《开题报告参考范文(三电平变频器设计)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《开题报告参考范文(三电平变频器设计)（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、电信学院毕业设计开题报告姓 名专业班级学 号指导教师题目类型工程设计题 目三电平变频器设计一毕业设计的技术背景：随着人们对节能的重视程度越来越高，高压大功率场合日益需要对高电压大电机进行变频控制。多电平逆变器的拓扑结构使得IGBT等功率开关器件可以应用在该场合中，并且与普通的二电平逆变器相比，在相同载波频率下，逆变器的开关频率要低，输出波形的谐波分量也会更少，减少了谐波损耗与开关损耗，提高了系统的效率；同时电压上升率（du/dt ） 、电流上升率 (di/dt)减小，减小了对电机绝缘的损害，减小了对周围环境的电磁干扰，延长了电机寿命。一般的逆变器均为二电平波（+Ud/2,-Ud/2) 故而被称
2、为二电平逆变器, 但是这类逆变器难以应用在高压输入逆变场合, 对此, 日本 Akira Nabae 教授于 1981年首次提出了中点箝位逆变器 . 它是在二电平三相全桥逆变器中增添了两个分压电容, 并在每一桥臂增添了二个功率开关和二个中点箝位二极管得到的。由于该逆变器能输出三种电平 （+Ud/2,0,-Ud/2 ）的电压波 , 因而被称为三电平逆变器(Three_level Inverter,TL逆变器 ) 。P.M.Bhagwat等人于1983年将三电平逆变器推广到五电平、七电平等多电平逆变器结构。由于多电平逆变器具有功率开关电压应力低、 功率器件串联均压、 输出电压波形谐波含量低、 du/
3、dt 和di/dt引起的电磁干扰小等优点, 因而在高输入电压或高输出电压大功率逆变场合具有广泛的应用前景。二毕业设计依据 :三电平逆变器是指一个输出周期内相电压为三电平波（+Ud/2,0,-Ud/2 ）的逆变器。其输出线电压则有 Ud，0，Ud/2 五种电平。三电平逆变器还有一个突出的优点就是每个主开关器件关断时所承受的电压仅为直流侧电压的一半。因此，特别适合于高压大容量的应用场合。多 电 平 逆变 器主 要有 三类 拓 扑 结 构 :(1) 二 极 管 箝位 型逆 变器 (Diode-Clamped Inverter)；(2) 电容箝位型逆变器 (Flying-Capacitor Inert
4、er)；(3) 具有独立直流电源的级联型逆变器 (Cascaded-Inverter with Separated DC Sources) 。二极管箝位型、电容箝位型多电平逆变器适用于高输入电压大功率逆变场合；而具有独立直流电源的级联型多电平逆变器适用于低输入、高输出电压大功率逆变场合。多电平逆变技术不需要变压器，只用低频功率开关器件，就可以实现高压输入和高压输出、低输出谐波的大功率逆变；而共用一个直流电源的多重移相叠加阶梯波合成逆变器，需要采用变压器和低频功率开关器件来实现低压输入和高压输出、低输出谐波的大功率逆变。三毕业设计的主要内容：1设计出能达到要求的三电平变频器的主电路，对主电路电气
5、装置及电器元件的选型要有详细的计算书（其中包括理论分析、 设计计算、实验及数据处理、 设备及元器件选择等）；2设计实现输出电压和频率连续可调的三电平变频器的控制电路；3检测电路和保护电路的设计：过电流检测、 过电压检测、过电流保护及过电压保护；4完成相应的驱动电路的设计；5利用 PIC单片机技术通过硬件设计和软件编程完成控制电路，控制电力电子功率器件实现电压和频率的连续可调；6设计的可靠性和精确性，尤其在本设计中我们不但要实现电压和频率的连续可调，而且应当保证较高的精度，这样才能保证设计的系统具有较高的可靠性和实用价值。四解决的关键问题：在本设计中主要完成的是三电平变频器的控制电路部分和主电路
