三相方波逆变电路的设计

中北大学电子技术课程设计说明书目录1引言...............................................................................................................................11.1设计要求.............................................................................................................11.2逆变的概念.........................................................................................................11.3三相逆变.............................................................................................................12三相电压源型SPWM逆变器...................................................................................22.1PWM的基本原理.............................................................................................22.2SPWM逆变电路及其控制方法......................................................................22.3三相方波逆变器................................................................................................32.3三相PWM逆变器提高直流电压利用率的方法.........................................32.4三相PWM逆变器提高直流电压利用率的方法.........................................33逆变器主电路设计......................................................................................................74软件仿真........................................................................................................................84.1Matlab软件......................................................................................................84.2建模仿真............................................................................................................85总结.............................................................................................................................13参考文献..........................................................................................................................17.引言1.1设计要求本次课程设计题目要求为三相方波逆变电路的设计。设计过程从原理分析、元器件的选取，到方案的确定以及Matlab仿真等，巩固了理论知识，基本达到设计要求。完成三相方波逆变电路的仿真，开关管选IGBT，直流电压为530V，阻感负载，负载有功功率1KW，感性无功功率为100Var。谢谢阅读1.2逆变的概念逆变即直流电变成交流电，与整流相对应。电力系统中，将电网交流电通过整流技术变成直流电，然后通过逆变技术，将直流变成高频交流，再通过高频变压器降压，就达到缩小变压器体积和提高供电质量的目的了。谢谢阅读1.3三相逆变三相逆变技术广泛应用于交流传动、无功补偿等领域。在三相PWM交流伺服系统中，一般采用三个桥臂的结构，即逆变桥主电路有6个功率开关器件（功率MOSFET或IGBT）构成，若每个开关器件都用一个单独的驱动电路驱动，则需6个驱动电路，至少要配备4个相互独立的直流电源为其供电，精品文档放心下载.使得系统硬件结构复杂，可靠性下降，且调试困难，设计成本偏高。精品文档放心下载三相电压源型SPWM逆变器2.1PWM的基本原理PWM(PulseWidthModulation)控就是对脉冲的宽度进行调制的技术，即感谢阅读通过一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要的波形。PWM控制技术谢谢阅读最重要的理论基础是面积等效原理，即冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯精品文档放心下载性的环节上时，其效果基本相同。SPWM控制技术是PWM控制技术的主要应用，即输出脉冲的宽度按正弦谢谢阅读规律变化而和正弦波等效。2.2SPWM逆变电路及其控制方法SPWM逆变电路属于电力电子器件的应用系统，因此，一个完整的SPWM精品文档放心下载逆变电路应该由控制电路、驱动电路和以电力电子器件为核心的主电路组成。由精品文档放心下载信息电子电路组成的控制电路按照系统的工作要求形成控制信号，通过驱动电路谢谢阅读去控制主电路中电力电子器件的导通或者关断，来完成整个系统的功能。