基于PWM技術(shù)的三相橋式逆變電路性能研究_畢業(yè)設(shè)計

1、丸慶師范學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計基于pwm技術(shù)的三相橋式逆變電路性能研究院（系）機(jī)電學(xué)院專業(yè)自動化學(xué)生姓名xx學(xué)號201207140427指導(dǎo)教師姓名xx指導(dǎo)教師職稱xxx2015 年 5 月 25 h摘要木文講述了逆變電路的工作原理，以及逆變電路的分類。在三相橋式逆變電路屮，盹技術(shù)的應(yīng)用， 可以使得輸出的波形更加的優(yōu)質(zhì)。iw技術(shù)意思是脈沖寬度調(diào)制技術(shù),可以対其脈沖寬度和整體而積進(jìn)行対 比，其實是相等幅度而寬度不相等的脈沖，形成的波形?？刂齐娐分姓也ê腿遣ǖ膮?shù)，可以對輸出 的波形進(jìn)行控制，從而實現(xiàn)在hm技術(shù)的控制下三相橋式逆變電路的性能研究。關(guān)鍵詞：pwm控制；逆變；三相橋式目錄笫一章前言i1

2、.1研究背景11.2前景及應(yīng)用1第二章pwm波形的工作原理22. 1 pwm控制的基本原理22. 2調(diào)制方式22. 3采樣法32.4脈寬調(diào)制逆變電路32. 4. 1基于pwm的單相橋式逆變電路32. 4. 2基于pwm的三相橋式逆變電路4第三章 三相橋式逆變電路的主要應(yīng)用技術(shù)53. 1逆變電路原理53. 2逆變電路一電壓型53. 3逆變電路一電流型6第四章 基于pwm的三相橋式逆變電路的仿真研究84. 1仿真模塊參數(shù)設(shè)定84.2仿真電路134.3仿真波形13笫五章結(jié)論222參考文獻(xiàn)233謝辭錯誤！未定義書簽。4第一章前言1.1研究背景pwm逆變技術(shù)，它可以把直流輸入經(jīng)過脈沖的變化，從得到需要的

3、交流電輸 出。它需要參考波（如正弦波、梯形波等）和調(diào)制波（如三角波）的比較，從而 在用開關(guān)量代替模擬量，來對逆變電路進(jìn)行控制，實現(xiàn)把直流變成交流pwm 逆變技術(shù)也被叫做脈寬調(diào)制逆變技術(shù)，它可以構(gòu)成多種多樣的交流電源，應(yīng)用于 生活屮的各個角落。1. 2前景及應(yīng)用在人類社會的的與時俱進(jìn)和生產(chǎn)生活屮，逆變電路的應(yīng)用變的更加的廣泛 和實用。比如說我們普通家庭使用的空調(diào)和家庭影院以及洗衣機(jī)和冰箱。它也應(yīng) 用于輪船制造、宇宙探索等領(lǐng)域。逆變電路對于現(xiàn)今社會來講，已經(jīng)得到充分的 利用。在普通家庭屮它應(yīng)用于各種電源，照相機(jī)等而在國家的設(shè)施中，特別是 火力發(fā)電設(shè)備、風(fēng)力發(fā)電、太陽能電池等設(shè)備都有廣泛的應(yīng)用。隨著

4、電力電子 技術(shù)的發(fā)展，以及計算機(jī)技術(shù)和各種新技術(shù)的研發(fā)，這個技術(shù)應(yīng)用得到了有效的 利用和發(fā)展，其器件變的更加小巧和實用，效率和性能上冇了更寬廣的捉高。第二章pwm波形的工作原理2. 1 pwm控制的基本原理pwm變換器其實就是用來控制逆變器開關(guān)器件的通斷次以及時間分配得到 相應(yīng)規(guī)律，等幅和寬度可調(diào)的矩形方波都來自變換器輸出端。我們可以根據(jù)抽樣理論的觀點控制，當(dāng)脈沖等不同應(yīng)用系統(tǒng)的慣性的窄脈沖 的形狀，這是兒乎相同的輸出響應(yīng)，和較窄的脈沖，然后之間差異較小的輸岀。 這充分證明慣性系統(tǒng)的輸出響應(yīng)是受到系統(tǒng)沖量的影響。當(dāng)它是一個窄脈沖信號 時，作用于相同的慣性系統(tǒng)，分別和輸岀響應(yīng)的波形兒乎是相同的。

