三相的方波逆變電路原理說明書

中北大學(xué)電子技術(shù)課程設(shè)計說明書目錄TOC\o"1-5"\h\z1引言1設(shè)計要求1逆變的概念1三相逆變12三相電壓源型SPWM逆變器2PWM的基本原理2SPWM逆變電路及其控制方法2三相方波逆變器3三相PWM逆變器提高直流電壓利用率的方法3三相PWM逆變器提高直流電壓利用率的方法33逆變器主電路設(shè)計74軟件仿真8Matlab軟件8建模仿真85總結(jié)13參考文獻(xiàn)17實用標(biāo)準(zhǔn)文案實用標(biāo)準(zhǔn)文案精彩文檔精彩文檔1引言設(shè)計要求本次課程設(shè)計題目要求為三相方波逆變電路的設(shè)計。設(shè)計過程從原理分析、元器件的選取，到方案的確定以及Matlab仿真等，鞏固了理論知識，基本達(dá)到設(shè)計要求。完成三相方波逆變電路的仿真，開關(guān)管選IGBT,直流電壓為530V，阻感負(fù)載，負(fù)載有功功率1KW，感性無功功率為100Var。逆變的概念逆變即直流電變成交流電，與整流相對應(yīng)。電力系統(tǒng)中，將電網(wǎng)交流電通過整流技術(shù)變成直流電，然后通過逆變技術(shù)，將直流變成高頻交流，再通過高頻變壓器降壓，就達(dá)到縮小變壓器體積和提高供電質(zhì)量的目的了。三相逆變?nèi)嗄孀兗夹g(shù)廣泛應(yīng)用于交流傳動、無功補償?shù)阮I(lǐng)域。在三相PWM交流伺月服系統(tǒng)中，一般采用三個橋臂的結(jié)構(gòu)，即逆變橋主電路有6個功率開關(guān)器件（功率MOSFET或IGBT）構(gòu)成，若每個開關(guān)器件都用一個單獨的驅(qū)動電路驅(qū)動，則需6個驅(qū)動電路，至少要配備4個相互獨立的直流電源為其供電，使得系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性下降，且調(diào)試?yán)щy，設(shè)計成本偏高。2三相電壓源型SPWM逆變器PWM的基本原理PWM(PulseWidthModulation)控就是對脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)，即通過一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來等效地獲得所需要的波形。PWM控制技術(shù)最重要的理論基礎(chǔ)是面積等效原理，即沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同。SPWM控制技術(shù)是PWM控制技術(shù)的主要應(yīng)用，即輸出脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效。SPWM逆變電路及其控制方法SPWM逆變電路屬于電力電子器件的應(yīng)用系統(tǒng)，因此，一個完整的SPWM逆變電路應(yīng)該由控制電路、驅(qū)動電路和以電力電子器件為核心的主電路組成。由信息電子電路組成的控制電路按照系統(tǒng)的工作要求形成控制信號通過驅(qū)動電路去控制主電路中電力電子器件的導(dǎo)通或者關(guān)斷，來完成整個系統(tǒng)的功能。目前應(yīng)用最為廣泛的是電壓型PWM逆變電路,脈寬控制方法主要有計算機法和調(diào)制法兩種，但因為計算機法過程繁瑣，當(dāng)需要輸出的正弦波的頻率、幅值或相位發(fā)生變化時，結(jié)果都要變化，而調(diào)制法在這些方面有著無可比擬的優(yōu)勢，因此，調(diào)制法應(yīng)用最為廣泛。所謂調(diào)制法，就是把希望輸出的波形作為調(diào)制信號u，把接收調(diào)制的信號作t為載波u，通過信號波的調(diào)制得到所期望的PWM波形。c三相方波逆變器電路結(jié)構(gòu)相同，只是控制方式不同。每一開關(guān)元件在輸出電壓的一個周期中閉合180o（占空比為0.5），因此，在任何時間，總有三個開關(guān)元件閉合。TOC\o"1-5"\h\z幅值關(guān)系：__U=亙士U=?Ux0.78Uab122兀2兀dd0.78Ux——Uh=6n±1,（n=1,2,3...）abhhd直流電壓利用率：4UA=-ab1x0.78VUd三相PWM逆變器提高直流電壓利用率的方法梯形波調(diào)制采用梯形波作為調(diào)制信號，可有效提高直流電壓利用率；當(dāng)梯形波幅值和三角波幅值相等時，梯形波所含的正弦基波分量幅值已經(jīng)超過三角波幅值。采用這種調(diào)制方式時，決定功率開關(guān)器件通斷的方法和用正弦波作為調(diào)制信號時完全相同。三相PWM逆變器提高直流電壓利用率的方法梯形波的形狀用三角化率s=Ut/Uto描述，Ut為以橫軸為底時梯形波的高，Uto為以橫軸為底邊把梯形兩腰延長后相交所形成的三角形的高；s=0時梯形波變?yōu)榫匦尾?，s=1時梯形波變?yōu)槿遣?；梯形波含低次諧波，故調(diào)制后的PWM波含同樣的低次諧波（3，5，7...），但線壓中3及其倍數(shù)次諧波不存在。圖2-1:梯形波為調(diào)制信號的PWM控制u2

