电力电子装置设计与应用01

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,电力电子装置设计与应用,1,一、什么是设计,设计是将设计者的思维变成研制工作必需的图纸和数据的过程，设计是电力电子装置研制过程中必不可少的重要环节。,在设计过程中，依靠的是理论知识、实际经验和各种参考数据，理论知识起的是指导作用，实际经验和参考数据起的是支持作用。,2,二、设计类型,1、,原理设计,：是一种不完全的，为可行性论证而进行的设计。例如：设计某种电路图，其目的是为了证明可用该电路实现某些功能，在设计中只要求定性的分析其工作原理，工作波形等。,2、,参数设计,：原理设计的补充，为了使原理 设计得以实现，具体计算电路的各种参数是必不可少的，通过参数设计可使原理设计得到修正和补充，进一步提高原理设计的可行性。,3,3、,程序设计,：现代电力电子装置应用微处理器组成控制核心电路的越来越多，因此程序设计已经逐渐成为设计过程中不可缺少的组成部分。,4、,结构设计,：研究工作向装置制造转化的重要步骤，包括主电路机械结构、控制电路结构、外部接口、机柜或机箱结构等，主要目的是：确定装置硬件之间的位置关系，为制造实际装置提供可行数据和图纸。结构设计内容颇为复杂，需要较多的实际经验和参考依据。,4,三、设计流程,要完成一个装置的设计，需要经过以下一些步骤：,1、,初步设计,：内容包括原理设计、参数概,算、验证初步设计可行性的局部实验等。,例如：设计一个装置的电原理图。,2、,技术设计,：内容包括电路参数计算、元件选择。这里面有些元件的参数计算和选择较为容易，如半导体器件、电阻电容等，经过参数计算后，可直接由定型产品中得到。另一些没有定型产品的元件只进行电参数计算是远远不够的，还要进行结构参,5,数计算和工艺设计，再通过生产部门加工才能得到，如变压器、电抗器等。为了验证可行性，有时还必须进行原理样机的实验过程。,3、,总体（工程）设计,：为制造装置而进行的全面设计，对电器装置而言，与前述设计最大的不同在于增加了大量的机械结构设计内容（参考结构设计）。目的是产生制造装置的详细图纸和各种参数。,四、设计依据,1、各种,标准,：设计中必须按照各种现行国家 标准（GB）、国家军用标准（GJB）、,6,行业标准的有关规定执行。,例如：设计制造国内使用的某电力电子装,置，按我国电制标准规定，输入交流电源,必须为380/220V 50HZ。电信系统二次电,源设备输入电源必须为DC48V。因此，在,设计该类装置时都要执行该标准。,又如：国军标规定了电子设备的电磁兼容性标,准，设计制造军用电子设备必须照此标准,执行。,有时为了使装置达到规定标准的要求，不得不设计与装置远离要求关系不大的电路。,7,特殊场合使用的设备不能按相关标准执行,时，称为非标准设备。,2、,技术要求,（技术指标）：被设计装置要达,到的具体技术状态的细则，是研制装置要,实现的目标，设计过程必不可少的约束条,件。,五、设计课主要内容,以典型逆变电源装置和开关电源装置为对象，以电参数和部分元器件结构参数为主要内容，讲解设计方法。,8,六、典型逆变电源装置设计,1、电路原理框图,输入整流电路,直流滤波电路,电源逆变电路,隔离变换电路,输出滤波电路,负 载,2、设计顺序-一般按照从装置输出到输,入的次序进行,9,根据负载要求计算输出电路参数；,根据输出电路输入端要求计算逆变电路参数；,根据逆变电路输出端要求计算逆变电路输入参数；,根据逆变电路输入参数计算输入整流电路；,当输入和输出之间有电压匹配和电气隔离要求时，还需加入隔离变换电路设计。,作为完整的装置还需设计的部分是：控制电路、保护电路、监测电路等。,10,6.1典型逆变电源输出电路,L,C,R,L,i,L,V,O,V,i,i,c,i,L,i,R,11,L,C,R,L,i,L,V,O,V,i,i,c,i,L,i,R,i,c,i,R,V,O,V,i,i,L,V,L,i,c,i,R,V,O,V,i,i,L,V,L,纯电阻负载时矢量图,i,L,i,L,i,c,感性负载时矢量图,12,实例,一、技术要求：,1、输出电压 115V / 200V,2、输出频率 400HZ,3、输出功率 30KVA（单相10KVA）,4、负载功率因数 滞后,5、短时过载 150%,6、输入电压 380V,10%,7、输入频率 50HZ,10%,13,二、负载参数,1、负载电阻最小值,时,时,L,C,R,L,i,L,V,O,V,i,i,c,i,L,i,R,14,2、负载电感最小值,15,3、滤波电容,取滤波电容容抗等于负载电感感抗的2倍,考虑实际情况取电容为 90微法,9个,的AC电容,用于400HZ时耐压降为60%,16,4、无输出隔离变压器时，逆变器输出电流（有效值，设计电感、变压器等元件时参考）,长期连续最大电流（一相）,桥臂连续最大电流,17,短期最大电流（一相）,桥臂短期最大电流,18,5、无输出隔离变压器时逆变器输出电流峰值（选择开关器件时参考）,长期连续电流峰值（一相）,桥臂连续最大电流峰值,短期最大电流峰值（一相）,短期桥臂最大电流峰值,19,6、滤波电抗L的计算,输出滤波电路的主要作用是：,减小输出电压中谐波（特别是逆变电路中开关器件开关频率）电压的幅值,保证基波电压传输,设计滤波器应注意以下问题：,滤波电路特征阻抗不应太大,滤波电路固有谐振频率应远离输出电压中可能出现的谐波频率。 如：,400HZ,的倍频，,800HZ,、,1200HZ,、,1600HZ,、,2000HZ,等,20,不应太大而接近,1,应该较小（,R,按负载最重时考虑）,功率越大，负载功率因数越低的逆变电源装置越应按,条考虑。,因滤波电容和负载并联，对逆变电路输出电流影响较大，所以在设计滤波电路时，应按先选择滤波电容，再根据上述原则和对基波传输、谐波衰减的特性选择电感参数。,21,滤波电路参数和主开关器件工作频率有关，主开关器件工作频率,三相,单相,N为正整数时按同步工作方式，不为整数时按异步方式工作。主开关器件工作频率高对滤波器有好处，可减小滤波电抗参数，但对逆变器效率不利，对电压利用率不利。,本例选N=8 则,由于各桥臂移相原因，输出线电压的斩波频率为：,22,根据图 选,可得,实选,滤波电路固有谐振频率,从图中可看出，电压波动小。,23,