电力电子课程设计交直变频调速
现代电力电子技术课程设计
现代电力电子技术课程设计介绍电力电子技术被广泛应用于现代工业生产、家庭用电和交通运输等方面。
因此，现代电力电子技术课程设计是电力工程专业的核心课程之一。
本文将介绍一种基于硬件和软件的电力电子课程设计，学生可以在课程中了解电力电子技术的基本原理和应用。
实验目的通过课程设计，学生应能掌握以下知识和能力：•了解电力电子技术的基本原理和应用；•熟悉电力电子硬件设备的搭建和使用；•掌握基于软件的电力电子控制方法；•能够完成基于电力电子技术的实际工程项目。
实验设备本次课程设计所需硬件设备如下：•变频调速控制器；•电机模拟负载；•相变器；•电容电压采样电路；•行波管电磁管；软件设备：•MATLAB/Simulink仿真软件。
实验内容选定一个具体的电力电子应用场景，例如交流电机的调速控制。
根据实际需求，设计和实现一个电力电子系统，包括硬件和软件两部分。
其中，硬件部分主要包括变频调速控制器、电机模拟负载、相变器、电容电压采样电路和行波管电磁管等，软件部分主要包括基于MATLAB/Simulink的控制算法设计。
实验具体步骤如下：1.搭建硬件设备搭建电力电子硬件设备，连接好所有器件，确定所有元件的工作状态。
变频调速器的输出需要用直流电压给相变器，经过相变器相位控制后，得到所需的交流电压输出给模拟电机负载。
电容电压采样电路与控制板需要连接好，以获取控制信号并输出到行波管电磁阀控制端口。
完成硬件连接后进行设备检测，确保所有器件均正常工作。
2.编写Simulink模型根据实际场景和需求，设计一个Simulink模型，使用PID控制算法为变频调速器提供控制信号。
在Simulink中分别设置输入、输出和控制算法，确保所有参数设定正确，且控制算法具有良好的控制效果。
3.模型仿真将Simulink模型与搭建好的硬件设备连接，进行系统仿真。
通过调整PID参数，检验仿真效果与控制性能。
如果仿真结果不理想，则重复调整控制算法和参数，以达到更好的控制效果。
交直流调速系统
交直流调速系统简介交直流调速系统是一种广泛应用于电机调速的控制系统。
它通过控制电机输入的电压或电流，实现对电机输出转速的精确控制。
交直流调速系统在工业领域中的应用非常广泛，可以用于机械设备、电梯、风机、泵站等各种场合。
原理交直流调速系统的基本原理是采用电力电子技术，将交流电转换为直流电，并通过控制器对直流电进行调节，再将调节后的直流电供给电机，从而实现对电机的转速控制。
交直流调速系统的核心部件是变频器，它通过改变电压或频率的大小，控制电机的转速。
变频器通常由整流器、滤波器、逆变器和控制器组成。
•整流器：将交流电转换为直流电，通过整流和滤波过程，将交流电的波形变换为平滑的直流电。
•逆变器：将调节后的直流电转换成交流电，逆变器可以改变输出的频率和电压大小，从而实现对电机转速的控制。
•控制器：控制系统的大脑，接收输入的控制信号，根据设定的转速要求对逆变器进行控制。
优势交直流调速系统相比传统的电阻调速和磁阻调速有以下几个优势：1.节能高效：交直流调速系统可以根据负载的需求调节电机的转速，避免了不必要的能耗，提高了能源利用效率。
2.转速范围广：通过控制器的精确调节，交直流调速系统可以实现广范围的转速调节，满足不同应用场景的需求。
3.控制精度高：交直流调速系统具有良好的转速控制性能，可实现对电机的精确控制，提高生产过程的稳定性和产品质量。
4.可靠性强：交直流调速系统采用先进的电力电子技术，具有较高的可靠性和抗干扰能力，可以适应恶劣的工作环境。
5.维护成本低：交直流调速系统的维护成本相对较低，设备运行稳定可靠，减少了维修和更换的频率。
应用领域交直流调速系统广泛应用于各个领域，特别适用于以下场合：1.机械设备：交直流调速系统可以应用于各种机械设备的转速调节，如印刷机、纺织机、切割机等。
2.电梯：交直流调速系统可以实现电梯的平稳起动和停止，提高电梯运行的安全性和舒适性。
3.风机：交直流调速系统可以应用于风机的转速调节，根据风量需求自动调节风机的运行速度，降低能耗。
电力电子技术课程设计交直交pwm变频电源的设计
前言《电力电子技术》是普通高等工科学校电气自动化专业和电气技术专业的主要课程，而本次电力电子技术课程设计是在学习完《电力电子技术》这门课程后一个重要性的实践性教学环节，通过把理论知识运用于实践，加深对这门课程的理解和掌握其精髓，通过实践巩固理论知识，实现理论与实践的完美结合，为此后解决实际问题打下坚实的基础。
同时也增强实践意识，培育迅速把理论知识运用于实践的能力。
在《电力电子技术》理论课程中，咱们学习了电力电子器件，整流电路，直流斩波电路，交流电力控制电路，交交变频电路，逆变电路，PWM控制技术，软开关技术，组合变流电路等方面的知识。
