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】的内容，可以使用淘豆网的站内搜索功能，选择自己适合的文档，以下文字是截取该文章内的部分文字，如需要获得完整电子版，请下载此文档到您的设备，方便您编辑和打印。:..题目名称:交直交变频器的设计系部:电力工程系专业班级:电气工程及其自动化学生姓名:学号:指导教师:完成日期::..工程学院课程设计评定意见交直交变频器的设计设计题目系部电力工程系专业班级电气工程13-2学生姓名学生学号评定意见:评定成绩:指导教师(签名):年月日:..评定意见参考提纲:、学生完成的工作量与内容是否符合任务书的要求。2、学生的勤勉态度。3、设计或说明书的优缺点,包括:学生对理论知识的掌握程度、实践工作能力、表现出的创造性和综合应用能力等。:..电力工程系(部)课程设计任务书2014/2015学年2学期2015年6月18日电气工程及电力电子技术课程专业班级13--302设计目的:采用SPWM正弦波脉宽调制,通过改变调制频率,实现交直交变频的目的。设计电路由三部分组成:即主电路,驱动电路和控制电路。交直流变换部分(AC/DC)为不可控整流电路;逆变部分(DC/AC)由四只IGBT管组成单相桥式逆变电路,采用双极性调制方式。输出经LC低通滤波器,滤除高次谐波,得到高频率的正弦波(基波)交流输出。设计任务或主要技术指标:1、计算机软件应用能力及Matlab训练2、电子电路设计能力训练,熟悉所制作电路的工作原理,能画出原理图和安装图。3、电子电路制作能力训练,掌握印刷电路板(PCB)的设计方法与制作工艺。设计进度与要求:周一:定好设计题目要求:参考教纲中的说明,自己设计电路,并能达到教学大纲的要求,熟悉各种电子元件的使用方法。周二到周四:课程设计要求:完成实物周五:课程设计报告要求:完成课程设计报告:..主要参考书及参考资料:[1]王兆安,黄俊主编《电力电子技术》第五版.***出版社,2009年5月[2]郭勇主编,《Protel99SE印刷电路板设计教程》***出版社2005教研室主任(签名)系(部)主任(签名)要20世纪30年代交交变频电路就已经出现,当时采用的是水银整流器,曾经有装置用在电力机车上,由于原件性能的限制,没能得到推广。到20世纪70年代,随着晶闸管的问世交交变频电路曾经广泛应用于电机的变频调速。20世纪80年代随着全控器件的广泛应用,交交变频电路逐渐被交直交变频电路取代。近年来随着现代工业生产及社会发展的需要推动了交交变频技术的飞速发展,现代电力电子器件的发展和应用、现代控制理论和控制器件的发展和应用、微机控制技术及大规模集成电路的发展和应用为交流变频技术的发展和应用创造了新的物质和技术条件,交交变频电路又逐渐成为研究的热点。本文首先以三相输入单相输出的交交变频电路为例介绍了交交变频电路的工作原理,接着以余弦交点法为例详细分析了交交变频电路的触发控制方法,最后用Matlab仿真软件对交交变频电路进行了建模和仿真研究。关键词:交交变频余弦交点法Matlab仿真:..·······················································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································26:..:..(整流,逆变,斩波,变频,变相等)两个分支。现已成为现代电气工程与自动化专业不可缺少的一门专业基础课,在培养该专业人才中占有重要地位。电力电子学(PowerElectronics)这一名称是在上世纪60年代出现的。1974年,(如图)对电力电子学进行了描述,认为它是由电力学、电子学和控制理论三个学科交叉而形成的。这一观点被全世界普遍接受。“电力电子学”和“电力电子技术”是分别从学术和工程技术2个不同的角度来称呼的。一般认为,电力电子技术的诞生是以1957年美国通用电气公司研制出的第一个晶闸管为标志的,电力电子技术的概念和基础就是由于晶闸管和晶闸管变流技术的发展而确立的。此前就已经有用于电力变换的电子技术,所以晶闸管出现前的时期可称为电力电子技术的史前或黎明时期。