5、2. 2調(diào)制方式調(diào)制方式可以有同步調(diào)制類型，它的成因是因為，輸入的載波信號的載波比, 與另一個調(diào)制信號的同步進(jìn)行，其中載波比為常數(shù)。我們想要做到異步調(diào)制，那 就必須在載波信號輸入時，令調(diào)制信號與其不同，以此來得出。然而我們在三相 電路中，為了使三相輸出對稱。我們可以選取一個三角波，用它作為信號的載體, 此時的n是3的整數(shù)倍。在異步調(diào)制中，我們可以看到許多的參數(shù)，比如半個周 期內(nèi)，來調(diào)節(jié)可控制輸出的波形，因此在這個電路中，我們會得到許多數(shù)據(jù)和參 數(shù)都會是不固定的，其中pwm的脈沖個數(shù)，還有它的相位都包括在其中。它也 有不對稱的地方，比正負(fù)半周期的脈沖信號和前后四分之一周期的脈沖信號麗。 在同步調(diào)

6、制中，n應(yīng)該為整數(shù)，方便調(diào)制。想要調(diào)制三相pwm波形，應(yīng)使n=9。 三相pwm同步調(diào)制波形如圖2-1 o圖21三相pwm同步調(diào)制波形2. 3采樣法利用止弦波和三角波的自然交叉點時刻，通過控制功率開關(guān)的通和斷，來產(chǎn) 生spwm波形。這其實就是自然采樣法。在實際應(yīng)用中，我們大多還是用三角波來做載波進(jìn)行規(guī)則采樣。其得到的 數(shù)據(jù)來講，都可以使其得到的最后波形兒乎是相差不多的。2.4脈寬調(diào)制逆變電路2. 4. 1基于pwm的單相橋式逆變電路單極性逆變電路可分為雙極和單極性控制。電路原理圖如圖2-2所示。vd,5圖2-2基于pwm的單相橋式逆變電路原理圖單極性pwm控制方式：輸入正弦的調(diào)制信號，載波形成的

7、三角波與調(diào)制信號 的正負(fù)半周期有關(guān)，正半周期是正極性，負(fù)半周期是負(fù)極性。在信號波的正半周, 需要保持£處于導(dǎo)通的狀態(tài)以及v?處于斷開的狀態(tài)。當(dāng)山氏時使百導(dǎo)通，也關(guān) 斷，uo=udo當(dāng)ugc時使£關(guān)斷,也導(dǎo)通，6=0。而在信號波的負(fù)半周期運(yùn)行的 時候，我們則需要保持也處于斷開的狀態(tài)以及也處于導(dǎo)通的狀態(tài)。當(dāng)山5時使v?導(dǎo)通,£關(guān)斷，uo=-udo當(dāng)uaa時使v3關(guān)斷,v】導(dǎo)通，uo=0o波形如圖2-3所圖2- 3單極性pwm控制方式電壓波形雙極性pwm控制方式:當(dāng)ur>uchj, v,和v4導(dǎo)通，v2和v3關(guān)斷,這時如i°0,則v】和百通，如io<

8、;0,則vd|和vd4通,不管哪種情況都是uo=udo當(dāng)ukuc時， v?和v3導(dǎo)通，v】和£關(guān)斷,這時如i°0,則v2和百通,如i°>0,則vd2和vd3通, 不管哪種情況都是uf-山。波形圖如圖2-4所示。2. 4. 2基于pwm的三相橋式逆變電路電路圖如圖2-5所示。我們可以采用雙極性的pwm控制，來控制三相橋式逆 變電路。其三個相的pwm控制我們一般會用同一個三角波為載波，即為ik,它的 的調(diào)制信號3、嚀和g依次相差一百二十度。其工作原理與單相橋式逆變電路基本箱相同，這里不再闡述說明其工作的運(yùn)行原理。它的波形圖如圖2-6所示。圖2-5基于pwm的三相

9、橋式逆變電路圖n1 1 j 1114 n 1rli li li li lji n n ri |irn n 11 l 1 r1 it 11 tilith 1111 i |u u1lj 11 11 11 n 11n nnrnn m lj n en 一:uli lluuuuu 1績一 /一lj l 1 1liilj lj lj 2了丿>>4-工2 vz圖26三相橋式pwm逆變電路波形圖第三章 三相橋式逆變電路的主要應(yīng)用技術(shù)3. 1逆變電路原理逆變電路它可以把直流輸入經(jīng)過脈沖的變化，經(jīng)過相同的沖量面積，等效結(jié) 果后從得到需要的交流電輸出。在我們生活屮，它的應(yīng)用也普遍體現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn) 和生活的