aN180(T)180(T)11~~、4.O-UbNU??atJ80(T),180(T)6iH6-180（T）r,1：0（T）■.OtOuabatuanIIatIII氏V4U723at圖2-2180°導(dǎo)電型三相方波逆變器輸出電壓波形4」@。14」由34時。57」《芯。47」匕西。T」K西DUUL4V46VTD62下產(chǎn)2至團(tuán)245,3tO3tu3t4,523?3,4125,6ubnO1U2r^兀1T圖2-3120°導(dǎo)電型三相方波逆變器輸出電壓波形3逆變器主電路設(shè)計圖3-1是SPWM逆變器的主電路設(shè)計圖。圖中V1—V6是逆變器的六個功率開關(guān)器件，各由一個續(xù)流二極管反并聯(lián)，整個逆變器由恒值直流電壓U供電。一組三相對稱的正弦參考電壓信號由參考信號發(fā)生器提供，其頻率決定逆變器輸出的基波頻率，應(yīng)在所要求的輸出頻率范圍內(nèi)可調(diào)。參考信號的幅值也可在一定范圍內(nèi)變化，決定輸出電壓的大小。三角載波信號u是共用的，分別與每相c參考電壓比較后，給出“正”或“零”的飽和輸出，產(chǎn)生SPWM脈沖序列波。U，U，U作為逆變器功率開關(guān)器件的驅(qū)動控制信號。dadbdc當(dāng)U<U=-U,2時，給丫4導(dǎo)通信號，給V1關(guān)斷信號U=-U；2，給ruundund'V1(V4)加導(dǎo)通信號時，可能是丫1(丫4)導(dǎo)通，也可能是丫口1(丫口4)導(dǎo)通。u和udwnl的PWM波形只有土U/2兩種電平。當(dāng)U>U時，給丫1導(dǎo)通信號，給V4關(guān)drucTOC\o"1-5"\h\z斷信號，U=-U/2oU的波形可由U，-U，得出，當(dāng)1和6通時，U=U，un'duvun'vn'uvd當(dāng)3和4通時，U=-U，當(dāng)1和3或4和6通時，U=0。輸出線電壓PWMuvduv波由±U和0三種電平構(gòu)成負(fù)載相電壓PWM波由(±2/3)U，(±1/3)U和0共ddd5種電平組成。防直通的死區(qū)時間同一相上下兩臂的驅(qū)動信號互補，為防止上下臂直通而造成短路，留一小段上下臂都施加關(guān)斷信號的死區(qū)時間。死區(qū)時間的長短主要由開關(guān)器件的關(guān)斷時間決定。死區(qū)時間會給輸出的PWM波帶來影響，使其稍稍偏離正弦波。4軟件仿真Matlab軟件Matlab軟件提供的仿真工具箱5際3冶k是一個功能十分強大的仿真軟件，它可以根據(jù)用戶的需要方便的為系統(tǒng)建立模型，并且十分直觀，仿真精度高，結(jié)果準(zhǔn)確。特別是其電力系統(tǒng)模塊庫PSB中包含了大量的電力電子功能模塊，為我們仿真提供了極大的便利。Matlab提供了系統(tǒng)模型圖形輸入工具——Simulink工具箱。在Matlab中的電力系統(tǒng)模塊庫PSB以Simulink為運算環(huán)境，涵蓋了電路、電力電子、電氣傳動和電力系統(tǒng)等電工學(xué)科中常用的基本原件和系統(tǒng)仿真模型。它由以下6個子模塊組成：電源模塊庫、連接模塊庫、測量模塊庫、電力電子模塊庫、電機模塊庫、基本件模塊庫。在這6個基本模塊庫的基礎(chǔ)上，根據(jù)需要還可以組合出常用的、復(fù)雜的其他模塊添加到所需的模塊庫中，為電力系統(tǒng)的研究和仿真帶來更多的方便。建模仿真第一步先建立主電路仿真模型。在simpowersystems的electricalsources庫中選擇直流電壓源模塊，參數(shù)設(shè)置如下圖：LDCVc-11ag:eSource-[zaawk}(Iznl:.PaTanetgisMsasurszDsnts然后選擇universalbridge模塊，構(gòu)成三相半橋電路。開關(guān)器件選帶反并聯(lián)二極管的IGBT，選擇三相串聯(lián)RLC負(fù)載模塊，選為星形連接。將各模塊相連，邊完成三相方波逆變器仿真模型的主電路部分。

