电压型SPWM逆变器的设计

电压型SPWM逆变器的设计
武汉理工大学华夏学院
信息工程课程设计报告书
课程名称课程设计总评成绩学生姓名、学号学生专业班级指导教师姓名课程设计起止日期
课程设计基本要求
课程设计是工科学生十分重要的实践教学环节，通过课程设计，培养学生综合运用先修课程的理论知识和专业技能，解决工程领域某一方面实际问题的能力。

课程设计报告是科学论文写作的基础，不仅可以培养和训练学生的逻辑归纳能力、综合分析能力和文字表达能力，也是规范课程设计教学要求、反映课程设计教学水平的重要依据。

为了加强课程设计教学管理，提高课程设计教学质量，特拟定如下基本要求。

1. 课程设计教学一般可分为设计项目的选题、项目设计方案论证、项目设计结果分析、答辩等4个环节，每个环节都应有一定的考核要求和考核成绩。

2. 课程设计项目的选题要符合本课程设计教学大纲的要求，该项目应能突出学生实践能力、设计能力和创新能力的培养；该项目有一定的实用性，且学生通过努力在规定的时间内是可以完成的。

课程设计项目名称、目的及技术要求记录于课程设计报告书一、二项中，课程设计项目的选题考核成绩占10%左右。

3. 项目设计方案论证主要包括可行性设计方案论证、从可行性方案中确定最佳方案，实施最佳方案的软件程序、硬件电路原理图和PCB图。

项目设计方案论证内容记录于课程设计报告书第三项中，项目设计方案论证主要考核设计方案的正确性、可行性和创新性，考核成绩占30%左右。

4. 项目设计结果分析主要包括项目设计与制作结果的工艺水平，项目测试性能指标的正确性和完整性，项目测试中出现故障或错误原因的分析和处理方法。

项目设计结果分析记录于课程设计报告书第四项中，考核成绩占25%左右。

5. 学生在课程设计过程中应认真阅读与本课程设计项目相关的文献，培养自己的阅读兴趣和习惯，借以启发自己的思维，提高综合分和理解能力。

文献阅读摘要记录于课程设计报告书第五项中，考核成绩占10%左右。

6. 答辩是课程设计中十分重要的环节，由课程设计指导教师向答辩学生提出2～3个问题，通过答辩可进一步了解学生对课程设计中理论知识和实际技能掌握的程度，以及对问题的理解、分析和判断能力。

答辩考核成绩占25%左右。

7.学生应在课程设计周内认真参加项目设计的各个环节，按时完成课程设计报告书交给课程设计指导教师评阅。

课程设计指导教师应认真指导学生课程设计全过程，认真评阅学生的每一份课程设计报告，给出课程设计综合评阅意见和每一个环节的评分成绩（百分制），最后将百分制评分成绩转换为五级分制（优秀、良好、中等、及格、不及格）总评成绩。

8. 课程设计报告书是实践教学水平评估的重要资料，应按课程、班级集成存档交实验室统一管理。

一、课程设计项目名称电压型SPWM逆变器的设计二、项目设计目的及技术要求 1.1 设计目的及意义（1）训练学生正确地应用运动控制系统，培养解决工业控制、工业检测等领域具体问题的能力；（2）通过课程设计，熟悉运动控制系统应用系统开发、研制的过程，软、硬件设计的工作方法、工作内容、工作步骤；（3）对学生进行基本技能训练，例如组成系统、编程、调试、绘图等，使学生理论联系实际，提高动手能力和分析问题、解决问题的能力。

1.2 内容要求（1）画出控制电路和主电路原理图；（2）画出程序流程图；（3）写课程设计论文，附有原理图、流程图、程序清单，内容要正确，概念要清楚，文字要通顺。

1.3三相SPWM逆变器 1.3.1 PWM控制技术 PWM控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术，即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。

调制：将一个波形（调制参考波）信号的有关信息加到另一个波形上（载波）。

PWM控制技术在逆变电路中的应用最为广泛，对逆变电路的影响也最为深刻。

现在大量应用的逆变电路中，绝大部分都是PWM型逆变电
路。

可以说PWM控制技术正是有赖于在逆变电路中的应用，才发展得比较成熟，才确定了它在电力电子技术中的重要地位。

1.3.2 PWM控制的基本原理在采样控制理论中有一个重要的结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。

冲量即窄脉冲的面积。

这里所说的效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同。

例如图1-1a、b、c所示的三个窄脉冲形状不同，其中图1-1a为矩形脉冲，图1-1b为三角形脉冲，图1-1c为正弦波脉冲，但它们的面积（即冲量）都等于1，那么，当它们分别加在具有惯性的同一环节上时，其输出响应基本相同。

当窄脉冲变为图1-1d的单位脉冲函数ξ(t)时,环节的响应即为该环节的脉冲过渡函数[7]。

图1-1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲图1-2a的电路是一个具体的例子。

图中e(t)为电压窄脉冲，其形状和面积分别如图1-1a、b、c、d所示，为电路的输入。

该输入加在可以看成惯性环节的R-L电路上，设其电流i(t)为电路的输出。

图1-2b给出了不同窄脉冲时i(t)的响应波形。

从波形可以看出，在i(t)的上升段，脉冲形状不同时i(t)的形状也略有不同，但其下降段则几乎完全相同。

脉冲越窄，各i(t)波形的差异也越小。

如果周期性地施加上述脉冲，则响应i(t)也是周期性的。

图1-2 冲量相同的各种窄脉冲的响应波形上述原理可以称之为面积等效原理，它是PWM控制技术的重要理论基础。

1.3.3 SPWM控制技术下面分析如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦波。

把图1-3a的正弦波分成N等分，就可以把正弦波看成是由N个彼此相连的脉冲序列所组成的波形。

这些脉冲宽度相等，都等于?N，但幅值不等，且脉冲顶部不是水平直线，而是曲线，各脉冲的幅值按正弦规律变化。

如果把上述脉冲序列利用相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点重合，且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积相等，就得到图1-3b所示的序列脉冲。

图1-3 用PWM波代替正弦半波详细的分析结论是：对开关器件的通、断状态进行实时、适式的控制，使多脉波的矩形脉冲电压宽度按正弦规律变化时，通过傅里叶分析可以得知，输出电压中除基波外仅含有与开关频率倍数相对应的某些高次谐波而消除了许多低次谐波，开关频率（输出电压频率）越高，脉波数越多，就能消除更多的低次谐波，使逆变电路的输出电压更近似于连续的正弦波[8]。

如果按同一比例的正弦规律改变图
1-3b中所有矩形脉波的宽度，则可以成比例地调控输出电压中的基波电压数值。

这种控制逆变器输出电压大小及波形的方法被称为正弦脉宽调制SPWM。

各种PWM 控制策略，特别是正弦脉宽调制SPWM控制已在逆变技术中得到广泛应用。

1.3.4 SPWM逆变电路及其控制方法 PWM控制技术在逆变电路中的应用十分广泛，目前中小功率的逆变电路几乎采用了PWM技术。

如果给出了逆变电路的正弦波输出频率、幅值和半个周期内的脉冲数，。