上变频器课程设计

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1、辽辽 宁宁 工工 业业 大大 学学 高频电子线路高频电子线路课程设计 论文 课程设计 论文 题目 题目 上变频器电路设计上变频器电路设计 院 系 院 系 电子与信息工程学院电子与信息工程学院 专业班级 专业班级 通信通信112112 学学 号 号 学生姓名 学生姓名 沈记林沈记林 指导教师 指导教师 蔡希彪蔡希彪 教师职称 教师职称 副教授副教授 起止时间 起止时间 2014 6 16 2014 6 272014 6 16 2014 6 27 课程设计 论文 任务及评语课程设计 论文 任务及评语 院 系 电子与信息工程学院 教研室 电子信息工 程 注 成绩 平时20 论文质量60 答辩20 以

2、百分制计算 学 号学生姓名沈记林专业班级通信112 课程设计 论文 题目 上变频器电路设计上变频器电路设计 课程设计 论文 任务 设计参数 设计参数 1 设输入信号调制信号频率 1000Hz 载波频率 10000Hz 电压自定 2 变频器本地载波频率 15000Hz 电压自定 设计要求 设计要求 1 用 EWB 仿真 设计一个上变频器 2 能够观察输入输出波形 3 比较载波频率的关系 进度计划 第 1 天 集中学习 第 2 天 收集资料 第 3 天 方案论证 第 4 天 方案审 查 第 5 天 选择器件 第 6 天 单元电路设计 第 7 天 参数计算 第 8 天 整体电路设计 第 9 天 EW

3、B 仿真 完善设计 第 10 天 答辩 指导教师评语及成绩 平 时 论文质量 答 辩 总 成 绩 指导教师签字 年 月 日 目 录 第一章 绪论 1 1 1 上变频器的概况 1 1 2 研究内容 1 第二章 上变频器电路设计 2 2 1 上变频器整体设计方案 2 2 2 单元电路设计 3 2 2 1 整流电路 3 2 2 2 滤波电路 4 2 2 3 逆变电路 5 2 3 元器件的选择 5 2 4 EWB 仿真与数据分析 6 第三章 总结 7 参考文献 8 附录 I 整体电路图 9 附录 II 元器件清单 10 第一章 绪论 1 1 上变频器的概况 在微波频段内 高性能的低噪声接收前端由场效应

4、器件构成 随着对毫米波 亚毫米波频段的开发和应用 人们发现在毫米波频段高端和亚毫米波频段内 三 端口场效应器件是难以实现的 在缺少低噪声前端放大器的情况下 接收前端为 电阻性二极管构成的下变频器 通常其变频损耗为 5 10dB 1 反映系统接收灵 敏度的噪声系数性能也就限制在这个水平上 由于二端器件 如变容二极管 很 容易在上述频段内实现 为此一些学者提出下变频器的电路模型 由于该参量下 变频器具有稳定下变频增益或低变频损耗的优点 因此对提高系统的接收灵敏度 有着重要的意义 1 2 研究内容 设计一个上变频器电路 其具体参数为 1 输入信号调制信号频率 1000Hz 载波频率 10000Hz

5、电压自定 2 变频器本地载波频率 15000Hz 电压自定 设计要求 1 用 EWB 仿真 设计一个上变频器 2 能够观察输入输出波形 3 比较载波频率的关系 第二章 上变频器电路设计 2 1 上变频器整体设计方案 本次设计是变频变压原理对电机调速控制的变频器 及其基本电路的工作原 理 变频器是对电机驱动的电源变换装置 其输入电源为工频电源 但电流波 形不同于正弦波 而其输出波形也不同于输入波形 通用变频器的结构原理图 通用变频器把工频电流 50Hz 或 60Hz 变换成各 种频率的交流电流 以实现电机的变速运行 变频器主要由逆变电路和整流电路 及控 图 1 1 上变频器电路整体框图 整流电路

6、滤波电路 逆变电路 变频器电路 2 2 单元电路设计 2 2 1 整流电路 图 2 1 整流电路图 首先应该指出 传统的变径管可以经过缩径 并配以较小口径的流量计来达到测量小流 量的目的 但是这种方法不可能扩大仪表的量程比 因为它并末改变管道的流速分布状态 我们知道 涡街流量计的理论及推导是基于在无穷大的均匀流场中得到的 而在实际封闭圆 管中 却是非均匀流场 横断面的流速分布是一回转抛物面 虽然选择合理的柱型 使柱体 两侧弓形面的流速分布均匀 但实际上 工艺管道上回转抛物面的流速分布的影响是客观存 在的 实验表明在比较大的流量时 这个影响较小 或说这个影响在允许的范围内 但随着 流量的下降 这