通过该课程设计能够进一步对所学知识的掌握，了解各类变流电路的大体原理和设计方式，培育独立分析问题和解决问题的能力。
并对电力电子的相关常识取得了解，同时对电力电子技术的各类器件具进行深层次的掌握，训练作为一名电气工程师在方方面面的综合能力，为此后在工作职位上奠定扎实的基础。
本次课程设计是交-直-交PWM变频电源的设计，按照设计要求，并适当考虑到理论与实际情形的误差，依照安全靠得住、技术先进、经济合理的要求，肯定变频电源方案论证及设计，选择主回路元件，肯定驱动电路，保护电路，缓冲电路的设计，采取PWM控制策略，肯定逆变变压器的设计等。
在本次课程设计中，前后取得了老师的大力帮忙，并与本课题同窗多次进行商讨，在此表示真挚的谢意！本次课程设计涉及面超级广，查阅了大量资料，由于很多方面的知识都是临时去学习，对所查阅的资料的正确性也没有一一考证，另外，这是本人第一次系统性进行电力电子方面课题的设计，限于在此方面知识的欠缺，设计当中不免存在并非最优方案和不完善的地方，因此，错误与疏漏的地方再所不免，望老师批评指正。
目录第一章概论 ......................................................................................................................................... - 4 -设计要求 . (4)设计内容 (4)第二章变频电源方案论证及设计 ................................................................................................... - 5 -交流-直流部份设计方案.. (5)直流-交流部份设计方案 (6)第三章主回路元件选择..................................................................................................................... - 7 -电容滤波的三相不可控整流电路 (8)双极性调制控制方式的三相桥式PWM电压型逆变电路 (10)第四章驱动电路设计.................................................................................................................... - 11 -驱动电路概述 (11)驱动电路选取 (11)第五章保护电路设计................................................................................................................... - 12 -短路保护 (12)过电压保护 (13)第六章缓冲电路设计................................................................................................................... - 13 -缓冲电路的作用 (13)缓冲电路具体设计 (14)第七章 PWM控制策略.................................................................................................................... - 15 -PWM控制技术简介 (15)PWM控制策略 (16)第八章滤波电路设计................................................................................................................... - 18 -第九章逆变电压器设计............................................................................................................... - 18 -总结................................................................................................................................................... - 19 -参考文献........................................................................................................................................... - 20 -[1]电力电子技术（第四版）.