電力電子技術(shù)課程設(shè)計報告(混合型多電平逆變器電路設(shè)計)-wenkub.com
2025-07-31 06:12 本頁面
【正文】 不但對電力電子技術(shù)有了更為深入的了解，對一個課題如何進行設(shè)計，電路調(diào)試等也有了一定的掌握，希望在以后的大學(xué)生活當中我能學(xué)到更多的知識。它讓我對學(xué)過的電力電子技術(shù)知識進行了鞏固，讓我對電力電子技術(shù)知識有了更深的理解。例如，選定為三次諧波，欲求=11次、13次、23次和25次諧波的衰減值，則可由和雙曲線函數(shù)表求出b值。由圖1910可看出，在通帶內(nèi)并不是常數(shù)，故RL 需取某一合適值，使其在通帶內(nèi)與的正負偏差適中，濾波器才能傳送較多的有功功率，而回饋至逆變器的無功功率較少。顯然，選得低，Lf與Cf 值將增大，成本將增加；但由圖216可知，若低，諧波頻率處的衰耗將增大，可得到較好的正弦波。若最低次諧波為11次，理論上可將定在11次諧波頻率左右，從而只需很小的Lf與Cf 值。因，可得濾波器的截止頻率為 （220）因此，當時，Γ型濾波器的衰耗為零；當時，Γ型濾波器開始有衰耗，其衰耗頻率特性如圖216所示。輸出濾波器的設(shè)計，是逆變器設(shè)計的一個重點，通常采用常K型Γ型低通濾波器，常K型Γ型低通濾波器如圖所示。要求將直流48V轉(zhuǎn)變成交流220V，按兩倍直流母線電壓選擇余量，則應(yīng)選取100V電壓等級的功率器件，一般在低壓時應(yīng)選取功率MOSFET；對電流額定值的選取，一般應(yīng)選擇3倍余量，若逆變效率為85%，允許的直流最低電壓為42V，允許過載能力為120%，則直流電流的最大值為，再考慮3倍的電流余量，應(yīng)選擇200A的功率MOSFET。 (2) 電流從電源的正極流出，該電源輸出電能；而電流從電源的正極流入，該電源吸收電能。 在圖(c)中，兩個電源反極性相連， 則電路中的電流I為此時電源E1和E2均輸出電能，輸出的電能全部消耗在電阻R上。此時電源E1輸出電能E1I，其中一部分為R所消耗的I2R，其余部分則為電源E2所吸收的E2I。對于電力機車，上、下坡道行駛時，因車輪轉(zhuǎn)向不變，故在下坡發(fā)電制動時，其電機電勢ED的極性不能自行改變，為此必須采取相應(yīng)措施， 例如可利用極性切換開關(guān)來改變電機電勢ED的極性， 否則系統(tǒng)將不能進入有源逆變狀態(tài)運行。 上述兩個條件必須同時具備才能實現(xiàn)有源逆變。 1） 外部條件務(wù)必要有一個極性與晶閘管導(dǎo)通方向一致的直流電勢源。顯然，這時電動機為發(fā)電狀態(tài)運行，對外輸出電能，變流器則吸收上述能量并饋送回交流電網(wǎng)去，此時的電路進入到有源逆變工作狀態(tài)。 3． 有源逆變工作狀態(tài)（π/2＜α＜π） 上述卷揚系統(tǒng)中，當重物放下時，由于重力對重物的作用， 必將牽動電機使之向與重物上升相反的方向轉(zhuǎn)動，電機產(chǎn)生的反電勢ED的極性也將隨之反相。有源逆變電路的工作原理1．整流工作狀態(tài)對于單相全控整流橋，當控制角α在0～π/2之間的某個對應(yīng)角度觸發(fā)晶閘管時，上述變流電路輸出的直流平均電壓為Ud=Udo cosα，因為此時α均小于π/2，故Ud為正值。