7、个影响越来越大 从大量标定数据看 仪表常数总是随着流量的减小而增大 这说明取样点的流速与平均流速差异越来越大 2 2 2 滤波电路 图 2 2 滤波电路图 为了实现变频调速 常规的通用变频器在变频控制时使用电压与频率的比率 不变 为常数 在 v f 系统中 由于连线及电机绕组的电压降引起的有效电压衰 减 使电机扭短不足 这一现象在低速时 非常明显 2 2 3 逆变电路 图 2 3 逆变电路图 三电平逆变器的缺点是控制策略较复杂和出现中点电压不平衡的问题 其 中 中点电压不平衡是三电平逆变器的一个致命弱点 显然 若逆变器直流母线 上并联两电容的中点电压在运行时不稳定 它将引起输出的三电平电压变化

8、 不 仅使输出电压波形畸变 谐波增加 而且使三相输出电流不对称 失去三电平逆 变器的优势 然而 对于中点电压不平衡问题 目前尚未有根本的解决方法 其 中有代表性的方法一是利用改进硬件电路实现中点电压平衡的方法 二是通过改 变开关时序或控制矢量电压持续时间的方法实现电压平衡 但都存在电路复杂 控制效果不理想的问题 为此 本文基于传统二电平逆变器电压空间矢量控制原 理 提出基于平衡三电平逆变器中点电压的电压空间矢量控制的思想 从而在不 增加硬件电路情况下 根本解决了三电平逆变器中点电压不平衡的问题 2 3 元器件的选择 为了实现变频调速 常规的通用变频器在变频控制时使用电压与频率的比率 不变 为常

9、数 在 v f 系统中 由于连线及电机绕组的电压降引起的有效电压衰 减 使电机扭短不足 这一现象在低速时 非常明显 为了使低速时产生更大的扭矩而不发生 OTC 故障 用到了简单磁通矢量控制 简单磁通矢量控制系统 通过把变频器的输出电流进行矢量计算划分成励磁电流 和扭矩成分电流 然后调节电压使产生的电机电流与负载扭矩匹配 从而改善低 速扭矩特性 频率为 6Hz 时 可提供高达 200 的扭矩 如果电机常数变化不大 该控制不需要设定和调整特性的电机常数 就可实现稳定 大容量的低速扭矩 从而达到通用的效果 2 4 EWB 仿真与数据分析 变频器输入 输出波形如图 2 4 所示 图 2 4 上变频器

10、EWB 仿真图 从图中可以看到 输出波形 图中黑色部分 与输入波形 红色部分 相比 频率明显改变了 按空格键将开关连接到两个正弦交流信号源上 双击连接示波 器输入的导线 将两个通道的输入导线设置成不同的眼色以便于波形的观察 打 开示波器面板 启动电路仿真开关 这时在示波器上可以看到两个波形 如图 设输入信号调制信号频率 1000Hz 载波频率 10000Hz 变频器本地载波频率 15000Hz 第三章 总结 通过这次对变频器的设计 也让我了解了关于高频电子子原理与设计理念 要设计一个电路总要先用仿真仿真成功之后才实际接线的 但是最后的成品却不 一定与仿真时完全一样 因为 再实际接线中有着各种各

11、样的条件制约着 而且 在仿真中无法成功的电路接法 在实际中因为电路本身的特性而能够成功 所以 在设计时应考虑两者的差异 从中找出最适合的设计方法 还有就是通过这次课 程设计 我发现了自己在很多学术方面知识的匮乏 通过多天的图书馆查阅资料 和上网收索 才能勉强完成本次课程设计 看来今后 有空的时候要多看一些有 关学术方面的论文和资料 好好补充一下自己在这方面的欠缺 为自己未来的发 展打下深厚的基础 通过这次学习 让我对各种电路都有了大概的了解 所以说 坐而言不如 立而行 对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解 参考文献 1 张肃义 高频电子线路 第二版 北京 高等教育出版社 1988

12、 2 李新平 实用电子仿真技术 北京 机械工业出版社 2003 3 三菱电机株式会社 变频器原理与应用教程 国防工业出版社 2000 4 张燕宾 常用变频器功能手册 机械工业出版社 2004 5 东生 信号与电子系统原理及 EDA 仿真 中国科学技术大学 2000 6 谢自美 电子线路设计 实验 测试 武汉 华中科技大学出版社 2000 7 李响初 电子电路精选图集 500 例 化学工业出版社 2002 8 周常森 电子电路计算机仿真技术 山东科学技术出版社 2000 9 谢自美 电子线路设计 实验 测试 武汉 华中科技大学出版社 2000 10 微波滤波器阻抗匹配网络与耦合结构 M 上海 科技情报通讯编译室 1972 附录 I 整体电路图 附录 II 元器件清单 元器件名称数量参数 二极管12 三极管6 电阻31k ohm 电容21 uF 正弦波发生器11v 1000Hz 示波器1 开关1