10、各個角落。比如家用的充電器，就體現(xiàn)了整流電路在生活中小小地方的 應(yīng)用，而在街道上可以隨處可見的是大型的變壓器，為人們生活用電提供了方便 的條件。在橋式逆變電路中，社會的進(jìn)步使得我們越來越多的完善和改進(jìn)，使得 這逆變可以切換開關(guān)的頻率來體現(xiàn)。總之在逆變電路中，直流變交流的過程的 具體實現(xiàn)，依靠電路屮晶閘管的通斷狀態(tài)來實現(xiàn)。隨著二極管和晶閘管以及igbt 等元器件的不斷產(chǎn)生，更加捉高了整流電路的應(yīng)用在我們生活中越來越充當(dāng)了不 可替代的地位何。3.2逆變電路一電壓型圖3-1為半橋電路，其負(fù)載是阻感（當(dāng)負(fù)載屮感抗（0l和電阻r比較來說不 能忽略時）。三極管導(dǎo)通時過的時間，負(fù)載上的電流和電壓有同樣的方向

11、，能量 是從只留測到負(fù)載；vu或vd2通時,i°和u。的方向相反,能量的走向為從電感中 貯能到直流側(cè)。vd、稱為反饋二極管,它的存在吋負(fù)載電流連續(xù)。圖3-1單相半橋型逆變電路的工作原理圖圖3-2為全橋電路。圖中兩對橋臂為一組，每組導(dǎo)通180%每組z間交替導(dǎo) 通。vd4圖3-2單相全橋型逆變電路結(jié)構(gòu)圖圖3-3為三相橋式逆變電路的電路原理結(jié)構(gòu)圖。其負(fù)載是阻感（當(dāng)負(fù)載中感抗（ol和電阻r比較來說不能忽略吋）。它的工作方式是一百八十度導(dǎo)電方式。在v、w三個相中各相每次通過程中，其兩個橋臂不能夠一起交替導(dǎo)電工作，u、 v、w的工作相互之間都有著一百二十度的差別。其中每次都是縱向換流。因此 皿，

12、就會是6/2的矩形波（ud為電源電壓），v、w兩相和u樣,只是相位相差 一百二十度。3.3逆變電路一電流型我們在實際工作的過程中，負(fù)載參數(shù)會隨吋間的變化而變化，當(dāng)然我們的工 作頻率必須去適應(yīng)負(fù)載的變化，并h自動調(diào)整，這就是自勵方式。他勵方式我們 可以在電路工作前，來設(shè)定需要的固定頻率，使得系統(tǒng)進(jìn)入工作狀態(tài)。我們需要 先用他勵方式，等到系統(tǒng)開始工作后再轉(zhuǎn)入自勵方式（克服自勵方式的缺陷）。 其連接如圖3-4所示。b圖34單相電流型逆變電路圖在120。導(dǎo)電工作方式下進(jìn)行橫向換流。電路圖如圖3-5所示。lyt. vljvtjz y yuvvtaowvt2vt圖3-5三相電流型逆變電路第四章 基于pwm

13、的三相橋式逆變電路的仿真研究4. 1仿真模塊參數(shù)設(shè)定控制電路:圖4-1控制電路圖由三個sine wave止弦波發(fā)生裝置產(chǎn)生止弦波，以及一個三角波發(fā)生器 repeating sequence interpola ted 產(chǎn)生三角波，通過 rela tio nal opera tor 和 logical operator組成控制電路來進(jìn)行脈寬調(diào)制。其中止弦波發(fā)生裝置sine wave的參數(shù)設(shè)置如下圖。圖4-2正弦波參數(shù)模塊圖三角波發(fā)生裝置repeating sequence interpolated的參數(shù)設(shè)置如卜圖。圖43三角波模塊參數(shù)比較器relational operator的參數(shù)設(shè)定如圖4-

