电力电子逆变器课程设计

电力电子技术课程设计报告400Hz10kw中频电源设计指导教师：苏玉刚学生：杨承炜学号：20104965专业：自动化班级：2010 级 1 班设计日期：2012.12.17—2011.12.21重庆大学自动化学院2012年12月一课程设计指导教师评定成绩表指导教师评定成绩：指导教师签名：年月日二自动化学院2010级自动化专业电力电子技术课程设计任务书一、课程设计的教学目的和任务电力电子技术是研究利用电力电子器件、电路理论和控制技术，实现对电能的控制、变换和传输的科学，其在电力、工业、交通、通信、航空航天等很多领域具有广泛的应用。

电力电子技术不但本身是一项高新技术，而且还是其它多项高新技术发展的基础。

因此，提高学生的电力电子领域综合设计和综合应用能力是教学计划中必不可少的重要一环。

通过电力电子技术的课程设计达到以下几个目的：1、培养学生文献检索的能力，特别是如何利用Intel网检索需要的文献资料。

2、培养学生综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。

3、培养学生运用知识的能力和工程设计的能力。

4、提高学生的电力电子装置分析和设计能力。

5、提高学生课程设计报告撰写水平。

二、课程设计的基本要求1. 教师确定方向，在教师的指导下，学生自立题目注意事项：①所立题目必须是某一电力电子装置或电路的设计，题目难度和工作量要适应在一周内完成，题目要结合工程实际。

学生也可以选择规定题目方向外的其他电力电子装置设计，如开关电源、镇流器、UPS电源等，但不允许选择其他班题目方向的内容设计（复合变换除外）。

②通过图书馆和Intel网广泛检索和阅读自己要设计的题目方向的文献资料，确定适应自己的课程设计题目。

自立题目后，首先要明确自己课程设计的设计内容。

要给出所要设计装置（或电路）的主要技术数据（如输入技术数据，输出技术数据，装置容量的大小以及装置要具有哪些功能）。

如：直流电动机调压调速可控整流电源设计首先阐述清楚调压调速可控整流电源要完成的功能然后给出主要技术数据输入交流电源：三相380V 10% f=50Hz1 三直流输出电压：0~220V50~220V范围内，直流输出电流额定值100A直流输出电流连续的最小值为10A设计内容：整流电路的选择（方案的论证）整流变压器额定参数的计算晶闸管电流、电压额定的选择平波电抗器电感值的计算（主要参数计算）保护电路的设计触发电路的设计画出完整的主电路原理图和控制电路原理图列出主电路和控制电路所用元器件的明细表2. 在整个设计中要注意培养灵活运用所学的电力电子技术知识和创造性的思维方式以及创造能力。

要求具体电路方案的选择必须有论证说明，要说明其有哪些特点。

具体电路元器件的选择应有计算和说明。

课程设计从确定方案到整个系统的设计，必须在检索、阅读及分析研究大量的相关文献的基础上，经过刨析、提炼，设计出所要求的电路（或装置）。

课程设计中要不断提出问题，并给出这些问题的解决方法和自己的研究体会。

（注意：所确定的主电路方案如果没有论证说明，成绩不能得优；设计报告最后给出设计中所查阅的参考文献最少不能少于5篇，且文中有引注，否则也不能得优）。

3. 在整个设计中要注意培养独立分析和独立解决问题的能力。

要求学生在教师的指导下，独力完成所设计的系统主电路和控制电路等详细的设计（包括计算和器件选型），严禁抄袭。

4. 课题设计的主要内容是主电路的设计，主电路的分析说明，主电路元器件的计算和选型，以及控制电路设计。

5. 课题设计报告要求图表规范，文字通顺，逻辑性强。

6. 课题设计报告字数要求为6000字左右。

（A4纸打印8页左右）三、课程设计的工作计划1 四课程设计时间6天。

第1天上午，指导教师向学生讲授课程设计的目的、任务、设计方法和注意事项。

第1天下午和第2天学生到图书馆和Intel网上按照指导教师的要求查找所需要的文献，并在阅读分析中确定自己的研究题目、技术数据和设计内容，交指导教师审阅。

第3天学生的主要任务是确定方案。

第4天至第6天，学生的任务是综合所学知识，进行主电路和控制电路的设计，在老师指导下撰写课程设计报告。

四、各班的题目方向1班题目方向：相控整流技术的工程应用2班题目方向：交流调压或调功技术的工程应用3班题目方向：斩波技术的工程应用4班题目方向：无源逆变技术的工程应用注：星期五检查所有学生课程设计报告的题目和规范性，指出修改内容。

17周星期一提交所有毕业设计打印报告和电子档（要求同时提交参考文献中小论文和硕士论文的电子档）1 五目录1 引言2 中频电源设计的基本要求2.1 主要技术数据2.2 设计内容2.3 主要用途及功能介绍3 设计思想及内容3.1 设计思想及工作原理3.2 整流电路设计及参数计算3.3 逆变电路设计及参数计算3.4 保护电路设计及参数计算4 驱动电路设计4.1 整流驱动电路4.2你变驱动电路5 主电路原理图6 课程设计总结7 参考文献1 六1 引言随着现代科学技术的发展，对机械零件的性能和可靠性要求越来越高，金属零件的性能和质量除材料成分特新外，更与其加热技术密不可分。

