课程设计任务书。
学生姓名： 李闯专业班级： 电气0903班
指导教师： 朱国荣工作单位： 自动化学院
题目： 交流变换器装置设计。
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，400hz。
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。
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。
摘要 1交流变换器装置设计 2
1.任务要求 2
2.方案论证 3
3.模块电路设计 4
3.1 开关器件 4
3.2直流滤波电路 4
3.3输出滤波器 5
3.4整流电路 6
3.5 单相恒压恒频正弦波逆变器 8
3.6 控制系统 9
3.7辅助电源 10
3.8 过电压保护 11
3.9过电流保护 12
4. 主电路调试 13
5.总结 15
参考文献 16
正弦波输出变压变频电源已被广泛应用在各个领域中，与此同时对变压变频电源的输出电压波形质量也提出了越来越高的要求。对逆变器输出波形质量的要求主要包括两个方面：一是稳态精度高；二是动态性能好。
因此，研究开发既简单又具有优良动、静态性能的逆变器控制策略，已成为电力电子领域的研究热点之一。
交一直一交变频是目前变频电源的主要形式。本文所研究的变频电源即采用这种形式。按照电压、频率的控制方式，交一直一交变频器一种主要结构是采用单相桥式全控整流器整流、脉宽调制型(pwm)逆变器同时实现调压调频方式。
此时全控整流提高了装置输入功率因数，减小了对电网的谐波污染，又因采用高开关频率的逆变器，输出谐波很小，性能优良。
关键词：整流器逆变器 pwm控制。
从结构上看，变频电源可分为直接变频和间接变频两大类。直接变频又称为交一交变频，是一种将工频交流电直接转换为频率可控的交流电，中间没有直流环节的变频形式。间接变频又称为交一直一交变频，是将工频交流电先经过整流器成直流电，再通过逆变器将直流电变换成频率可变的交流电的变频形式，因此这种变频方式又被称为有直流环节的变频方式。
其中，把直流电变成交流电的过程叫做逆变，完成逆变功能的电路称为逆变电路。
本文所研究的交流变频器可以分为四个功能模块：整流电路、逆变电路、输出滤波器和控制电路。整流电路是一个单相ac／dc变换电路，功能是把ac 380v／50hz的电源进行整流滤波后转换成稳定直流电源供给逆变电路。
逆变电路是该电源的关键电路，其功能是实现dc／ac的功率变换，即在在控制电路的控制下把直流电源转换成单相spwm波形供给后级滤波电路，形成标准的正弦波。
本次设计要求：输入三相交流电：380v，50hz，输出单相交流电，100v，400hz。
其中需要采用两级变换：ac/dc,dc/ac，即交直变换，和直流逆变，还需要列出设计的完整电路图。
根据要求，输入的是三相交流50hz，输出的是400hz，而且采用两级变换，因此属于交―直―交变频。需要先对输入电压进行整流，电容滤波后再采用电压型单相桥式pwm逆变电路，利用调制电路设置信号波的频率400hz，调制信号设置成5000hz的spwm正弦波，最后利用lc滤波电路将得到的交流方波变成正弦波。最终得要的就是220v，400hz的交流电，满足设计的要求。
整体的设计系统框图如图2.1所示。
图2.1 系统结构框图。
上图中并没有列出缓冲电路，为了使波形平滑，减少干扰带来的扰动，除了滤波环节还要有缓冲电路；本电路对性能的要求不是很高，所以可以采用简单的能耗串联缓冲或者并联缓冲电路。
控制电路也需要附加的电源，并于电网能隔离开来，防止对电网有干扰信号，我们称对控制电路的电源为辅助电源，为±12v。
本次电路中还应该包括保护电路，比如短路保护、过温保护等。
该主电路的原理图如附录一所示，电阻、交流接触器、按钮组成合闸充电和启动的环节，、是直流滤波和抑制干扰的滤波环节，igbt开关组成逆变桥，每个开关旁的r、c、d是并联缓冲电路，ta是电流互感器。
接下来我们将讨论对整流、逆变、控制电路和输出滤波这几个模块的参数选择、电路连接分别进行讨论。
