AC-AC电源变换装置.docx

AC/AC电源变换装置设计 设 计 者： 熊慧敏 班 级： 电气硕1208班 学 号： M201271374 设计时间： 2012年12月 设计地点： 华中科技大学 指导老师： 邹旭东目 录一 设计说明31.1设计内容31.2关键词31.3 概述3二 技术要求5三 主电路原理说明63.1 主电路原理图及工作原理说明6四 主电路主要参数设计74.1 负载侧参数设计计算74.2 逆变电路输出电压94.3 隔离变压器的设计124.4 交流电抗器的设计174.5 直流滤波电路设计194.5.1 电容和电抗数值的计算194.5.2 直流电抗器的设计214.6 开关器件的选取224.6 整流二极管的选取23五 控制电路和保护电路设计245.1 控制电路原理框图及工作原理245.2 保护电路原理框图及工作原理25六 系统仿真296.1 系统仿真电路图296.2 反馈控制器设计296.3 系统仿真波形图30七 小结32参考文献33一 设计说明1.1设计内容本文设计了一个输出功率为5KVA、输出电压为380V、输出频率为500Hz的AC/AC变频电源。文中分析了主电路的工作原理，以及设计和计算了主电路的主要参数，包括逆变电路参数计算与开关器件的选取，电源变压器和交直流电抗器的设计计算等等。文中还分析设计了变频电源的控制电路和保护电路的基本结构和工作原理，以及拟采取的控制及调制策略说明和基本的控制器参数设计过程。1.2关键词AC－AC变频 逆变电路 电源变压器 交流电抗器 控制电路 保护电路 仿真波形1.3 概述AC/AC变频电源的主要功能是实现电压和频率的变换，从普通的市电中获得所需频率和电压的交流电源，可以同时实现电压和频率的变换。AC/AC变频电源的主电路，主要包括输入整流滤波电路、直流滤波电路、电源逆变电路、隔离变换电路和输出滤波电路，变频电源的电路结构框图如图1所示。图1 变频电源的电路结构框图从图中还可以看出，变频电源系统还包括辅助电源、控制驱动电路和保护电路的外围电路。AC/AC变频电源系统的设计遵循按照从系统输出到输入的次序进行，本设计就是遵照此原则进行的。二 技术要求1、输出电压：AC三相四线正弦波（220/380V）2、输出功率：5KVA3、输出频率：500Hz4、输入电压：AC三相380V±10%5、输入频率：50Hz6、负载功率因数：0.8~1（滞后）7、负载短时过载倍数：150%8、稳态时，输出电压误差，总谐波畸变率，单次谐波畸变率9、输入输出之间要求电气隔离10、交流输入端功率因数11、动态时，空载到半载，半载到满载，以及半载到空载，满载到半载，输出电压超调三 主电路原理说明3.1 主电路原理图及工作原理说明AC/AC变频电源的主电路的结构框图如图1的虚线框所示，主电路主要包括输入整流滤波电路、直流滤波电路、电源逆变电路、隔离变换电路和输出滤波电路，主电路的详细原理图如图2所示。图2 主电路原理图 主电路的主要功能是从市电中获得符合技术指标的交流电。其工作原理如下：380V、50Hz的三相交流市电，经过二极管三相不控整流桥整流成直流电，整流桥输出的直流电经过LC滤波后作为逆变电路的输入直流电压，此直流电压经过由全控器件(IGBT)构成的逆变电路你变成所需频率的交流电，为使逆变电路和输出电路之间的电压匹配，需在两者之间加入电源变压器，因为用PWM方式降低逆变电路输出电压的方式是不妥的，这会严重降低开关器件及输入电压利用率。所以逆变器输出的交流电压经过电源变压器后得到所需电压和频率的交流电压，为了输出的交流电压的供电质量更好，从变压器副边输出的电压在经过LC滤波电路后给负载供电。四 主电路主要参数设计4.1 负载侧参数设计计算负载侧的电路结构图如图3所示，根据图3可以得到一下的计算结果。图3 负载侧电路结构图负载电阻最小值时，；时，；负载电感最小值滤波电容取滤波电容电抗为负载电感电抗的2倍，则有：考虑到实际情况，电容取为3.3，取1个3.3 450V 50Hz的AC电容并联，用于500Hz的耐压将为55%，450*55%=247.5（V）。无输出隔离变压器时，逆变器输出电流：长期连续最大电流（单相）桥臂连续最大电流短期最大电流桥臂短期最大电流无输出隔离变压器时逆变器的输出电流峰值：长期连续电流峰值(单相) 桥臂连续最大电流峰值 短期最大电流峰值（单相）短期桥臂最大电流峰值滤波器电抗L的计算：对于三相电路，主开关器件工作频：（为正整数时逆变电路按同步方式工作，不为整数时按异步方式工作）。这里取6，则：，由于各桥臂移相原因，输出线电压的开关频率变为：。试选择，可得：，实际选择，滤波电路固有谐振频率：远小于1 4.2 逆变电路输出电压逆变电路的输出与后续电路的连接电路如图4所示，有图4可以得到如下的计算结果。