70年代后期以门极可关断晶闸管(GTO),电力双极型晶体管(BJT),电力场效应管(Power-MOSFET)为代表的全控型器件全速发展(全控型器件的特点是通过对门极既栅极或基极的控制既可以使其开通又可以使其关断),使电力电子技术的面貌焕然一新进入了新的发展阶段。80年代后期,以绝缘栅极双极型晶体管(IGBT可看作MOSFET和BJT的复合)为代表的复合型器件集驱动功率小,开关速度快,通态压降小,载流能力大于一身,性能优越使之成为现代电力电子技术的主导器件。为了使电力电子装置的结构紧凑,体积减小,常常把若干个电力电子器件及必要的辅助器件做成模块的形式,后来又把驱动,控制,保护电路和功率器件集成在一起,构成功率集成电路(PIC)。目前PIC的功率都还较小但这代表了电力电子技术发展的一个重要方向。利用电力电子器件实现工业规模电能变换的技术,有时也称为功率电子技术。一般情况下,它是将一种形式的工业电能转换成另一种形式的工业电能。例如,将交流电能变换成直流电能或将直流电能变换成交流电能;将工频电源变换为设备所需频率的电源;在正常交流电源中断时,用逆变器(见电力变流器)将蓄电池的直流电能变换成工频交流电能。应用电力电子技术还能实现非电能与电能之间的转换。例如,利用太阳电池将太阳辐射能转换成电能。与电子技术不同,电力电子技术变换的电能是作为能源而不是作为信息传感的载体。因此人们关注的是所能转换的电功率。电力电子技术是建立在电子学、电工原理和自动控制三大学科上的新兴学科。因它本身是大功率的电技术,又大多是为应用强电的工业服务的,故常将它归属于电工类。电力电子技术的内容主要包括电力电子器件、电力电子电路和电力电子装置及其系统。电力电子器件以半导体为基本材料,最常用的材料为单晶硅;它的理论基础为半导体物理学;它的工艺技术为半导体器件工艺。近代新型电力电子器件中大量应用了微电子学的技术。1:..电力电子电路吸收了电子学的理论基础,根据器件的特点和电能转换的要求,又开发出许多电能转换电路。这些电路中还包括各种控制、触发、保护、显示、信息处理、继电接触等二次回路及外围电路。利用这些电路,根据应用对象的不同,组成了各种用途的整机,称为电力电子装置。这些装置常与负载、配套设备等组成一个系统。电子学、电工学、自动控制、信号检测处理等技术常在这些装置及其系统中大量应用。电力电子技术发展史自20世纪50年代末第一只晶闸管问世以来,电力电子技术开始登上现代电气传动技术舞台,以此为基础开发的可控硅整流装置,是电气传动领域的一次革命,使电能的变换和控制从旋转变流机组和静止离子变流器进入由电力电子器件构成的变流器时代,这标志着电力电子技术的诞生。在随后的40余年里,电力电子技术在器件、变流电路、控制技术等方面都发生了日新月异的变化,在国际上,电力电子技术是竞争最激烈的高新技术领域。电力电子器件的发展对电力电子技术的发展起着决定性的作用,因此,电力电子技术的发展史是以电力电子器件的发展史为纲的。1957年美国通用电气公司研制出第一个晶闸管为电力电子技术的诞生奠定了基础。晶闸管自诞生以来,电力电子器件已经走过了五十多年的概念更新、性能换代的发展历程。(SCR)为代表的第一代电力电子器件,以其体积小、功耗低等优势首先在大功率整流电路中迅速取代老式的***弧整流器,取得了明显的节能效果,并奠定了现代电力电子技术的基础。电力二极管对改善各种电力电子电路的性能、降低电路损耗和提高电源使用效率等方面都具有非常重要的作用。目前,硅整流管已形成普通整流管、快恢复整流管和肖特基整流管三种主要类型。晶闸管诞生后,其结构的改进和工艺的改革,为新器件的不断出现提供了条件。由晶闸管及其派生器件构成的各种电力电子系统在工业应用中主要解决了传统的电能变换装置中所存在的能耗大和装置笨重等问题,因而大大提高电能的利用率,同时也使工业噪声得到一定程度的控制。,电力晶体管(GTR)、可关断晶闸管(GTO)、电力场控晶体管(功率MOSFET)、静电感应晶体管(SIT)、MOS控制晶闸管(MCT)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)等通断两态双可控器件相继问世,电力电子器件日趋成熟。一般将这类具有自关断能力的器件称为第二代电力电子器件。全控型器件的开关速度普遍高于晶闸管,可用于开关频率较高的电路。,为了使电力电子装置的结构紧凑、体积减少,常常把若干个电力电子器件及必要的辅助元件做成模块的形式,这给应用带来了很大的方便。