王兆安,黄俊.机械工业出版社.2000 ......................................... - 20 -[2]电力电子器件及其应用.李旭葆,赵永健.机械工业出版社.1996 ......................................... - 20 -附录一元件清单............................................................................................................................. - 21 -附录二电路图................................................................................................................................. - 22 -第一章概论PWM控制技术在逆变电路中的应用最为普遍，对逆变的影响也最为深刻。
电力电子技术课设 交直交变频装置
电气工程及其自控化专业电力电子技术课程设计报告姓名：学号：专业班级：题目：交直交变频实验装置设计电气与电子工程学院二〇一四年XX月XX日目录一、设计的技术数据 (2)二、方案论证及选择 (2)三、主电路设计 (4)四、控制电路设计 (6)五、驱动电路设计 (9)六、保护电路设计 (10)七、总结及心得体会 (12)八、参考文献 (13)九、电路原理图 (14)十、仿真图 (16)一、设计的技术数据1、交流电源：单相220V。
2、为了IGBT的安全，中间直流电压最大为50V。
3、输出交流电压约45V。
4、输出最大电流2A。
5最大功率：100W。
二、方案论证及选择单相交-直-交变频电路主要是通过整流滤波得到直流电，再通过控制逆变电路将直流电变成某个频率的交流电。
根据实验任务要求，对控制电路部分可以采用多种方案，具体方案如下：方案一：用可控整流调压、逆变器调频的交-直-交变频器。
调压和调频分别在两个环节上，由控制电路进行协调。
由于输入环节采用可控整流，当电压和频率调得较低的时候，晶闸管整流器的控制角较大，电网端的功率因素较低。
输出环节较多采用晶闸管组成的逆变器，输出电压的谐波分量较大，一般用于较大功率的变频器。
方案二：用斩波器调压的交-直-交变频器。
整流环节采用二极管不可控整流，增设斩波器进行调压，再用逆变器调频。
虽然多了一个中间调压环节，但是输入的功率因数提高了。
输出仍然采用晶闸管逆变器，所以仍然存在谐波问题。
方案三：用PWM逆变器同时调压调频的交-直-交变频器。
由于采用二极管不可控整流产生恒定直流电源，功率因数问题用这种方法就可以解决。
用PWM逆变器，输出电压是一系列脉冲，调节脉冲宽度就可以调节输出电压值。
假如脉冲宽度按正弦分布，则输出电压中谐波可以大大减少。
谐波减少的成度还取决于逆变器功率开关的开关频率。
因此，PWM逆变器中很少采用像晶闸管之类开关频率低的半控型器件作为开关器件，而是采用开关频率高的全控型器件如GTR、GTO、MOSFET、IGBT 等。
电力电子技术基础 第6章 AC-AC变换-交流调压和交交变频器
图6-1 单相交流调压电路（电阻式负载）
第6章 AC/AC变换——交流调压和交交变频器
u1
2、单相交流调压电路 （阻感式负载）
0j a
p
2p
wt
波形与工作原理
VT1
i0
VT2
R i2
~u1
u0
L
uG uG1
uG2
0
wt
u0
0j a
p
p+ a
wt
i00wtqFra bibliotekuVT
0
wt
图6-2 阻感负载电路波形
第6章 AC/AC变换——交流调压和交交变频器
电力电子技术课程讲座
第6章 AC/AC变换——交交变流电路 6.1 概述
交流-交流变流电路（AC/AC Converter）即把一种形式的交流变成另一种形式 交流的电路。在进行AC-AC变流时，可改变相应的电压(电流)、频率和相数等。
交流-交流变换电路可以分为直接方式（即无中间直流环节）和间接方式（有中 间直流环节）两种。
+
p
a p
第6章 AC/AC变换——交流调压和交交变频器
2、单相交流调压电路 （电阻式负载）
