上变频器设计

辽宁工业大学

高频电子线路课程设计（论文）题目：上变频器设计

院（系）：电子信息工程学院

专业班级：电子081班

学号： 080404018

学生姓名：叶桦

指导教师：杨恭威

教师职称：讲师

起止时间：

课程设计（论文）任务及评语

目录

第1章上变频器设计方案论证 (1)

1.1 课程设计目的 (1)

1.2 设计的要求及技术指标 (1)

1.3 设计方案论证 (1)

1.4 总体设计方案框图及分析 (1)

第2章课程设计内容 (2)

2.1整流器的电路原理 (2)

2.2逆变器的电路原理 (2)

2.3变频器控制系统 (3)

2.4整体电路原理设计 (4)

2.5电路输入或输出波形（用EWB仿真） (5)

2.6三电平电压空间矢量调制及中点电压不平衡原因 (5)

第3章设计总结 (6)

参考文献 (7)

第1章课程设计目的与要求

1.1 课程设计目的

本课程的课程设计是设计一个简单的发射接收系统，通过本次设计，让学生掌握高频电子线路的设计方法，并将其与仿真联系起来，理论与实践相结合，培养学生的设计能力。

1.2 做仿真部分：课程设计的实验环境

硬件要求能运行Windows 9.X操作系统的微机系统。EWB仿真操作系统。

1.3 课程设计的预备知识

熟悉EWB仿真操作系统，及高频电子线路课程。

1.4 课程设计要求

按课程设计指导书提供的课题，按照要求设计电路，计算电路的参数，完成课程设计。

第2章课程设计内容

2.1 电路原理设计。

本次设计是变频变压原理对电机调速控制的变频器，及其基本电路的工作原理。变频器是对电机驱动的电源变换装置，其输入电源为工频电源，但电流波形不同于正弦波，而其输出波形也不同于输入波形。

通用变频器的结构原理图1，通用变频器把工频电流（50Hz或60Hz）变换成各种频率的交流电流，以实现电机的变速运行。变频器主要由逆变电路和整流电路及控。

图1变频器主要构成方框图

2.2设计电路，并画出电路图（用EWB画，并打出）

变频器内部结构图

2.3电路分析，电路参数分析（用EWB仿真的要求有打印出输入或输出波形）

2.3.1逆变器的电路原理

1）由多个电平台阶合成的输出电压正弦波形，在相同开关频率条件下，与传统二电平逆变器相比，谐波含量大大减少，改善了输出电压波形；2）开关管的电压额定值只为直流母线上电压的一半，使低压开关器件可以应用于高压变换器中。

但是，三电平逆变器的缺点是控制策略较复杂和出现中点电压不平衡的问题 [1]，其中，中点电压不平衡是三电平逆变器的一个致命弱点。显然，若逆变器直流母线上并联两电容

的中点电压在运行时不稳定，它将引起输出的三电平电压变

化，不仅使输出电压波形畸变，谐波增加，而且使三相输出电流不对称，失去三电平逆变器的优势。然而，对于中点电压不平衡问题，目前尚未有根本的解决方法。其中有代表性的方法一是利用改进硬件电路实现中点电压平衡的方法 [2]；二是通过改变开关时序或控制矢量电压持续时间的方法实现电压平衡。但都存在电路复杂、控制效果不理想的问题。

为此，本文基于传统二电平逆变器电压空间矢量控制原理

3）提出基于平衡三电平逆变器中点电压的电压空间矢量控制的思想，从而在不增加硬件电路情况下，根本解决了三电平逆变器中点电压不平衡的问题。

逆变器电路原理

2 三电平电压空间矢量调制及中点电压不平衡原因

在传统三相两电平逆变器中，电压空间矢量个数为 23=8[2]。根据三相两电平逆变器电压空间形成原理，箝位二极管式电压型三电平

逆变电路的电压矢量合成图如图 2所示，表 1是它的每相开关状态表，总共有 33=27个合成电压矢量。与三相两电平逆变器不同，三电平逆变器电压矢量可分为长矢量，中矢量，短矢量和零矢量，其中 ppp， ooo

和 nnn是零矢量；还有 12个短矢量;6个中矢量（模长

=。

结合电压空间矢量图可以得到三电平逆变器三相电压合成机理：任意时刻的三相电压 V a、 V b和 V c可由三个相邻的电压空间矢量合成，当电压矢量沿着逆时针或顺时针方向旋转时，空间矢量由一个有效状态转移到另一个有效状态，从而产生连续的三相电压。

3.仿真实验

依据上述关于中点电压平衡的电压空间矢量算法以及三相多电平电压空间矢量快速算法理论 [4]，用 Matlab对箝位二极管式三相三电平电压型逆变器进行了仿真实验。其中 Vdc=200 V，采样频率 fs=600 Hz,调制度 m=0.92。各相输出接有 R－ L负载 ,输出各相电压仿真波形如图 6所示，其中波形 Vo是输入电容两端电压之差，即平衡电压波形 ,输出频率为 fo=50 Hz。从实验表明，以上的基于电压空间矢量的电压平衡算法是可行的，中点电压可以达到一定范围的平衡。通过三电平的采用，它的输出相电压波形将更近似于正弦波，在相同开关频率条件下，大大降低了谐波污染。

2.3.2整流器的电路原理

整流器是变频器中用来产生直流点的变频器。它由整流单元，平滑电容，开启电流吸收回路组成。电路图如下：

图11整流桥及其输入波形

1.原理分析

首先应该指出，传统的变径管可以经过缩径，并配以较小口径的流量计来达到测量小流量的目的，但是这种方法不可能扩大仪表的量程比，因为它并末改变管道的流速分布状态。我们知道，涡街流量计的理论及推导是基于在无穷大的均匀流场中得到的，而在实际封闭圆管中，却是非均匀流场，横断面的流速分布是一回转抛物面，虽然选择合理的柱型，使柱体两侧弓形面的流速分布均匀，但实际上，工艺管道上回转抛物面的流速分布的影响是客观存在的。实验表明在比较大的流量时，这个影响较小，或说这个影响在允许的范围内；但随着流量的下降，这个影响越来越大，从大量标定数据看，仪表常数总是随着流量的减小而增大。这说明取样点的流速与平均流速差异越来越大。

2.3.3变频器控制系统

1.v/f控制

为了实现变频调速，常规的通用变频器在变频控制时使用电压与频率的比率不变，为常数。在v/f系统中，由于连线及电机绕组的电压降引起的有效电压衰减，使电机扭短不足。这一现象在低速时，非常明显。

为了使低速时产生更大的扭矩而不发生OTC故障，用到了简单磁通矢量控制。

2.简单磁通矢量控制

简单磁通矢量控制系统，通过把变频器的输出电流进行矢量计算划分成励磁电流和扭矩成分电流，然后调节电压使产生的电机电流与负载扭矩匹配，从而改善低速扭矩特性。频率为6Hz时，可提供高达200%的扭矩。如果电机常数变化不大，该控制不需要设定和调整特性的电机常数，就可实现稳定、大容量的低速扭矩，从而达到通用的效果。

变频器输入、输出波形：