后来,又把驱动、控制、保护电路和功率器件集成在一起,构成功率集成电路(PIC),也就是说,电力电子器件的研究和开发已进入高频化、标准模块化、集成化和智能化时代。电力电子器件的高频化是今后电力电子技术创新的主导方向,而硬件结构的标准模块化是电力电子器件发展的必然趋势。电力电子器件经历了工频、低频、中频到高频的发展历程,与此相对应,变流电路也2:..经历了整流器时代、逆变器时代、变频器时代到以功率MOSFET和IGBT为代表的、集高频高压和大电流于一身的功率半导体复合器件的现代电力电子时代;还有电力电子电路的控制也从最初以相位控制为手段的由分立元件组成的控制电路发展到集成控制器,再到如今的旨在实现高频开关的计算机控制,并向着更高频率、更低损耗和全数字化的方向发展。综上所述,电力电子技术的发展是从低频技术处理问题为主的传统电力电子技术向以高频技术处理问题为主的现代电力电子技术方向发展。目前,电力电子技术电力电子技术作为节能、环保、自动化、智能化、机电一体化的基础,正朝着应用技术高频化、硬件结构模块化、产品性能绿色化的方向发展。(一)在发电环节中的应用电力系统的发电环节涉及发电机组的多种设备,电力电子技术的应用以改善这些设备的运行特性为主要目的。,具有结构简单、可靠性高及造价低等优点,被世界各大电力系统广泛采用。由于省去了励磁机这个中间惯性环节,因而具有其特有的快速性调节,给先进的控制规律提供了充分发挥作用并产生良好控制效果的有利条件。、风力发电机的变速恒频励磁水力发电的有效功率取决于水头压力和流量,当水头的变化幅度较大时(尤其是抽水蓄能机组),机组的最佳转速便随之发生变化。风力发电的有效功率与风速的三次方成正比,风车捕捉最大风能的转速随风速而变化。为了获得最大有效功率,可使机组变速运行,通过调整转子励磁电流的频率,使其与转子转速叠加后保持定子频率即输出频率恒定。此项应用的技术核心是变频电源。%,风机水泵耗电量约占火电设备总耗电量的65%,且运行效率低。使用低压或高压变频器,实施风机水泵的变频调速,可以达到节能的目的。低压变频器技术已非常成熟,国内外有众多的生产厂家,并不完整的系列产品,但具备高压大容量变频器设计和生产能力的企业不多,国内有不少院校和企业正抓紧联合开发。(二)在输电环节中的应用电力电子器件应用于高压输电系统被称为“硅片引起的第二次革命”,大幅度改善了电力网的稳定运行特性。(HVDC)和轻型直流输电(HVDCLight)技术直流输电具有输电容量大、稳定性好、控制调节灵活等优点,对于远距离输电、海底电缆输电及不同频率系统的联网,高压直流输电拥有独特的优势。1970年世界上第一项晶闸管换流器,标志着电力电子技术正式应用于直流输电。从此以后世界上新建的直流输电工程均采用晶闸管换流阀。(FACTS)技术FACTS技术的概念问世干20世纪80年代后期,是一项基于电力电子技术与现代控制技术对交流输电系统的阻抗、电压及相位实施灵活快速调节的输电技术,可实现对交流输电功率潮流的灵活控制,大幅度提高电力系统的稳定水平。20世纪90年代以来,3:..国外在研究开发的基础上开始将FACTS技术用于实际电力系统工程。其输出无功的大小,设备结构简单,控制方便,成本较低,所以较早得到应用。配电系统迫切需要解决的问题是如何加强供电可靠性和提高电能质量。电能质量控制既要满足对电压、频率、谐波和不对称度的要求,还要抑制各种瞬态的波动和干扰。电力电子技术和现代控制技术在配电系统中的应用,即用户电力(customPower)技术或称DFACTS技术,是在FACTS各项成熟技术的基础上发展起来的电能质量控制新技术。可以将DFACTS设备理解为FACTS设备的缩小版,其原理、结构均相同,功能也相似。由于潜在需求巨大,市场介入相对容易,开发投入和生产成本相对较低,随着电力电子器件价格的不断降低,可以预期DFACTS设备产品将进入快速发展期。(四),通过变负荷电动机的调速技术节电又是另一个方面,只有将二者结合起来,电动机节电方较完善。目前,交流调速在冶金、矿山等部门及社会生活中得到了广泛的应用。首先是风机、泵类等变负荷机械中采用调速控制代替挡风板或节流阀控制风流量和水流量具有显著的效果。国外变负荷的风机、水泵大多采用了交流调速,我国正在推广应用中。变频调速的优点是调速范围广,精度高,效率高,能实现连续无级调速。