直流-交流变频。直流-交流变频通常采用PWM技术。 2.2.1产生SPWM波 PWM技术的核心是产生SPWM波，产生SPWM波有硬件调制法和软件生产法。以下对这两种方式进行讨论。 方案一：硬件调制法。硬件调制法是为解决等面积法计算繁琐的缺点而提出的,其原理就是把所希望的波形作为调制信号,把接受调制的信号作为载波，通过对载波的调制得到所期望的PWM波形。通常采用等腰三角波作为载波，当调制信号波为正弦波时，所得到的就是SPWM波形。其实 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 简单，可以用模拟电路构成三角波载波和正弦调制波发生电路，用比较器来确定它们的交点，在交点时刻对开关器件的通断进行控制，就可以生成SPWM波。 方案二：软件生产法。由于微机技术的发展使得用软件生成SPWM波形变得比较容易，因此，软件生成法也就应运而生。软件生成法其实就是用软件来实现调制的方法。 比较以上两种法案：方案一模拟电路结构复杂，难以实现精确的控制。方案二SPWM波由软件控制生产，只需要一片芯片就能获得精度很高的SPWM波，而且软件灵活，方便修改。因此选用方案二,SPWM波采用CPLD编程得到。 3方案设计及验证 本设计主要对整流滤波和逆变两方面进行设计。根据前面对方案的选择和比较，整流滤波采用三相桥式不控整流和电容并联滤波，SPWM波采用CPLD编程得到。 3.1整流滤波电路设计 三相桥式不控整流电路由一组共阴极和一组共阳极二极管串联而成的。电容并联在直流输出两端，如图3-1所示。 图3-1三相不控整流滤波电路 3.2整流滤波电路仿真 matlab建模如图3-2所示 图3-2 整流滤波电路建模 图3-3为图3-2仿真结果 图3-3 整流滤波电路仿真结果 由仿真结果可以看出三相桥式不控整流电路可以获得很好的整流滤波效果。 理论计算输出电压约为 与实际值相符。 3.3逆变电路设计 图3-4为单相无源PWM电路。结合IGBT单相桥式电压型逆变电路对调制法进行说明，工作时V1和V2通断互补，V3和V4通断也互补。以uo正半周为例，V1通，V2断，V3和V4交替通断。负载电流比电压滞后，在电压正半周，电流有一段区间为正，一段区间为负。负载电流为正的区间，V1和V4导通时，uo等于Ud 。V4关断时，负载电流通过V1和VD3续流，uo=0负载电流为负的区间， V1和V4仍导通，io为负，实际上io从VD1和VD4流过，仍有uo=Ud 。V4关断V3开通后，io从V3和VD1续流，uo=0。uo总可得到Ud和零两种电平。uo负半周，让V2保持通，V1保持断，V3和V4交替通断，uo可得-Ud和零两种电平。 图3-4单相无源PWM电路 3.4逆变电路仿真 图3-5为单相无源PWM逆变电路matlab仿真图。 图3-5 逆变电路建模 图3-6为图3-5的仿真结果 图3-6 逆变电路仿真结果 由仿真结果可以看出仿真结果满足1200Hz ，100V的设计要求。 3.5SPWM波产生设计 本设计采用软件生产法产生SPWM波，软件生产法和硬件调制法原理一样，产生一路载波，一路调制波，然后将两路波形进行比较得到SPWM波。不同的是产生载波和调制波都是由数字方法得到的，比较也是有数字方法进行比较。这些都是在CPLD内部产生的。图3-7为CPLD内部框图。 图3-7 CPLD内部框图 载波和调制波产生的原理都是基于DDS的原理，DDS的基本原理是利用采样定理，通过查表法产生波形。DDS的结构有很多种，其基本的电路原理可用图3-8 来表示。 图3-8 DDS原理框图 相位累加器由N位加法器与N位累加寄存器级联构成。每来一个时钟脉冲FS，加法器将频率控制字K与累加寄存器输出的累加相位数据相加，把相加后的结果送至累加寄存器的数据输入端。累加寄存器将加法器在上一个时钟脉冲作用后所产生的新相位数据反馈到加法器的输入端，以使加法器在下一个时钟脉冲的作用下继续与频率控制字相加。这样，相位累加器在时钟作用下，不断对频率控制字进行线性相位累加。由此可以看出，相位累加器在每一个时钟脉冲输入时，把频率控制字累加一次，相位累加器输出的数据就是合成信号的相位，相位累加器的溢出频率就是DDS输出的信号频率。 用相位累加器输出的数据作为波形存储器（ROM）的相位取样地址，这样就可把存储在波形存储器内的波形抽样值（二进制编码）经查找表查出，完成相位到幅值转换。波形存储器的输出送到Ｄ／Ａ转换器，Ｄ／Ａ转换器将数字量形式的波形幅值转换成所要求合成频率的模拟量形式信号。低通滤波器用于滤除不需要的取样分量，以便输出频谱纯净的正弦波信号。 继续阅读