三相交流输入经不可控整流和大电容滤波以后，整流电压平均值为线电压的1.3～1.35倍，电路输入三相380v，直流电压变化的范围是494v～513v的直流电压。
采用全桥逆变主电路结构和spwm硬调制方式，逆变桥在最坏情况下，输出的最大电压基本有效值为：
如果考虑死区、开关管等引起的电压降为10%，则可得到314.3v。改变调制比时，可满足输出电压要求。
为了能有输入与输出电气隔离，故需要有输出变压器，不考虑变压器副边电感压降，初步计算，输入电压最低时变压器变比的变压比k=100/314.3=0.318。
对于开关器件而言，由于逆变桥母线最高直流电压为513v，考虑线路电感引起的附加电压和安全余量的需要，可以选用额定电压1200v的半导体开关器件。如果令额定功率为2000w,功率因素cosф=0.8，则输出电流额定值为：
额定输出电流幅值，过载时的电流幅值为120%=50.9a。如果不考虑滤波电容的影响，则变压器副边电流等于输出电流。
变压器原边电流有效值：，。
变压器原边电流幅值：，。
考虑冲击负载和缓冲电路引起的附加电流以及安全系数，可以初步选用100a的半导体开关器件，可以选用igbt。
直流滤波电路的主要任务是滤出三相整流的6 脉动波。采用大电容滤波方式，三相全桥整流电路的输出电压和电流脉动频率为300 hz，整流电路向电容补充能量的时间间隔为3.3 ms。
控制电容上电压波动幅值在直流电压的0.5%～1%，，逆变电路的平均输入电流为，根据电容上电荷增量和电压增量的关系。
可得。取4只6300uf/450v的电解电容串并联组合为900v、6300uf的滤波电容。
输出滤波电路的作用是减少输出电压中的谐波，并保证基本分量的传输。因滤波电容和负载并联，它可以补偿感性电流，但是滤波电容过大，反而会增加变压器的负担。因此在设计滤波电路时，首先确定滤波电容的值。
设计的原则就是在额定负载时，使容性电流补偿一半的感性电流。
取=30，选择50hz、500v的交流电容；50hz的交流电容用于400hz时，耐压降低，应降压使用，一般按50hz额定电压的60%使用。
本设计中采用lc滤波。由于单极倍频spwm调制方式下的逆变桥输出中除了基波外还含有高次谐波，其中最低谐波阶次为次，为半周期内的单极性波头数，本装置开关频率选取为8 khz，，最低次谐波频率为：
考虑死区的影响，一般选取输出滤波器的谐振频率为最低次谐波的1/5～1/10。本设计中取其1/10，取谐振频率为2khz计算，可得l=0.21mh，如果变压器的变比为k=0.
318，这算到原边的电感为：
在电容滤波的三相不可控整流电路中，可以采用与分析三相桥式全控整流电路类似的方法，只是将电路中的igbt均换作二极管，也就相当于晶闸管触发角α =0°时的情况。电路图如图3.41所示，该电路中，当某一对二极管导通时，输出直流电压等于交流侧线电压中最大的一个，该线电压既向电容供电，也向负载供电。
当没有二极管导通时电容向负载放电，按指数规律下降。
图3.41 电容滤波的三相不可控整流电路图。
此时对于共阴极组的三个晶闸管，阳极所接交流电压值最高的一个晶闸管导通，而对于共阳极组的三个晶闸管，则是阴极所接交流电压值最低的一个晶闸管导通。这样，任意时刻共阳极组和共阴极组各有一个晶闸管处于导通状态，就是在自然换相点处换相，三相电压型全桥不可控整流电路时工作波形图如图3.42所示。
第 i 阶段，a 相电位最高，t1管触发导通，b 相电位最低，t6触发导通，电流流通路径为a →t1→ r→t6→ b ，负载上电压。变压器 a、b两相工作，a 相电流为正，b相电流为负。
第 ii 阶段，a 相电位仍然为最高，tl继续导通，但 c 相电位最低，在自然换相点处触发 c 相的 t2 管，则 t2 导通，电流从 b 相换至 c 相，t6因承受反向电压关断。这时电流流通的路径为a →t1 → r →t2 → c，负载上电压。
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