6、部分的设计，除了完成硬件电路设计外还应当通过软件编程实现变压变频，故而在本设计中需要解决的关键问题则可归纳为以下几点：1整流电路整流电路有三相整流和单相整流，由于本设计中负载容量较大故而采用三相整流电路，三相整流电路有多种但是一般常用的有：电力二极管组成的三相桥式不可控整流电路、半控型器件组成的三相桥式整流电路、全控型器件组成的三相桥式全控整流电路及PWM整流电路。我们在实际设计中一定要综合各种因素选择合理的设计方案。2三电平逆变器电路三电平变频器实现的关键步骤就是主电路三电平逆变器电路的实现，三电平逆变器电路一般采用中点箝位法，中点箝位有：二极管箝位型、电容箝位型及直接电源箝位型。通常我们采
7、用二极管箝位型。3控制电路在本设中要求采用 PIC单片机技术或者 DSP 技术来实现控制电路， 本设计中利用 PIC单片机技术实现控制电路，完成对电力电子器件的驱动，并且通过软件编程实现电压和频率的连续可调。4本设计中精确度和可靠性也是非常重要的，比如说我们的调频及调压的精确度，另外检测电路及保护电路的设计也是相当重要的。五主要设计思想：1主要技术指标输入参数额定电压： 3AC 380V 频率： 50HZ 输出参数额定电压： 3AC 0380V连续可调频率： 060HZ连续可调额定容量： 30KVA 2 主要设计思想：变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。其中整流电路将
8、交流电变换成直流电，中间直流环节对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆变成交流电。控制电路完成对主电路的控制，主要由以下电路组成：频率、电压的运算电路、主电路的电压、电流检测电路、将运算电路的控制信号进行放大的驱动电路，逆变器和电动机的保护电路及显示电路. 主要设计思想如图（ 1）所示：交流电源驱动保护电路储能元件整流器三电平逆变器过压、 过流检测电路PIC 控制电路图（1）：变频器基本构成图M 3 变频器六拟定技术方案：在本设计中主要完成的是三电平变频器的主电路、控制电路的设计、驱动电路设计及相关的检测电路和保护电路的设计，现将技术方案简要叙述如下：变频器是由整流、滤波、逆变、及
9、控制回路等部分构成，其具体的原理图如图（1）所示。交流电源经整流、滤波后变成直流电源，控制回路有规则地控制三电平逆变器的导通和截止，这样就构成了电压和频率均可调的三电平变频器。1主电路中整流电路 : 在设计中采用的是三相桥式整流电路，三相桥式整流电路有全控型、半控型、不可控型和PWM型，本设计中调压调频都是通过控制逆变电路来实现，这就使得控制电路和驱动电路较为简单些，故而整流电路采用的是三相桥式不可控整流电路。2主电路逆变桥部分功率开关器件：用 于 变频 器逆 变桥 上的 功率 半 导 体 开 关 器 件 根 据使 用目 的不 同可 以是晶 闸管（Thyristor） 、双极晶体管（ Bipo
10、lar Junction TransistorBJT ）或绝缘栅双极晶体管（Insulated Gate Bipolar TransistorIGBT）. 它们在耐压、容量、开关速度的等方面的差异很大。在本设计中选用绝缘栅双极晶体管（IGBT）作为功率开关器件。绝缘门极双极型晶体管 (Isolated Gate Bipolar Transistor简称 IGBT)是复合了功率场效应管和电力晶体管的优点而产生的一种新型复合器件，具有输入阻抗高、工作速度快、热稳定性好驱动电路简单、通态电压低、耐压高和承受电流大等优点，因此现今应用相当广泛。但是IGBT 良好特性的发挥往往因其栅极驱动电路设计上的不
11、合理，制约着 IGBT的推广及应用。因此 IGBT的驱动电路的选择非常重要。IGBT主要有以下几个特点：（1） IGBT 在开通过程中，大部分时间是作为MOSFET 来运行的。只是在Uce 下降过程后期，PNP晶体管由放大区至饱和区，由增加了一段延缓时间，使Uce 波形变为两段。在关断过程中，电流Ic 的波形也分为两段，这主要是因为MOSFET 关断后， PNP晶体管的存储电荷不能迅速消除，造成Ic 有较长的尾部时间。在IGBT导通的大部分电流范围内，Ic 与Uce呈线性关系， Uce越大则 Ic 越大。（2） 由于 IGBT 的四层结构，其体内存在一个寄生晶体管，它会在某种情况下发生擎住效应