在调速过程中转差损耗小,定子、转子的铜耗也不大,节电率一般可达30%左右。其缺点主要为:成本高,产生高次谐波污染电网。,提高功率因数在电气设备中,变压器和交流异步电动机等都属于感性负载,这些设备在运行时不仅消耗有功功率,而且还消耗无功功率。因此,无功电源与有功电源一样,是保证电能质量不可缺少的部分。在电力系统中应保持无功平衡,否则,将会使系统电压降低,设备破坏,功率因数下降,严惩时会引起电压崩溃,系统解裂,造成大面积停电事故。所以,当电力网或电气设备无功容量不足时,应增装无功补偿设备,提高设备功率因数。。它是工业化和信息化融合的重要手段,它将各种能源高效率地变换成为高质量的电能,将电子信息技术和传统产业相融合的有效技术途径。同时,还是实现节能环保和提高人民生活质量的重要技术手段,在执行当前国家节能减排、发展新能源、实现低碳经济的基本国策中起着重要的作用。电力电子器件在电力电子技术领域的应用和市场中起着决定性的作用,是节能减排、可再生能源产业的“绿色的芯”。电力电子半导体器件是伴随着以硅为基础的微电子技术一起发展的。在上世纪五十到六十年代,微电子的基本技术得到了完善,而功率晶体管和晶闸管则主导了电能变换的应用。从七十年代到八十年代,功率MOS技术得到了迅速发展并在很大程度上取代了功率晶体管。基于MOS技术的IGBT器件开始出现,并研发出CoolMOS。九十年代初以后,主要的研发力量集中在对IGBT器件性能的提高和完善。到了4:..本世纪初,经过了若干代的连续发展,以德国英飞凌、瑞士ABB、美国国际整流器公司(IR)、日本东芝和富士等大公司为代表的电力电子器件产业已经拥有了趋于完美的IGBT技术,。电力电子器件与相关技术包括:(1)功率二极管;(2)晶闸管;(3)电力晶体管;(4)功率场效应晶体管(MOSFET);(5)绝缘栅双极型晶体管(IGBT);(6)复合型电力电子器件;(7)电力电子智能模块(IPM)和功率集成芯片(PowerIC);(8)碳化硅和氮化镓功率器件;(9)功率无源元件;(10)功率模块的封装技术、热管技术;(11)串并联、驱动、保护技术。①电力电子器件发展现状和趋势电力电子器件产业发展的主要方向:(1)高频化、集成化、标准模块化、智能化、大功率化;(2)新型电力电子器件结构:CoolMOS,新型IGBT;(3)新型半导体材料的电力电子器件:碳化硅、氮化镓电力电子器件。②电力电子装置、应用的现状和趋势(1)在新能源和电力系统中的应用电力系统是电力电子技术应用中最重要和最有潜力的市场领域,电力电子技术在电能的发生、输送、分配和使用的全过程都得到了广泛而重要的应用。从用电角度来说,要利用电力电子技术进行节能技术改造,提高用电效率;从发、输配电角度来说,必须利用电力电子技术提高发电效率和提高输配电质量。(2)在轨道交通和电动汽车中的应用电力电子技术在轨道交通牵引系统中的应用主要分为三个方面:主传动系统、辅助传动系统、控制与辅助系统中的稳压电源。在电力电子技术的带动下,电传动系统由直流传动走向现代交流传动。电力电子器件容量和性能的提高、封装形式的改进,以及功能单元的模块化设计技术促进了传动系统装置的简约化,促进牵引电传动系统、辅助系统和控制与辅助电流稳压电源的发展。(3)工业电机节能应用电动机作为电能最大的消费载体,具有很大的节电潜力。我国“十五”和“十一五”计划都将电机系统节能列为节能的重点项目。而随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展,电气传动技术面临着一场历史革命,即交流调速取代直流调速、计算机数字控制技术取代模拟控制。(4)在消费类电子中的应用电力电子技术在消费类电子中的应用主要集中于各类家5:..电中电机的驱动、感应加热、照明驱动和各类个人电子用品电源管理,家用电器依托变频技术,主要瞄准高功能和省电。(5)在国防军工中的应用电力电子技术及电力电子装置已日益广泛地应用和渗透到能源、环境、制造业、交通运输业中,特别是与国家安全和国防有关的先进能源技术、激光技术、空天技术、高档数控机床与基础制造技术等许多重要领域,电力电子技术是关系到上述领域中的核心技术所在。电力电子在现代化国防中得到越来越广泛的应用,所有现代国防装备的特种供电电源、电力驱动、推进、控制等均涉及到电力电子核心技术。