精品文档放心下载目前应用最为广泛的是电压型PWM逆变电路,脉宽控制方法主要有计算机谢谢阅读法和调制法两种，但因为计算机法过程繁琐，当需要输出的正弦波的频率、幅值谢谢阅读或相位发生变化时，结果都要变化，而调制法在这些方面有着无可比拟的优势，谢谢阅读因此，调制法应用最为广泛。所谓调制法，就是把希望输出的波形作为调制信号u，把接收调制的信号作谢谢阅读t为载波u，通过信号波的调制得到所期望的PWM波形。精品文档放心下载c.2.3三相方波逆变器电路结构相同，只是控制方式不同。每一开关元件在输出电压的一个周期中闭感谢阅读合180o(占空比为0.5),因此，在任何时间，总有三个开关元件闭合。感谢阅读幅值关系：U34Ud6U0.78Uab122dd0.78hUh6n1,(n1,2,3...)dabh感谢阅读直流电压利用率：0.78AUab1VUd2.3三相PWM逆变器提高直流电压利用率的方法谢谢阅读2.3.1梯形波调制采用梯形波作为调制信号，可有效提高直流电压利用率；当梯形波幅值和三角波幅值相等时，梯形波所含的正弦基波分量幅值已经超过三角波幅值。精品文档放心下载采用这种调制方式时，决定功率开关器件通断的方法和用正弦波作为调制信号时完全相同。谢谢阅读2.4三相PWM逆变器提高直流电压利用率的方法精品文档放心下载梯形波的形状用三角化率s=Ut/Uto描述，Ut为以横轴为底时梯形波的感谢阅读高，Uto为以横轴为底边把梯形两腰延长后相交所形成的三角形的高；s=0时精品文档放心下载梯形波变为矩形波，s=1时梯形波变为三角波；梯形波含低次谐波，故调制后感谢阅读的PWM波含同样的低次谐波（3，5，7…）,但线压中3及其倍数次谐波不存在。谢谢阅读uuuuuccctriABCO t.图2-1：梯形波为调制信号的PWM控制.uaN180(T)180(T)U14uOdtbN180(T)180(T)U36uOdtcN1CT1D1TDTD180(T)180(T)Ud135252a35UdbOctu1UabCTDTDTD2d4ZZZ246622abcnOtNuan2U3 1U tⅠⅡⅢⅣⅤⅥ.图2-2 180°导电型三相方波逆变器输出电压波形精品文档放心下载uanO1U2d21245t1C1Tu3333UDTDTDbnd113355O2aUbtcdu1UcndCTDTDTDZZZO22446622tabcnuabNUd1UO2dt6,11,22,33,44,55,6图2-3 120°导电型三相方波逆变器输出电压波形精品文档放心下载.逆变器主电路设计3-1是SPWM逆变器的主电路设计图。图中Vl—V6是逆变器的六个功率开关器件，各由一个续流二极管反并联，整个逆变器由恒值直流电压U供电。一组三相对称的正弦参考电压信号由参考信号发生器提供，其频率决定逆变器输出的基波频率，应在所要求的输出频率范围内可调。参考信号的幅值也可在一谢谢阅读定范围内变化，决定输出电压的大小。三角载波信号U是共用的，分别与每相精品文档放心下载c参考电压比较后，给出“正”或“零”的饱和输出，产生SPWM脉冲序列波。谢谢阅读，U，U作为逆变器功率开关器件的驱动控制信号。感谢阅读da db dc当UUU2时，给V4导通信号，给V1关断信号UU2，给ruundundV1(V4)加导通信号时，可能是V1(V4)导通，也可能是VD1(VD4)导通。'd的PWM波形只有U/2两种电平。当UU时，给V1导通信号，给V4关druc断信号，UU/2。Uuv的波形可由UU得出，当1和6通时，UU，undunvnuvd当3和4通时，UU，当1和3或4和6通时，U=0。输出线电压PWMuvduv波由U和0三种电平构成负载相电压PWM波由(±2/3)U，(±1/3)U和0共ddd种电平组成。图3-1SPWM逆变器的主电路设计图防直通的死区时间同一相上下两臂的驱动信号互补，为防止上下臂直通而谢谢阅读造成短路，留一小段上下臂都施加关断信号的死区时间。死区时间的长短主要由精品文档放心下载.开关器件的关断时间决定。死区时间会给输出的PWM波带来影响，使其稍稍偏离正弦波。感谢阅读软件仿真4.1Matlab软件Matlab软件提供的仿真工具箱Simulink是一个功能十分强大的仿真软件，它可以根据用户的需要方便的为系统建立模型，并且十分直观，仿真精度高，结果准确。特别是其电力系统模块库PSB中包含了大量的电力电子功能模块，为我们仿真提供了极大的便利。精品文档放心下载Matlab提供了系统模型图形输入工具——Simulink工具箱。在Matlab中的电力系统模块库PSB以Simulink为运算环境，涵盖了电路、电力电子、电气传动和电力系统等电工学科中常用的基本原件和系统仿真模型。它由以下6个子模块组成：电源模块库、连接模块库、测量模块库、电力电子模块库、电机模块库、基本件模块库。在这6个基本模块库的基础上，根据需要还可以组合出常用的、复杂的其他模块添加到所需的模块库中，为电力系统的研究和仿真带来更多的方便。谢谢阅读4.2建模仿真第一步先建立主电路仿真模型。在simpowersystems的electrical感谢阅读sources库中选择直流电压源模块，参数设置如下图：谢谢阅读.然后选择universalbridge模块，构成三相半桥电路。开关器件选带反并感谢阅读联二极管的IGBT，选择三相串联RLC负载模块，选为星形连接。将各模块相连，感谢阅读边完成三相方波逆变器仿真模型的主电路部分。.第二步再来构造控制部分。选择六个pulsegenerator模块，第一个参数感谢阅读设置如下图：之后，各模块一次之后0.02/6s，即相差60度。采用mux模块将六路信号合成后加在谢谢阅读三相桥的门极。最终得到的仿真模型如下图所示：.三相逆变电路主电路第三步完成波形观测及分析部分。在相应模块的测量选项和multimeter感谢阅读模块，即可观察逆变器的输出的相电压，相电流，和线电压。通过串联的电流表感谢阅读可观察直流电流的波形。4.3分析仿真结果将仿真时间设为0.1s，在powergui中这是为离散仿真模式，采样时间为感谢阅读.10-5s，运行后可得仿真结果。理论上a相电压、a相电流，ab间线电压及直流精品文档放心下载电流波形如图实际仿真结果如下图.逆变器输出的相电压为六阶梯波，相电流和直流电流的波形与负载又关。感谢阅读改变负载参数，观察电流波形的变化。当负载参数如下图所示时：.A相，B相，C相电压和电流波形如下图：.Ab，bc，ca电压如图：.总结课程设计是培养学