电力电子优秀课程设计三相交直交变换.docx

整流变压器设计
1. 依据负载实际需要，确定变压器输出功率P2及输出电流I2

2. 计算变压器输入功率P1及输入电流I1

3. 确定变压器磁芯截面积S和选择硅钢片尺寸：
变压器磁芯材料选择硅钢片，磁芯形状选择E型

4. 计算首次级绕组匝数W1、W2
由电磁感应定律，没匝线圈上感应电动势

整流变压器是△—Y型接法为确保首次级绕组相电压均为220v，次级绕组匝数为：
5. 计算首次级绕组导线截面积q及选择导线：

主电路设计
（1）主电路结构

（2）关键器件参数计算

（3）软开启和缓冲电路设计
软开启电路

工作原理：
刚刚接通电源时，比较器输出高电平，反相后输出低电平，三极管截止，继电器不工作，整流输出端电阻和电容组成充电电路，端电压缓慢上升，直到软开启电路中R2、C1充电后，电位高于比较器正输入端电位，输出低电平反相后输出高电平，三极管导通，继电器工作，整流输出端电阻被短路。

缓冲电路

工作原理：
右图给出了关断时负载曲线。关断前工作点在A点，无缓冲电路时，uce快速上升，负载线从A移动到B，以后ic才下降到漏电流大小，负载线随之移动到C。有缓冲电路时，因为C分流使ic在uce开始上升同时就下降，所以负载线经过D抵达C。能够看出，负载线在抵达B是很可能超出安全区，使V损坏，而负载线ADC是很安全，而且ADC经过全部是小电流、小电压区域，器件关断损耗也大大降低。

（4）分析工作原理，绘制关键波形
三相交流电经整流变压器输出相电压为220v三相交流电，再经过三相桥式整流电路后，向电容C充电，使输出端电容C两端电压值稳定为530v，再经三相电压型逆变电路输出有效值200v，f=60Hz三相交流电。
电压型逆变电路关键有以下特点：
直流侧为电压源，或并联有大电容，相当于电压源。直流侧电压基础无脉动，直流回路展现低阻抗；
因为直流电压源钳位作用，交流侧输出电压波形为矩形波，且和负载阻抗角无关。而交流侧输出电流波形和相位因负载阻抗情况不一样而不一样；
当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功效量作用，为了给交流侧向直流侧反馈无功效量提供通道，逆变桥各臂全部并联了反馈二极管。
在三相逆变电路中，应用最广是三相桥式逆变电路。本设计中采取IGBT作为开关器件电压型三相桥式逆变电路，如主电路图中所表示。

关键波形

逆变器控制技术
采取SPWM双极性控制方法
SPWM技术：输出脉冲宽度按正弦规律改变而和正弦波等效
双极性控制：在调制波半个周期内，三角载波有正有负，所得PWM波也是有正有负。
1.调制原理：
三个互差120°正弦波和高频三角载波进行比较，每路结果再经反相器产生和原信号相反控制波，分别控制上下桥臂IGBT导通和关断。这么产生六路SPWM波分别控制六个IGBT通断，从而在负载端产生和调制波同频三相交流电。
图2-4是采取双极性控制方法三相桥式PWM逆变电路，ABC三相PWM控制通常公用一个三角载波uc，三相调制信号 urA urB urC依次相差120°，ABC各相功率开关器件控制规律相同。
当urA > uc给V1导通信号，给V4关断信号，uAN’=Ud/2 ;当urA < uc时，给V4导通信号，给V1关断信号, uAN’=-Ud/2 。V1、V4驱动信号一直是互补，当给V1(V4)加导通信号时，可能是V1(V4)导通，也可能是VD1(VD4)导通。B相和C相控制方法全部和A相相同。uAN’ uBN’ uCN’PWM波形只有±Ud/2两种电平。当1和6通时，uAB= Ud，当3和4通时，uAB =-Ud，当1和3或4和6通时，uAB =0。输出线电压PWM波由±Ud和0三种电平组成。负载相电压PWM波由(±2/3) Ud、(±1/3) Ud和0共5种电平组成。

2.三角载波发生器

3.三相正弦波产生
（1）单相正弦波产生：选择ICL8038波形发生器输出B相正弦波

（2）三相正弦波产生
A相可由 －( B+60°)产生

C相可由－( A+B)产生

驱动电路设计
1.IGBT驱动部分选择专用驱动器M57962L
M57962L电路组成：
放大隔离电路；定时复位电路； 过流检测电路； 过流输出电路

2.M57962L驱动器特点：
1） 在驱动模块内部装有2500V高隔离电压光电耦合器实现电气隔离，适合20kHz左右高频开关运行。光电耦合器原边已串联限流电阻（约185Ω）可将5v电压直接加到输入侧。
2） 采取双电源供电方法，以确保IGBT可靠通断，假如采取双电源驱动技术，其输出负栅压比较高，电源电压极限值为+18v/-15v，通常取+15v/-10v。
3）内部集成短路和过流保护电路，含有封闭性短路保护功效。
4）输入端为TTL门电平，适适用于单片机控制，驱动信号延迟时间短，低电平转换为高电平传输延迟时间和高电平转换为低电平传输延迟时间全部在1.50μs以下。
M57962L工作程序:
当电源接通后，首先自检，检测IGBT是否过载或短路。若过载或短路， IGBT 集电极电位升高，经外接二极管流入检测电路电流增加，栅极关断电路动作，切断IGBT栅极驱动信号，同时在“8”脚输出低电平“过载/短路”指示信号。lGBT正常时，输入信号经光电耦合接口电路，再经驱动级功率放大后驱动IGBT。  
3.驱动电路设计图

附：

死区控制电路