三相方波逆变电路的设计样本

目录1 引言.............................................. 错误!未定义书签。

1.1设计规定..................................... 错误!未定义书签。

1.2逆变概念..................................... 错误!未定义书签。

1.3三相逆变..................................... 错误!未定义书签。

2 三相电压源型SPWM逆变器........................... 错误!未定义书签。

2.1 PWM基本原理................................. 错误!未定义书签。

2.2 SPWM逆变电路及其控制办法.................... 错误!未定义书签。

2.3 三相方波逆变器.............................. 错误!未定义书签。

2.3 三相PWM逆变器提高直流电压运用率办法........ 错误!未定义书签。

2.4 三相PWM逆变器提高直流电压运用率办法........ 错误!未定义书签。

3 逆变器主电路设计.................................. 错误!未定义书签。

4软件仿真.......................................... 错误!未定义书签。

4.1 Matlab软件.................................. 错误!未定义书签。

4.2 建模仿真.................................... 错误!未定义书签。

5 总结.............................................. 错误!未定义书签。

参照文献............................................ 错误!未定义书签。

1 引言1.1设计规定本次课程设计题目规定为三相方波逆变电路设计。

设计过程从原理分析、元器件选用，到方案拟定以及Matlab仿真等，巩固了理论知识，基本达到设计规定。

完毕三相方波逆变电路仿真，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。

1.2逆变概念逆变即直流电变成交流电，与整流相相应。

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目了。

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，普通采用三个桥臂构造，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种单独驱动电路驱动，则需6 个驱动电路，至少要配备4 个互相独立直流电源为其供电，使得系统硬件构造复杂，可靠性下降，且调试困难，设计成本偏高。

2 三相电压源型SPWM逆变器2.1 PWM基本原理PWM(Pulse Width Modulation)控就是对脉冲宽度进行调制技术，即通过一系列脉冲宽度进行调制，来等效地获得所需要波形。

PWM控制技术最重要理论基本是面积等效原理，即冲量相等而形状不同窄脉冲加在具备惯性环节上时，其效果基本相似。

SPWM 控制技术是PWM 控制技术重要应用，即输出脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效。

2.2 SPWM 逆变电路及其控制办法SPWM 逆变电路属于电力电子器件应用系统，因而，一种完整SPWM 逆变电路应当由控制电路、驱动电路和以电力电子器件为核心主电路构成。

由信息电子电路构成控制电路按照系统工作规定形成控制信号，通过驱动电路去控制主电路中电力电子器件导通或者关断，来完毕整个系统功能。

当前应用最为广泛是电压型PWM 逆变电路,脉宽控制办法重要有计算机法和调制法两种，但由于计算机法过程繁琐，当需要输出正弦波频率、幅值或相位发生变化时，成果都要变化，而调制法在这些方面有着无可比拟优势，因而，调制法应用最为广泛。

所谓调制法，就是把但愿输出波形作为调制信号t u ，把接受调制信号作为载波c u ，通过信号波调制得到所盼望PWM 波形。

2.3 三相方波逆变器电路构造相似，只是控制方式不同。

每一开关元件在输出电压一种周期中闭合180o (占空比为0.5),因而，在任何时间，总有三个开关元件闭合。

幅值关系：直流电压运用率：2.3三相PWM逆变器提高直流电压运用率办法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运用率；当梯形波幅值和三角波幅值相等时，梯形波所含正弦基波分量幅值已经超过三角波幅值。

采用这种调制方式时，决定功率开关器件通断办法和用正弦波作为调制信号时完全相似。

2.4 三相PWM逆变器提高直流电压运用率办法梯形波形状用三角化率s =U t/U to描述，U t为以横轴为底时梯形波高，U to 为以横轴为底边把梯形两腰延长后相交所形成三角形高；s =0时梯形波变为矩形波，s =1时梯形波变为三角波；梯形波含低次谐波，故调制后PWM波含同样低次谐波（3，5，7…）,但线压中3及其倍多次谐波不存在。

图2-1：梯形波为调制信号PWM控制图2-2 180°导电型三相方波逆变器输出电压波形图2-3 120°导电型三相方波逆变器输出电压波形3 逆变器主电路设计图3-1是SPWM 逆变器主电路设计图。

