电力电子装置及系统课程设计报告

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1、三相正弦波变频电源设计1设计任务分析设计并制作一个三相止弦波变频电源，输出频率范围为20-lOOHz,输出线电圧有效值为36V,最大负载电流有效值为3A,负载为三相对称阻性负载（Y型接法）。三相正弦波变频电源原理方框图如图1-1所示。图1-1三相止弦波变频电源原理框图2三相正弦波变频电源系统设计方案选择2.1整流滤波电路方案选择方案一：三相半波整流电路。该整流电路在控制角小于30°时，输出电圧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，同时关断前面己经导通的晶闸管，每个晶闸管导通120。；当控制角

2、大于30。时，输出电压，电流的波形是断续的。方案二：三相桥式整流电路。该整流电路是由一组共阴极电路和一组共阳极电路串联组成的。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晶闸管导通，而且这两个晶闸管屮一个是共阴极组的，一个是共阳极组的。他们同时导通，形成导电回路。比较以上两种方案，方案二整流输出电压高，纹波电压较小且不存在断续现象，同时因电源变压器在正，负半周内部有电流供给负载，电源变压器得到了充分的利用，效率高，因此选用方案二。滤波电路用于滤波整流输出电压屮的纹波，采用负载电阻两端

3、并联电容器C的方式。2.2逆变电路方案选择根据题冃耍求，选用三相桥式逆变电路方案一：采用电流型三相桥式逆变电路。在电流型逆变电路中，直流输入是交流整流后，由大电感滤波后形成的电流源。此电流源的交流内阻抗近似于无穷大，他吸收负载端的谐波无功功率。逆变电路工作时，输岀电流是幅值等于输入电流的方波电流。方案二采用电压型三和桥式逆变电路。在电压型逆变电路中，直流电源是交流整流后，由大电容滤波后形成的电压源。此电压源的交流内阻抗近似于零，他吸收负载端的谐波无功功率。逆变电路工作时，输出电压幅值等于输入电压的方波电压。比

4、校以上两种方案，电流型逆变器适合单机传动，力口，减速频繁运行或需要经常反向的场合。电压型逆变器适合于向多机供电，不可逆传动或稳速系统以及对快速性更求不高的场合。根据题目更求，选择方案二。2.3SPWM（正弦脉宽调制）波产生方案选择在给设计中，变频的核心技术是SPWM波的生成。方案一：采用SPWM集成电路。因SPWM集成电路可输出三相彼此相位严格互差120。的调制脉冲，随意可作为三相变频电源的控制电路。这样的设计避免了应用分立元件构成SPWM波形发生器离散性，调试困难，稳定性较差。方案二：采用AD9851DDS

5、集成芯片。AD9851芯片由告诉DDS电路，数据输入寄存器，频率相位数据寄存器，告诉D/A转换器和比较器组成。曲该芯片生成正弦波和锯齿波，利用比较器进行比较，可生成SPWM波。方案三：利用FPGA通过编程直接生成SPWM波。利用其中分频器来改变脉冲信号的占空比和频率，主要是町通过外部按钮发出计数脉冲来改变分频预置数，实现外部动作来控制FPGA的输岀信号。比较上述3种方案，方案一是较好的一种产生SPWM波的方案，但题日屮的说明中明确规定不能使用产生SPWM波形的专用芯片，所以不能采用此方案，方案二由于DDS采用

6、全数字计数，因此会存在朵散干扰,直接影响输出信号的质量,所以此方案也未被采用，故采用方案三。2.4变频电源基本结构图方案一：交流变频电源实际上是一个AC-DC-AC装置。它先将来自公共电网的交流电经过整流器变成直流电，再通过逆变器将Z转变成满足负载需要的交流电，所以基本结构由整流电路，逆变电路，控制电路，负载匹配电路等儿部分组丿及如图2-1的开环控制方式，但这种电路在负载改变时不能达到题H发挥部分稳频，稳压的要求。图2・1开环结构方框图方案二：在上面方式的基础上，从负载端引出一个反馈信号。该反馈信号经处理后送

7、FPGA与预置数相比较，比较结构送输入端，形成一个闭环控制系统。该系统可靠性高，误差小，满足题日要求。结构方框图如图2-2所示。AC220V/50Hz图2-2闭环结构方框图考虑到本设计方案，选择方案二。3三相正弦波变频电源系统组成所设计的三相正弦波变频电源系统方框图如图3-1所示。控制方式采用单片机和FPGA共同控制的方式,由单片机AT89S52,IR12864-M液晶显示器,4X4按键构成人机界而。单片机控制1R12864-M液晶显示器4X4按键，并与FPGA的通信。FPGA作为本设计系统的主控器件，采用一

8、块Xinlinx公司生产的Spartan2E系列XC2S100E-6PQ208芯片，利用VHDL（超高速硬件描述语言）编程，产生PWM波河SPWM伯。同时，利用FPGA完成采集控制逻辑，显示控制逻辑，系统控制及信号分析，处理，变换等功能。220v/50hz的市电，经过一个220V/60V的隔离变压器，输出60V的交流电压，经整流得直流电压，经斩波得到一个幅度可调的稳定直流电压。斩波电路的IGBT开关