12、导致器件损坏。在IGBT的关断过程中，如果dUce/dt 过高，则会在 C、G结构的结电容中引起较大的位移电流，从而使IGBT产生动态擎住效应。（3） 由于 IGBT内部存在电导调制效应， 所以 IGBT的通态压降很小， 1200V的 IGBT的通态压降约为 3V(1MB1300L 120的通态压降为 2.7V) 。3控制电路中 PIC单片机芯片本设计要求控制系统以PIC 系列单片机作为控制核心， PIC16F877单片机是 PIC 中级单片机中很有特色的一款，其指令字节为14 位，它具有 PIC 系列单片机的全部优点，囊括了PIC16F87x系列单片机的全部功能，硬件设计系统设计简洁，指令系
13、统设计精练，片内带有 128*8 的 EEPROM的数据存储器， 其程序存储器也与众不同， 采用快闪存储器， 可以实现在电路板上的快速写入和擦除。4. IGBT 驱动电路本设计采用 M57962L模块驱动电路。它由光耦合器、接口电路、检测电路、定时复位电路以及门关断电路组成，驱动功率大，可以驱动600A/600V及 400A/l200V 等系列 IGBT 模块。M57962L具有高速的输入输出隔离，绝缘电压也可达到AC 2500V/min；输入电平与 TTL电平兼容，适于单片机控制； 内部有定时逻辑短路保护电路。 相对于 EXB84l来说， M57962L需要双电源 (+15V，-1OV)供电
14、，使得 IGBT能可靠地关断；另外， M57962L具有过流保护自动闭锁功能，并且软关断时间可外部调节， 而 EXB84l的软关断时间无法调节。 所以 M57962L较 EXB841 更安全、可靠。本设计利用 M57962L自身携带的过流、过载保护功能，对电路的保护采取了软件与硬件相结合的方法，保证电路能够可靠运行。5给定频率与输出电压的显示电路设计中采用共阴极LED显示驱动器 MAX7219 芯片驱动的 LED显示电路，MAX7219 是美国MAXIM 公司出品的新型紧凑型、 可编程共阴极多位LED数码管的驱动芯片 , 它集 BCD 译码器、多路扫描器、段驱动和位驱动电路于一体, 内含 88
15、位双口静态 SRAM , 可保存 8 位 LED数据。比起 CD4511驱动，MAX7219 节省了 I/O 口。MAX7219 芯片的外围接口电路简单 , 使用方便, 仅需三根 I/O 口线便可驱动多块LED进行动态显示。 MAX7219 只需一个外部电阻（本设计采用一个5K的滑动变阻器，通过改变阻值来调节）设置所有LED的段电流 , 不仅可以克服常规的动态显示亮度不够、闪烁等缺点，而且大大简化硬件电路并减少软件的工作量。每枚芯片可驱动8 个 LED数码管，本设计只需要驱动五个数码显示管，故而只需要一片 MAX7219 芯片即可。只用了 MAX7219 的 DIN0DIN4五条数值驱动线输出
16、位选信号，实现了输出电压和频率的显示。 DIN0和 DIN1分别显示采样频率的个位值和十位值，DIN2DIN4分别显示采样电压的个、十、百位值。6采样电路需要采样的信号是直流电压和三相逆变器的输出电压。直流电压采用霍尔电压传感器进行电压变换采样，并通过比较器实现直流侧过电压保护。交流电压采用霍尔电压传感器检测，直接送人单片机进行 A/D 转换。7显示电路：共阴极 LED 显示驱动器 MAX7219 芯片是美国 MAXIM 公司出品的新型紧凑型、可编程共阴极多位LED 数码管的驱动芯片 , 它集BCD 译码器、多路扫描器、段驱动和位驱动电路于一体, 内含88位双口静态 SRAM , 可保存 8位LED 数据。比起 CD4511 驱动， MAX7219 节省了 I/O 口。MAX7219 芯片的外围接口电路简单, 使用方便 , 仅需三根 I/O 口线便可驱动多块LED 进行动态显示。8、控制系统结构框图：电源 主回路M PW M生 成 及驱动电 压 / 电 流检 出 回 路运算回路保护回路