例如，加热速度的快慢不仅影响生产效率而且影响产品的氧化程度，局部温度过冷或过热可能导致产品变形甚至损坏等。

由于感应加热具有热效率高，便于控制等优点，目前在金属材料加工，处理等方面得到广泛应用。

金属感应热处理中的加热目标是将金属加热到特定温度分布，比如热轧，不仅要求表面达到一定的温度，而且要求工件加热温度均匀，即工件径向与轴向温差小。

在此特定温度下进行轧制既能保证能源的合理利用，又能使轧制力在正常范围内以方便轧制。

又如在淬火加热中，除了表面温度要求外，对加热层厚度也有不同要求。

所有这些都要求加热功率、加热时间等工艺参数选择合理。

而在实际生产中，生产过程的复杂性以及人工控制的不精确性和随机性，可能就会产生两种不希望出现的情况：一是加热功率过大，加热时间过短。

虽然钢坯的表面温度已达到要求，但钢坯内部却没达到工艺温度分布要求，将会影响后续工艺。

二是加热功率过小，加热时间过长。

这种情况不仅会增加氧化皮含量，而且浪费能源。

在能源价格日益上涨和能源危机日趋严重情况下，应尽可能避免这种现象发生，以节约能源。

同时加热时间过长也会降低工厂的生产率，增加产品的成本。

由于工业用电的频率和稳定性上达不到要求，因此需要通过电力电子技术得到合适稳定的电源。

中频电源在这个方面使用也较多，因此获得稳定的中频电源对于提高工厂效率，节约能源显得贴别重要。

同时获得稳定的频率的电源还有助于提高产品的品质，提高工艺，能够生产出更高要求的材料。

1 七2 中频电源设计的基本要求2.1 主要技术数据（1）额定中频电源输出功率P H=10kW，极限中频电源输出功率P HM=1.1P H=11kW；（2）电源额定频率f =400Hz；（3）逆变电路效率η=95%；（4）逆变电路功率因数：cosϕ=0.81，ϕ=36º；（5）整流电路最小控制角αmin=15º；（6）无整流变压器，电网线电压U L=380V；（7）电网波动系数A=0.95~1.10。

2.2 设计内容晶体管、电容参数的选择主电路设计整流电路设计逆变电路设计保护电路设计2.3 主要用途及功能介绍中频电源是对各种负载适应力强、适用范围广，主要应用于各种金属的熔炼、保温、烧结、焊接、淬火、回火、透热、金属液净化、热处理、弯管、以及晶体生长等。

具有明显的节能效果，而且对于电网的污染小。

也不需要分辨A,B,C相序，调试方便等特点中频电源并不是严格意义上的电源，而是一种变频装置。

通过这个装置把工频电源变成我们寻妖的中频电源，基本工作方式是，就是通过二个三相桥式整流电路，把50Hz 的工频交流电流整流成直流再经过二个滤波器（直流电抗器）进行滤波，最后由逆变器将直流变为单相中频交流电供给负载。

在本次课程在本次课程设计中不仅要求对主电路的设计，还需要认真设计驱动电路和保护电路，同时要求我们在一个实际背景下完成这个设计，因此需要合理确定各个性能指标参数，并且还需要我们参阅大量资料。

3 设计思想及内容1 八1九3.1 设计思想及工作原理中频电源的工作原理为：采用三相桥式全控整流电路将交流电整流为直流电，经电抗器平波后，成为一个恒定的直流电流源，再经单相逆变桥，把直流电流逆变成一定频率的单相中频电流。

负载由感应线圈和补偿电容器组成，连接成并联谐振电路。

所以中频电源装置就是交流电-直流电-交流电-负载。

中频电源主要由整流电路，逆变电路和保护电路组成，以下就对这几个主要部分机型设计，以及电路参数的计算。

3.2 整流电路设计及参数计算1. 整流电路的选择：本设计不用整流变压器而直接由380V 三相交流接入再整流为直流电源。

常用的三相可控整流的电路有：三相半波，三相半控桥，三相全控桥，双反星形等。

三相全控桥整流电压脉动小，脉动频率高，基波频率为300Hz ，所以串入的平波电抗器电感量小，动态响应快，系统调整及时，并且三相全控桥电路可以实现有源逆变，把能量回送电网或者采用触发脉冲快速后移至逆变区，使电路瞬间进入有源逆变状态进行过电流保护。

三相全控桥式可控整流电路与三相半波电路相比，若要求输出电压相同，则三相桥式整流电路对晶闸管最大正反向电电压的要求降低一半；若输入电压相同，则输出电压比三相半波可控整流是高一倍。

而且三相全控桥式可控整流电路在一个周期中变压器绕组不但提高了导电时间，而且也无直流流过，克服了三相半波可控整流电路存在直流磁化和变压器利用率低的缺点。

从以上比较中可看到：三相桥是可控整流电路从技术性能和经济性能两方面综合指标考虑比其他可控整流电路有优势，故本次设计确定选择三相桥式可控的整流电路。

因为电源额定频率f 为1KHZ,所以三相桥式可控整流电路中的晶闸管选择快速晶闸管。

2. 整流侧参数计算(1)直流侧最大输出功率： P dm =HMP η=1.1HP η=1.1×95.010=11.58Kw (2)整流侧输出电压：U d =1.35U L cos α=1.35×380×cos15°=495.52V (3)整流侧输出电流： I d =dm d P U =11.58×1000495.52=23.37A (4)晶闸管额定电压：U TN =(1+10%)×3802=1182.28V(5)晶闸管额定电流：I TN=2dI1.57=17.19A3. 整流侧电路图：三相桥式全控整流电路是三相半波共阴极组与共阳极组整流电路的串联，在任何时刻都必须有两个晶闸管导通才能形成导通回路，其中一个晶闸管是共阴极组，另一个晶闸管是共阳极组。

六个晶闸管导通顺序为VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6，每隔60°一个晶闸管换相。