《电力电子课程设计》论文.docx

第一章绪论1.1课程设计的目的1）掌握三相全桥相控整流电路的结构及其工作原理，明确触发脉冲的相位关系，熟悉整流电路交流侧与直流侧电流、电压关系。2）掌握单相全桥逆变电路的结构及其工作原理，明确调制信号与载波信号之间的幅值关系，明确驱动脉冲的分配关系，熟悉逆变电路输出电压与直流电压、调制信号幅值之间的关系。3）熟悉电力电子电路的计算机仿真方法。1.2课程设计的任务与要求1）使用Matlab仿真软件实现三相桥式全控整流电路仿真模型，构建触发延时角为0度，30度，60度的三相桥式全控整流电路直流侧平波电感10mH、滤波电容10mF及负载电阻10Ω。采用宽脉冲触发方式。观测电网电压波形、触发脉冲波形、直流侧电压波形和负载电流波形。2）使用Matlab仿真软件实现三相桥式全控整流电路仿真模型，构建三相全桥PWM逆变电路。直流侧使用400V直流电压源。调制波信号为50Hz正弦波信号。载波信号为1080kHz双极性三角波。3）将1）、2）构建的仿真模型相组合，实现交-直-交变频电路仿真模型。其中触发延时角设为60度，调制波信号为250Hz正弦波信号。载波信号为10kHz双极性三角波。调制比设为0.9。负载使用5mH+5Ω阻感性负载。观测交流侧A相电网电压波形、相控整流触发脉冲波形、直流电压波形、输出电压给定波形、负载电压波形及电流输出波形。1.3MATLAB的原理应用及SIMULINK仿真MATLAB 的应用范围非常广，包括信号和图像处理、通讯、控制系统设计、测试和测量、财务建模和分析以及计算生物学等众多应用领域。附加的工具箱（单独提供的专用MATLAB函数集）扩展了MATLAB 环境，以解决这些应用领域内特定类型的问题。本次实验采用MATLAB软件中的SIMULINK平台进行电路设计，并进行仿真。在开环控制时，改变电压，可以实现整流输出电压在不同触发角时波形有着明显的区别，都是对称六脉波。在闭环控制时，其触发角主要由电压反馈电路，电流反馈电路进行调节，在示波器时基因数足够大的观察前提下，调节调压器，使该实验输出稳定的六脉波波形。第二章主电路设计及仿真2.1设计方案的论证交交变频电路是把电网频率的交流电直接变换成可调频率的交流电的变流电路。交交变频电路是一种直接变频电路。和交直交变频电路比较，优点是只用一次变流，效率较高。可方便地实现四象限工作。低频输出波形接近正弦波。缺点是接线复杂，如采用三相桥式电路的三相交交变频器至少要用36只晶闸管。受电网频率和变流电路脉波数的限制，输出频率较低；输入功率因数较低输入电流谐波含量大，频谱复杂。交交变频电路主要用于500kW或1000kW以上的大功率、低转速的交流调速电路中。2.2主电路结构框图与说明主电路系统框图如图2.2.1所示。图2.2.1 主电路系统框图整流电路：用来把三相交流电整流成直流电。滤波电路：用来把整流后的脉动的直流通过储能元件，变为较为平滑的的直流。逆变电路：用来把直流电逆变为交流电。最常见的是用6个逆变模块组件组成三相桥式逆变电路。2.3电路类型选择依据整流电路：是将交流电能变为直流电能供给直流用电设备。滤波电路：用来把整流后的脉动的直流通过储能元件，变为较为平滑的的直流。，逆变电路：用来把直流电逆变为交流电。2.4整流电路的工作原理及设计2.4.1 整流电路的基本工作原理整流电路是把交流电能转换为直流电能的电路。大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成。它在直流电动机的调速、发电机的励磁调节、电解、电镀等领域得到广泛应用。2.4.2 整流元件的选择晶闸管额定电压：=(2~3)，晶闸管的额定电流:=(1~1.5)K2.4.3 整流电路的设计与仿真三相桥式整流电路图如图2.4.1所示。图2.4.1 三相桥式整流电路图三相桥式整流电路仿真图如图2.4.2所示。图2.4.2 三相桥式整流电路仿真图2.5逆变电路的工作原理及设计2.5.1 逆变电路的基本工作原理逆变电路是把直流电能转换为交流电能的电路。当交流侧接在电网上，即交流侧接有电源时，称为有源逆变；当交流侧直接和负载连接时，称为无源逆变。2.5.2 SPWM波的产生设计SPWM(Sinusoidal PWM)法是一种比较成熟的，目前使用较广泛的PWM法。前面提到的采样控制理论中的一个重要结论:冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时,其效果基本相同。SPWM法就是以该结论为理论基础，用脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆变电路中开关器件的通断，使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的面积相等，通过改变调制波的频率和幅值则可调节逆变电路输出电压的频率和幅值。2.5.3逆变电路的设计与仿真逆变电路图如图2.5.1所示。图2.5.1逆变电路图逆变电路仿真电压波形图如图2.5