14、4o圖4-4比較器模塊參數(shù)圖 反相器模塊的參數(shù)設(shè)定如圖4-5o圖4-5反和器模塊參數(shù)圖控制電路產(chǎn)生的控制信號輸出，一個結(jié)果輸入到示波器模塊scopel； 一個 結(jié)杲給后面的電路由igbt和二極管組成的逆變電路。逆變電路：其中igbt模塊的參數(shù)設(shè)置如圖4-7o圖4-7igbt模塊參數(shù)圖二極管模塊的參數(shù)設(shè)置如圖4-8,圖4-8二極管模塊參數(shù)圖再經(jīng)過濾波電路進(jìn)行濾波，以及負(fù)載，通過示波器模塊scope得出波形。濾 波屯路和負(fù)載輸出屯路圖如圖4-9所示。圖4-9濾波電路和負(fù)載輸出電路圖 其屮各各模塊的參數(shù)設(shè)定如下。阻感負(fù)載如圖4-10所示。圖4-10阻感負(fù)載的模塊參數(shù)圖濾波電路中的電感模塊參數(shù)如圖4-

15、11,電容模塊參數(shù)如圖412。圖4j1濾波電路屮的電感模塊參數(shù)圖圖4-12濾波電路小的電容模塊參數(shù)圖4.2總仿真電路圖2-13系統(tǒng)中的仿真電路圖4. 3仿真波形當(dāng)正弦波參數(shù)不變，更改三角波的模塊的參數(shù)吋。各個模塊的參數(shù)介紹如下。圖4j4三角波模塊的參數(shù)圖圖4j5.ik弦波模塊的參數(shù)圖11 -cz r1lrjljf wdffloee刊 f imf q圖4-16示波器scope的波形圖scope圖4-17示波器模塊scope的波形圖更改三角波模塊參數(shù)后的參數(shù)如圖4-18所示。source block pammeters： repeatinc sequence int.repeating seque

16、nce interpolated (mask) (link)discrete time sequence is output, then repeated. between data points, the specified lookup method is used to determine the outputmain | signal attributes |vector of output values|卜6 6卻vector of time values:|(0 1 4*lookup m ethod: 11 nterpolation-u $e e nd valuessample t

17、ime:ooi圖4-18三角波模塊的參數(shù)圖scope:nr2uu«1cm血艸価字1nnh.in inr-zin1 11u i硏皿時s|1 |,uldr| hili innrl 1i in;r i-a nf ii iizilluxf nnrrs innnhi nrm iii.r)nll.ll.10is2530圖4-19示波器模塊scope的波形圖圖4-20示波器模塊scopel的波形圖 再次更改三角波模塊參數(shù)如圖4-21所示。圖421三角波模塊參數(shù)圖scopescope當(dāng)三角波模塊的參數(shù)不變，更改正弦波模塊的參數(shù)時。各個模塊的參數(shù)介紹如下。圖4-24 h角波模塊參數(shù)圖圖4-25正弦波模

18、塊參數(shù)圖scopescope1圖4-27示波器模塊scopel的波形圖更改三角波模塊參數(shù)后如圖4-28所示。圖4-28正弦波模塊參數(shù)圖scopej00uuuu 一 noi08i"7廠iii丄j_i!00圖4-29示波器模塊scope的波形圖scopel第五章結(jié)論本文通過對逆變器的概念、設(shè)計技術(shù)分類等方面的介紹，簡要描述了三相無 源型逆變器的構(gòu)建方式及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。同時也簡要介紹了正弦波脈寬調(diào)試的技 術(shù)。通過應(yīng)用matlab軟件，構(gòu)建一個無源型三相逆變電路供電的系統(tǒng)，并進(jìn)行 仿真，再對仿真波形進(jìn)行分析，定性討論了逆變器的兩個主要參數(shù)：參考波頻率 （正弦波）和調(diào)制波（三角波）不同負(fù)載對系統(tǒng)仿真結(jié)呆的影響，獲得以下結(jié)論:（-）在電壓輸出頻率和正弦波頻率一定的情況下，三角波頻率的大小決定 了每個周期內(nèi)的仿真脈沖個數(shù)，也決定了正弦波形的仿真質(zhì)量。（-）在電壓輸出頻率和正弦波頻率一定的情況下，三角波頻率的大小決定 了三相交流電的脈沖寬度和波形清晰度。（三）在電壓輸岀頻率和三角波頻率一定的情況下，正弦波頻率的大小決定 了三相交流電的脈沖寬度和波形清晰度。參考文獻(xiàn)ii 丁道宏.電力