五、各功能模塊電路設(shè)計（一）逆變器的主要技術(shù)指標逆變器有許多重要指標，介紹如下：（1)額定容量（2)額定功率（3)輸出功率因數(shù)（4)逆變效率（5)額定輸入電壓、電流（6)額定輸出電壓、電流（7)電壓調(diào)整率（8)負載調(diào)整率（9)諧波因數(shù)（10）總諧波畸變率（11）畸變因數(shù)（12）峰值子數(shù)（二）有源逆變模塊變流器工作在逆變狀態(tài)時,如果把變流器的交流側(cè)接到交流電源上,把直流電逆變?yōu)橥l率的交流電反送到電網(wǎng)去,叫有源逆變。其中高壓3電平NPC逆變單元是主要逆變電路，Uc1為3E，這部分電路給輸出提供了主要的電平電壓和大部分輸出功率，因此將NPC逆變單元稱為主逆變單元；低壓的 H 橋逆變電路單元則是輔助逆變電路，Uc2為E，這部分電路給輸出提供了輔助改善波形的電平電壓和小部分輸出功率，因此將這部分逆變電路稱為輔助逆變單元。為了獲得更多的冗余狀態(tài)，則必須減少Uc1與Uc2的比值，文獻[7]選用Uc1＝2Uc2，表2(b)給出了Uc1＝2Uc2=2E時輸出電壓的合成情況，雖然輸出電壓從15電平降為11電平，但由于多出了一些狀態(tài)，從而可根據(jù)負載電流的方向來選擇不同的狀態(tài)組合，以避免出現(xiàn)電流倒灌現(xiàn)象。相對于H橋混合型逆變器，該電路減少了直流電源的數(shù)目，但增加了功率器件數(shù)量及控制復(fù)雜度?！ ≡诩壜?lián)型逆變器研究的基礎(chǔ)之上，文獻[9]提出一種采用NPC逆變H橋五電平單元作為逆變單元的多電平拓撲結(jié)構(gòu)，文獻[10]將此改進成NPC混合型逆變器，如圖1(b)所示。為了獲得更多的冗余狀態(tài)，則必須減少Uc2與Uc1的比值，可選用Uc2＝2Uc1。不同電壓比時，逆變器所用功率器件數(shù)均為4n。 以上分析及仿真結(jié)果表明：Uc1＝2Uc與Uc1＝3Uc2相比，在輸出相電壓Vao大致相同（ kV）的情況下，雖然Vao從9電平降為7電平，但低次諧波的幅值卻顯著降低，輸出電壓的質(zhì)量得到了較大的提高（%%），高壓單元功率器件電壓應(yīng)力也有所下降（）?！ 。?）消除低壓單元電流倒灌問題 由于混合型逆變器在選取電壓比較大時，會產(chǎn)生電流倒灌現(xiàn)象，因此在設(shè)計過程中，可選取適當?shù)碾妷罕纫蕴峁┫娏鞯构喱F(xiàn)象所需的冗余狀態(tài)，并使得各電平臺階階躍也限定在1E之內(nèi)。（5）.（二）設(shè)計要求(1)注明輸入電壓(2)注明輸出功率(3)用集成電路組成觸發(fā)電路.(4)負載性質(zhì):.(5)對電路進行設(shè)計、計算與說明.(6)計算所有元器件型號參數(shù).三、結(jié)構(gòu)設(shè)計方法要點由前面分析可知，混合型逆變器存在高壓單元電壓應(yīng)力過高、低壓單元電流倒灌的問題。二、設(shè)計任務(wù)(一)設(shè)計目的培養(yǎng)以下幾個方面的能力：（1）綜合運用所學(xué)知識，進行電力電子電路和系統(tǒng)設(shè)計的能力。由于級聯(lián)型多電平逆變器不存在直流側(cè)電容電位不平衡問題、控制簡單，以及器件較少等優(yōu)點，近十幾年來得到廣泛的應(yīng)用。另一方面，微電子技術(shù)的發(fā)展為逆變技術(shù)的實用化創(chuàng)造了平臺，傳統(tǒng)的逆變技術(shù)需要通
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