第二步再來構(gòu)造控制部分。選擇六個pulsegenerator模塊，第一個參數(shù)設(shè)置如下圖：之后，各模塊一次之后0.02/6S，即相差60度。采用mux模塊將六路信號合成后加在三相橋的門極。最終得到的仿真模型如下圖所示：rftljgdfct4"FileEditViewSimulationFormatToolsHelp口|百口昌|岳電包|0口|百口昌|岳電包|0吐|卜■h-i麗E—二］國圖因穆■邱面齡三相逆變電路主電路三相逆變電路主電路第三步完成波形觀測及分析部分。在相應(yīng)模塊的測量選項和multimeter模塊，即可觀察逆變器的輸出的相電壓，相電流，和線電壓。通過串聯(lián)的電流表可觀察直流電流的波形。分析仿真結(jié)果將仿真時間設(shè)為0.1s，在powergui中這是為離散仿真模式，采樣時間為

10-5s,運行后可得仿真結(jié)果。理論上a相電壓、a相電流，ab間線電壓及直流電流波形如圖實際仿真結(jié)果如下圖

-0,G5Inv'o.mrr二DO9-0,G5Inv'o.mrr二DO9隔日時討逆變器輸出的相電壓為六階梯波，相電流和直流電流的波形與負(fù)載又關(guān)。改變負(fù)載參數(shù)，觀察電流波形的變化。當(dāng)負(fù)載參數(shù)如下圖所示時：A相，B相，C相電壓和電流波形如下圖：Ab,bc,ca電壓如圖：du5總結(jié)課程設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識，發(fā)現(xiàn)，提出，分析和解決實際問題，鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學(xué)生實際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程.隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的日新日異，電力電子已經(jīng)成為當(dāng)今空前活躍的領(lǐng)域，在生活中可以說得是無處不在。因此作為二十一世紀(jì)的大學(xué)來說掌握電力電子的開發(fā)技術(shù)是十分重要的?；仡櫰鸫舜握n程設(shè)計，至今我仍感慨頗多，的確，從選題到定稿，從理論到實踐，在整整兩星期的日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設(shè)計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的難免會遇到過