1.0
功率因数 λ
0.8
P U0I0 U0 sin 2a + p a
S U1I0 US
2p
p
✓ α越大，输出电压越低，功率因数也越低。 ✓ 移相范围： ✓ 图中输出电压虽是交流，但不是正弦波，没有偶次谐
O
✓
时刻，开通VT2，此时i2流过负载，u0 = u1；
✓在
期间，无VT通，由相应的VT承担u0电压，u0 = 0。
p+a
项目五 任务二 电力电子技术在变频调速中的应用
感谢
谢谢，精品课件
资料搜集
矿用提升机变频调速系统
现在大多数矿用提升机还在 沿用传统的线绕转子异步电动机, 用转 子串电阻的方法调速。这种调速属于有 级调速,起动电流和换档电流冲击大;中 高速运行振动大, 制动不安全不可靠, 对再生能量处理不力, 斜井提升机运行 中调速不连续, 容易掉电, 故障率高。 矿用生产往往是多小时连续作业, 即使 短时间的停机维修也会给生产带来很大 损失 。
控制电路
给定积分器的输出信号的极性决定电机正反转,当输出为正时, 电机正转;反之,电机反转。
给定积分器的输出信号的大小控制电机转速的高低。不论电机是正转 还是反转,输出频率和电压的控制都需要正的信号,因此需加一个绝对值运算器。 绝对值运算器的输出,一路去函数发生器,函数发生器用来实现低频电压补偿,以 保证在整个调频范围内实现输出电压和频率的协调控制;绝对值运算器输出电压 的另一路经过压控振荡器,形成频率fi的脉冲信号,由此信号控制三相正弦波发生 器, 产生频率与fi相同的三相标准正弦波信号,该信号同函数发生器的输出相乘 后形成逆变器输出指令信号。
安全方面
鉴于矿区电压的波动性可能比较大的事实, 由于变频器的回馈条件是 要和电网电压有一个固定的电压差值, 假若某时刻电网电压比较高, 再加上回馈 时的固定电压差值, 则此时变频器的母线电压就会达到一个比较高的电压值: 如 果再有重车下滑, 则每线电压会更高。此时的高电压就有可能威胁到变频器的大 功率器件的安全, 为此, 该系统又加了一个刹车部分,以保证变频器的安全。
项目五 电力电子技术 的应用
电力电子技术在变频调速中的应用
电力电子技术在变频调速中的应用
• 学习目标: 掌握SPWM变频装置的原理 了解矿用提升机变频调速系统的优点及结构
变频调速技术课程标准
<变频调速技术>课程标准一. 课程概述（一）课程性质变频调速技术是机电一体化专业、电气自动化专业必修课，是针对电气维修工艺员、电气设备安装维护工从事的机电设备的维护检修和试验、故障排除及维护管理工作等岗位需要的实际工作能力而设置的一门核心课程。
通过本课程的学习要求学生能够熟练掌握交流变频系统的工作原理、实现方法、机械特性、运行特点及适用场合，使学生在掌握本课程的基础上，经过实验环节有能力分析和设计交流变频系统。
本课程要求学生必须掌握本专业的必备基础理论知识和专业知识,掌握从事机电一体化专业领域实际工作的基本能力和基本技能,具有对交流变频系统的安装、调试、电气控制设备的运行与维护及故障检修等能力。
（二）课程设计思路《变频调速技术》是3年制机电类专业学生必须掌握的一门理论性和实践性都很强的专业基础课，该课程的主要目标是为了提高学生选择、使用和维护变频器及电气控制设备的能力；使学生掌握变频器的结构、基本工作原理、运行特性；熟悉变频器电气控制设备的分析调试维护方法，培养学生培养学生辩证唯物主义观点、实事求是的科学态度、逻辑思维能力、分析生产实际问题和解决实际问题的能力，培养学生的团队协作、勇于创新、敬业乐业的工作作风。
在对按照工作任务要求后，设定了认识变频器、变频器的的基本运行、变频器与继电器组合控制、变频器运行与分析、变频调速应用五个学习情境。
这五个学习情境按照基于工作过程的教学模式展开教学，用六步法（资讯、计划、决策、实施、检查、评估）对每一个情境进行教学实施，有助于提高学生的动手能力、自学能力、创新能力以及岗位能力等各项素质。
二. 培养目标根据3年制中职电类专业教学计划的要求，本课程应该达到以下教学目标：（一）知识目标：1、掌握异步电动机变频调速的控制方法和机械特性2、变频器的分类与特点3、晶闸管变频器、脉宽调制型变频器4、掌握转速开环的晶闸管变频调速系统、转差频率控制的转速闭环变频调速系统的组成和工作原理5、了解矢量变换控制的基本思想。
电力电子课程设计交直交变频器的设计
电力电子课程设计交直交变频器的设计电力电子技术课程设计- 1 -综述交-直-交变频器由主要由AC-DC、DC-AC两类基本电路组成，先经过AC-DC整流电路将交流电转换为直流电，经过滤波等处理后，再经过DC-AC逆变电路，将直流电转换为交流电。
