三相PWM逆变电源的主电路设计

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随着电力电子技术的发展, 逆变器的应用已深入到各个领域, 一般均要求逆变器具有高质量的输出波形。逆变器输出波形质量主要包括另有二个 方面, 即稳态精度和动态性能。假若, 研究既具有形状和控制简单, 又具有优良动、静态性能的逆变器控制方案, 时不时是电力电子领域研究的热点问题图片图片。

随着国民经济的高速发展和国内外能源供应的紧张, 电能的开发和利用显得更为重要。目前, 国内外可以 大力开发新能源, 如太阳能发电、风力发电、潮汐发电等。一般情况汇报下, 哪些新型发电装置输出不稳定的直流电, 不可以 直接提供给可以 交流电的用户使用。为此, 可以 将直流电变加上交流电, 可以 时可并入市电电网。你你这个 DC- AC 变换可以 逆变技术来完成。假若, 逆变技术在新能源的开发和利用领域有着重要的地位。

脉宽调制逆变技术

PWM 的基本原理

(1)PWM( Pulse Width Modulat ion) 脉宽调制型逆变电路定义: 是靠改变脉冲深层来控制输出电压, 通过改变调制周期来控制其输出频率的电路。

(2)脉宽调制的分类:

以调制脉冲的极性分,可分为单极性调制和双极性调制一种;

以载频信号与参考信号频率之间的关系分, 可分为同步调制和异步调制一种。

(3 )( PWM)逆变电路的特点: 还可以 得到相当接近正弦波的输出电压和电流, 统统也称为正弦波脉宽调制SPWM( Sinuso idal PWM) .

(4) SPWM控制土办法: 但是对逆变电路开关器件的通断进行控制, 使输出端得到一系列幅值相等而深层不等的脉冲, 用哪些脉冲来代替正弦波所可以 的波形。按一定的规则对各脉冲的深层进行调制,既可改变逆变电路输出电压的大小, 也可改变输出频率。

(5) PWM 电路的调制控制土办法

a.载波比的定义:在PWM变频电路中,载波频率f c与调制信号频率f r之比称为载波比, 即N= f c/ ff 。

b.PWM逆变电路的控制土办法: 根据载波和调制信号波算不算同步, 有异步调制和同步调制一种控制土办法: 异步调制控制土办法,当载波比可以 3 的整数倍时, 载波与调制信号波就指在不同步的调制;二、同步调制控制土办法,在三相逆变电路中当载波比为3的整数倍时, 载波与调制信号波能同步调制。

本设计采用AC – DC – AC方案。采用SPWM调制土办法。交流输入电压经过不控整流后得到另有二个 直流电压, 再经过全桥逆变电路得到交流输出电压。为保证系统可靠运行, 除理主电路对控制电路的干扰, 采用主、控电路完整性隔离的土办法, 即驱动信号用光耦隔离, 反馈信号用变压器隔离, 辅助电源用变压器隔离。

1、整流电路的设计

本设计运用的是三相桥式不可控整流电路。在交-直-交变频器、不间断电源、开关电源等应用场合中, 大都采用不可控整流电路经电容滤波后提供直接电源, 供后级的变换器、逆变器等使用。原因电路中的电力电子器件采用整流二极管, 故也称类式电路为二极管整流电路。

经计算二极管应确定 HFA70NH1000额定电压10000V, 额定电流70A ( 快恢复型) 。

2、逆变电路的设计

逆变与整流相对应,是将直流电变成交流电。交流侧接电网为有源逆变;交流侧接负载为无源逆变。

逆变电路中的开关器件均确定 全控型器件--IGBT.IGBT是MOSFET与GTR的复合器件, 假若它具有工作速度快、输入阻抗大、驱动电路简单、控制电路简单、工作频率较高、元件容量大等多项优点。

本设计中所选IGBT管额定电压为10000V,额定电流约为20A , 统统应确定 六只10000V, 20A的IGBT管。IGBT 管型号为:IRGBC40F额定电压10000V,额定电流27A 。

逆变电路中, 6个二极管有限制过电压的作用,对IGBT 管进行保护。原因二极管和IGBT 管的电压和电流几乎相等。统统确定 二极管的型号为:HFA 70NH1000额定电压10000V,额定电流70A( 快恢复型) 。

3、输出滤波电路设计

LC滤波器的一般形式是另有二个 由LC组成的无源网络, 其工作原理是串联的LC电路在基频下呈串联谐振情况汇报。在理想情况汇报下, 对基波不产生压降,对高次谐波则是高阻抗, 抑制高次谐波电流。

经计算, 取电感的电感值为: L2= 0. 48mH取电容的电容值为: C2= 664uF

4、驱动电路的设计

驱动电路是将控制电路产生的PWM信号加以隔离、放大,形成驱动各开关器件开关动作信号的电路。它将逻辑电平的控制电路与可驱动6 个IGBT的高/ 低侧开关电路相连接。原因驱动电路的确定 因开关器件的不同而异, 而本课题确定 的开关器件是IGBT,它是电压驱动型开关器件, 统统大伙儿确定 了美国IR( Internat io nal Rect ifier )公司生产的型号为IR211000的6路快速IGBT驱动芯片。

C25为电源滤波电容, C24为过流检测电容, 其大小直接影响着保护算不算灵敏, 确定 不当将原因IGBT 冲出安全工作区而损坏。C21 , C22 , C23 为逆变器上桥臂产生悬浮电源的自举电容, 它们影响着这三只功率管的正常工作。R27~R1000, P2 为过流检测电阻, 假若改变P2的大小, 就可调接电流保护值的大小。R21~R26 为IGBT的栅极电阻。D1~D6 确定 快恢复二极管。

5、控制电路设计

控制电路采用集成脉宽调制电路芯片SG3524.SG3524与正弦函数指在芯ICL100038连接来产生SPWM波, 控制全桥逆变电路。

按照SG3524 的工作原理,要得到SPWM 波,可以 得到另有二个 正弦波,将它加到SG3524 内部,并与锯齿波比较,就可得到正弦脉宽调制波。

正弦波的频率由R2、R3 和C1来决定, 1. 15/ ( R2+R3 ) C1,为了调试方便,大伙儿将R2、R3都用可调电阻,R1是用来调整正弦波失真度用的。当时f= 1000Hz,R2+ R3= 10kΩ ,其中C1= 2. 2uF;正弦PWM 波ue信号产生后,输入到SG3524的1号脚, 正弦波和锯齿波在SG3524内部的比较器进行比较产生SPWM波。

总结

本文主要实现了三相PWM逆变器主电路设计, 包括整流电路、滤波电路、逆变器、驱动电路和控制电路设计,完成了相关器件的选型, 基本实现了AC- DC- AC转换功能。