图中Vl —V6是逆变器六个功率开关器件，各由一种续流二极管反并联，整个逆变器由恒值直流电压U 供电。

一组三相对称正弦参照电压信号由参照信号发生器提供，其频率决定逆变器输出基波频率，应在所规定输出频率范畴内可调。

参照信号幅值也可在一定范畴内变化，决定输出电压大小。

三角载波信号c U 是共用，分别与每相参照电压比较后，给出“正”或“零”饱和输出，产生SPWM 脉冲序列波。

da U ，db U ，dc U 作为逆变器功率开关器件驱动控制信号。

当ru 2un d U U U <=-时，给V4导通信号，给V1关断信号un 2d U U =-，给V1(V4)加导通信号时，也许是V1(V4)导通，也也许是VD1(VD4)导通。

d U 和'wn U PWM 波形只有/2d U ±两种电平。

当c ru U U >时，给V1导通信号，给V4关断信号，/2un d U U '=-。

uv U 波形可由vn un U U ''-得出，当1和6通时，d uv U U =，当3和4通时，d uv U U =-，当1和3或4和6通时，uv U =0。

输出线电压PWM 波由d U ±和0三种电平构成负载相电压PWM 波由(±2/3)d U ，(±1/3)d U 和0共5种电平构成。

图3-1 SPWM逆变器主电路设计图防直通死区时间同一相上下两臂驱动信号互补，为防止上下臂直通而导致短路，留一小段上下臂都施加关断信号死区时间。

死区时间长短重要由开关器件关断时间决定。

死区时间会给输出PWM波带来影响，使其稍稍偏离正弦波。

4软件仿真4.1 Matlab软件Matlab软件提供仿真工具箱Simulink是一种功能十分强大仿真软件，它可以依照顾客需要以便为系统建立模型，并且十分直观，仿真精度高，成果精确。

特别是其电力系统模块库PSB中包括了大量电力电子功能模块，为咱们仿真提供了极大便利。

Matlab提供了系统模型图形输入工具——Simulink工具箱。

在Matlab中电力系统模块库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惯用基本原件和系统仿真模型。

它由如下6个子模块构成：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个基本模块库基本上，依照需要还可以组合出惯用、复杂其她模块添加到所需模块库中，为电力系统研究和仿真带来更多以便。

4.2 建模仿真第一步先建立主电路仿真模型。

在simpowersystemselectrical sources 库中选取直流电压源模块，参数设立如下图：然后选取universal bridge模块，构成三相半桥电路。

开关器件选带反并联二极管IGBT，选取三相串联RLC负载模块，选为星形连接。

将各模块相连，边完毕三相方波逆变器仿真模型主电路某些。

第二步再来构造控制某些。

选取六个pulse generator模块，第一种参数设立如下图：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三相桥门极。

最后得到仿真模型如下图所示：三相逆变电路主电路第三步完毕波形观测及分析某些。

在相应模块测量选项和multimeter模块，即可观测逆变器输出相电压，相电流，和线电压。

通过串联电流表可观测直流电流波形。

4.3分析仿真成果将仿真时间设为0.1s，在powergui中这是为离散仿真模式，采样时间为5-10s，运营后可得仿真成果。

理论上a相电压、a相电流，ab间线电压及直流电流波形如图实际仿真成果如下图逆变器输出相电压为六阶梯波，相电流和直流电流波形与负载又关。

变化负载参数，观测电流波形变化。

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：5 总结课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力重要环节,是对学生实际工作能力详细训练和考察过程.随着科学技术发展日新日异，电力电子已经成为当今空前活跃领域，在生活中可以说得是无处不在。

因而作为21世纪大学来说掌握电力电子开发技术是十分重要。

回顾起本次课程设计，至今我仍感触颇多，确，从选题到定稿，从理论到实践，在整整两星期日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到诸多诸多东西，同步不但可以巩固了此前所学过知识，并且学到了诸多在课本上所没有学到过知识。

通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要，只有理论知识是远远不够，只有把所学理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才干真正为社会服务，从而提高自己实际动手能力和独立思考能力。

在设计过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做，难免会遇到过各种各样问题，同步在设计过程中发现了自己局限性之处，对此前所学过知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，后来一定要努力学习，纯熟掌握。

课程设计终于顺利结束了，特别感谢赵俊梅教师多次予以耐心协助和支持！参照文献[1] 宏乃刚，电力电子技术基本，清华大学出版社，[2] 王兆安，电力电子技术，电子工业出版社，[3] 谢卫，电力电子与交流传动系统仿真，机械工业出版社，[4] 林飞，杜欣，电力电子应用技术MATLAB仿真，中华人民共和国电力出版社，。