整流电路采用三相全控桥整流，输出的整流电压脉动小、易于滤波；经过滤波处理后的直流电进入逆变电路，逆变电路采用PWM 控制电压式逆变电路，经过PWM技术控制逆变电路中IGBT的通断时间，实现对输出交流电的控制，以更好的满足电机对供电电源的要求。
主电路的驱动与控制，主要是对各部分开关器件的控制，即对晶闸管和IGBT的驱动与控制。
晶闸管是半控型器件，门极收到脉冲触发才能够导通，IGBT是全控型器件，门极电压触发导通，由芯片控制生成的PWM信号给IGBT触发信号，控制IGBT的通断，从而实现对主电路的精确控制。
交-直-交变频器的设计- 2 -1 主回路单元电路分析与设计1.1 变频器概述交-直-交变频器是由AC-DC、DC-AC两种基本变流电路组成，先将交流电整流为直流电，再将直流电逆变为交流电，因此，此类电路又称为间接交流变流电路。
交-直-交变频器与普通交-交变频器相比，最主要的优点是输出频率不再受输入电源频率的制约。
国内应用的低压变频器几乎全是电压源型，中间直流是用电容平波，整流后面可加电容滤波，再经过逆变输出理想交流电压，能够做交流电机的电压源。
1.2 整流部分整流电路AD-DC的作用是将交流电变为直流电。
按组成器件能够分为不可控、半控、全控三种；按电路结构能够分为桥式电路和零式电路；按交流输入相数能够分为单相电路和三相电路。
三相整流电路输出直流电压脉动较小，易于滤波处理，故采用三相整流电路。
常见的三相整流电路有三相半波可控整流电路与三相桥式全控整流电路。
1.2.1 三相半波可控整流电路三个晶闸管阴极连接在一起，为三相半波共阴极接法，为了得到零线，变压器二次侧接成星形，一次侧连成三角形，避免三次谐波流入电网。
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电
力
电
子
课
程
设
计
班级：自094
学号：091415402
姓名：马小照
日期：2011.6.13
壹
交直变频调速
一实验目的：
利用实验室的设备设计并连结成电路，熟悉并加深理解电力电子这门学科的作用及意义。
二实验要求：
（1）用软件实现电路原理图及波形图。
（2）说明系统的工作原理。
（3）观察某种现象并分析产生的原因。
（4）总结实验心得。
三实验步骤
实验原理图：
电机转动控制器
原理解说：在上图中，三个按钮分别控制电机的加速'减速和反
贰
叁
转。
其原理是在三相异步电动机中控制供给电机电压的频率从而
使电机内部的磁场转换变化，从而控制电机的转速。
原理解说：该图是SPWM 正弦波脉宽控制的原理图，其中三相正弦波发生器产生三相正弦波，每相相差120
度，其波形如下
它把三相正弦波传入幅值控制器，而V/F 函数电路产生1脉冲，也传入幅值控制器，复制控制器把四个脉冲处理并送入调制路，分为A,B,C.三相，三角波发生器产生如下三角波（利用示波器在
2. 3. 4 三个孔中可以看到）
调制电路产生六个信号，这几个信号都是矩形波，其图示如下（可
到）
通过示波器在 6. 7. 8 三个孔中可以看
这六个信号通过功率放大电路将小信号放大以便利用。
这六个信号放大后分为G1.G2.G3.G4.G5.G6.这六个信号分别相位相差60度。
用来控制晶闸管的导通和关断。
肆
原理解说：在该图中交流电源为电路提供电力。
开关k控制整个电路的通断，D1.D2.D3.D4.是四个二极管，起整流作用产生直流电，而电容C起到进一步整流的作用，使直流电更加稳定，UG1.UG2.UG3.UG4.UG5.UG6是六个晶闸管，UG1.UG4相连并与电机的A相相连，UG2.UG5相连于电机的B相相连，UG3.UG6相连并与电机的C相相连。
这六个晶闸管由上面的G1，G2.G3.G4.G.5G.6. 六个脉冲信号提供导通脉冲。
通过控制G1，G2.G3.G4.G.5G.6的波形频率从而可以控制电机的转动快慢。
（图中右下角的-5v错误，应该改为接地）
四实验现象
按照上面原理并将电机接好线路后，闭合开关K，按加速按钮，可以看到电机转动控制器中的频率显示器的显示在变大，同时电机转速增大，反之按减速按钮，可以看到电机转动控制器中的频率显示器的显示在变小，同时电机转速变慢。
当按下反转按钮时电机反转。
这是应为三相异步电动机的传速快慢是由其中的磁场
伍
控制，磁场的快慢是由供电的频率控制，其频率是由G1，G2.G3.G4.G.5G.6.控制，而G1，G2.G3.G4.G.5G.6.得频率受由三角波和正弦波结合控制，因此只要控制三角波得频率就可以控制电机转动的快慢。
从而实现交直变频调速！！！
五设计心得
通过这次课程设计，我进一步了解了电力电子应用技术在现实中的巨大作用，也对交直变频调速有了更深一步的了解。
同时对自己的电路连接，设计，有了更深一步的了解，对制图软件等一系列软件有了更大的认识。
陆。