③电力电子技术发展趋势(1)下一代电力电子装置的变换效率将有极大的提高,采用碳化硅器件的装置的效率将从现有硅器件的85~90%提升到99%,体积减小到1/5~1/20。(2)下一代电力电子器件的装置将开拓全新的应用领域,极大地拓展电力电子技术的影响,诸如进入输电系统、实现智能电网等。①我国电力电子器件的市场现状和趋势(1)从2005~2008年我国电力电子市场的增长率平均为23%,。(2)随着我国特高压直流输电、高压变频、交流传动机车/动车组、城市轨道交通、电动汽车等技术的发展和市场需求的增加,对超大功率晶闸管、IGCT、IGBT的需求非常紧迫,而且需求量非常大。(3)从2010年到2020年全球IGBT市场将继续保持年均20%左右的增长速度。我国IGBT的市场规模,2010年是的55亿元人民币,预计2015年将增加到137亿元人民币,2020年将达到341亿元人民币。②我国电力电子器件行业与国外的差距(1)高频场控电力电子器件的市场基本上被国外垄断。(2)电力电子器件的生产受到国外竞争。(3)电力电子器件的中、高端芯片的研发和生产的关键技术还有待突破。(4)电力电子器件芯片的生产线有待完善和提高。(5)新型电力电子器件生产的产业链还未形成。③我国电力电子装置的发展现状与分析(1)变频器技术国内市场上的变频器厂家有300多家。活跃在我国市场上的国产品牌占70%左右,但市场份额仅占25%。目前,高压变频器的主要市场为内资企业占有,中低压变频器市场主要被外资占有。(2)轨道交通中的应用目前我国高铁运营里程和运行速度均为世界第一,但核心的电力电子器件如IGBT均为进口产品。(3)直流输电技术国内直流输电技术有了跨越式的进步,输送电能容量有了很大的提升。高压直流输电是现今世界上先进的输变电技术,目前国内直流输电市场主要以±6:..500kV超高压直流输电工程和±800kV特高压直流输电工程为主,直流输电的核心设备—国产晶闸管换流阀已获得成功的应用。(4)无功补偿技术无功补偿技术是电力电子大家族的重要成员,其中SVC(静止无功补偿器)是无功补偿装备的代表产品。目前,我国已经完全掌握了SVC设计制造的核心技术,彻底实现了SVC的全面国产化,并已成为国际上最大的SVC设计制造国。(5)新能源中的应用在当前国家启动的发展新能源的战略规划中,将太阳能、热泵、水电、风电、生物质能、交通可替代能源、绿色建筑、新能源装备制造业、对外投资新能源发电等列为我国新能源发展的重点领域。我国将重点打造十大新能源工程。(6)国家产业政策的扶持“十一五”期间,国家发改委启动了支持新型电力电子器件产业化项目,第一批完成了对国内众多电力电子(包括IGBT)芯片和模块企业的支持,培育了一大批功率电子的研发骨干企业。在“十二五”即将到来之际,国家发改委和工信部又发布了支持电力电子器件研发和产业化的众多专项支持计划,对IGBT的支持也首次写进了国务院牵头、科技部组织的国家科技重大专项“极大规模集成电路制造装备及成套工艺”,明确了国家对IGBT芯片研发、制造工艺、模块封装、制造装备和材料全面支持。(7)全球功率半导体产业转移趋势全球功率半导体产业转移趋势促进了我国电力电子器件需求的增长和技术的进步。目前,全球领先的制造商全力发展微电子半导体,而将大功率半导体器件产业向新兴市场国家特别是中国转移,主要表现为:制造转移、采购转移、技术转移。(8)下一代宽禁带电力电子器件发展的机遇我国正面对着一个发展高功率碳化硅电力电子器件、实现跨越式发展并迅速赶上以致超越西方国家的绝好机遇。在这样一个迅速发展的领域,我国的电力电子产学研机构急需进行大量的基础性研究工作,巩固和发展科研队伍,加强在国际上的影响,为发展高功率碳化硅电力电子器件奠定良好的基础。高功率碳化硅电力电子器件的发展目标,旨在满足国家当前在节能减排、开发新能源、传统产业转型以及军事安全等领域的迫切需求,同时瞄准国际发展前沿,实现高功率碳化硅电力电子器件的基础理论创新、设计方法创新和系统分析创新。①编制原则我国电力电子产业化,要以科学发展观为指导,围绕我国低碳经济发展的重大战略需求,瞄准节能减排、发展新能源和培育新兴战略产业的应用,充分发挥巨大的国内市场需求,坚持“政府推动、市场主导,自主创新、广泛合作,整合资源、重点突破,立足国情、跨越发展”的原则,抓住机遇推动电力电子器件产业化,优化我国电力电子产业结构,为国家低碳经济发展做出贡献。②发展目标(1)高频场控电力电子器件和装置