电力电子课程设计

太原理工大学电力电子课程设计

目 录

第1章 绪论 1

三相变频电源的设计要求 1

第2章 整流电路的设计和参数计算及选型 3

2.1 单相电容滤波的单相不可控整流电路 3 2.2 单相不可控整流模块的计算及选型 7

第3章 三相PWM逆变主电路的设计和参数选择 10

3.1 三相电压型逆变电路 10 3.2 对开关器件和快恢复二极管进行计算选择及选型 15

第4章 三相SPWM控制电路和驱动电路的设计 16

4.1 SPWM调制原理 16 4.2 SPWM控制电路分析及控制模块选择 18 4.3 SPWM驱动电路分析及驱动模块选择 21

第5章 三相变频电源MATLAB仿真研究和分析 24

5.1 整流电路的MATLAB仿真设计 24 5.2 逆变电路的MATLAB仿真设计 29

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5.3 三相变频电源的MATLAB仿真设计 31

附录 35

三相变频电源主电路和控制电路 35

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三相变频电源的设计要求

1．主要要技术参数

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SPWM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

2. 设计内容：

整流电路的设计和参数计算及选择（整流电路工作原理、输出波形分析、整流模块的计算及选型、滤波电容参数计算及选型）

三相逆变主电路的设计和参数选择（结合负载阐述三相电压型无源逆变电路的工作原理，分析输出相电压、线电压波形；对开关器件和快恢复二极管进行计算选择及选型）

三相SPWM控制及驱动电路的设计：根据SPWM调制原理分析逆变电路的输出相电压、线电压波形；设计驱动电路；选择控制模块和驱动模块。（SPWM集成控制芯片或分立元件构成。驱动模块有：日本富士EXB系列或三菱M579系

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列）

画出完整的主电路原理图和控制电路原理图，并进行仿真研究和分析。 3. 课程设计的目的

通过电力电子计术的课程设计达到以下几个目的：

培养学生文献检索的能力，特别是如何利用Internet检索需要的文献资料。 培养学生综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。 培养学生运用知识的能力和工程设计的能力。 培养学生运用工具的能力和方法。 提高学生课程设计报告撰写水平。

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近年来，在交-直-交变频器、不间断电源、开关电源等应用场合中，大都采用不可控整流电路经电容滤波后，提供直流电源，供后级的逆变器、斩波器等使用。其中，目前常用的是单相桥式和三相桥式两种接法。由于电路中的电力电子器件采用整流二极管，故也称这类电路为二极管整流电路。本章讲述的是单相不可控整流电路。

本电路常用于小功率单相交流输入场合。目前，应用于大多数微机、电视机等家电产品的开关电源中。

ud

ud

a)

b)c)

图1-1 a)单相桥式整流电路 b)交流输入正半周单相桥式整流电路工作图

c)交流输入负半周单相桥式整流电路工作图

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表2-1 单相桥式不可控整流电路工作情况

2.1.2 电容滤波的不可控整流电路

1. 工作原理及波形分析

图2-2b 为电路工作波形。假设该电路工作于稳态，同时由于实际中作为负载的后级电路稳态时消耗的直流平均电流是一定的，所以分析中电阻R作为负载。

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该电路的基本工作情况是，在u2正半周过零点至 t=0期间，因u2>ud,，故二极管均不导通，次阶段电容C向R放电，提供负载所需电流，同时ud下降。至 t=0之后，u2将要超过ud，使得VD1和VD4开通，ud=u2，交流电源向电容充电，同时向负载R供电。

设VD1和VD4导通的时刻与u2过零点相距δ角，则

u2 2sin( t ) （2-1）

在VD1和VD4导通期间，以下方程成立：

ud(0) 2sin

1t

ud(0) icdt u2 （2-2）

C0

式中，ud为VD1、VD4开始导通时刻直流侧电压值。

将u2代入并求解得

ic CU2cos( t ) （2-3）

而负载电流为

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iR

于是

u22

sin( t ) （2-4） RR

2

id ic iR CU2cos( t ) sin( t ) （2-5）

R

设VD1和VD4的导通角为θ，则 t=θ时，VD1和VD4关断。将id( ) 0代入式（2-5），得

tan ( ) RC （2-6）

电容被充电到 t

时，ud u2 2sin( )，VD1和VD4关断。电容开始以时间常数RC按指数函数放电。当 t= ，即放电经过 角时，ud降至开始充

电时的初值2sin ，另外一对二极管VD2和VD4导通，此后u2正半周的情况一样。由于二极管导通后u2开始向C充电时的ud与二极管管段后C放电结束时的ud相等，故下式成立：

2sin( t )e

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