逆变电路 电力电子课程设计 spwm
PWM逆变器控制电路设计
SPWM逆变器控制电路设计一、课程设计的目的通过电力电子计术的课程设计达到以下目的：一个单相50HZ/220V逆变电源，外部采用：交流到直流再到交流的逆变驱动格式。
在220V/50HZ外电源停电时，蓄电池就逆变供电。
在设计电路时，主要分为正负12V稳压电源到SPWM波发生器（其中载波频率5KHZ）至H逆变电路再到逆变升压变压器再由220V/50HZ输出.二、课程设计的要求1注意事项控制框图设计装置（或电路）的主要技术数据主要技术数据输入直流流电源：正负12V，f=50Hz交直变换采用二极管整流桥电容滤波电路，无源逆变桥采用桥式电压型逆变主电路，控制方法为SPWM控制原理输出交流：电流为正弦交流波形，输出频率可调，输出负载为三相异步电动机，P=5kW等效为星形RL电路，R=10Ω，L=15mH2.在整个设计中要注意培养灵活运用所学的电力电子技术知识和创造性的思维方式以及创造能力3.在整个设计中要注意培养独立分析和独立解决问题的能力4.课题设计的主要内容是主电路的确定，主电路的分析说明，主电路元器件的计算和选型，以及控制电路设计。
报告最后给出所设计的主电路和控制电路标准电路图。
5.课程设计用纸和格式统一三设计内容：整流电路的设计和参数选择滤波电容参数选择逆变主电路的设计和参数选择IGBT电流、电压额定的选择SPWM驱动电路的设计画出完整的主电路原理图和控制电路原理图根据要求，整流电路采用二极管整流桥电容滤波电路，其电路图如图2.1所示：SPWM逆变电路的工作原理PWM控制方式就是对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不等的脉冲。
按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，既可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变逆变输出频率。
1．PWM控制的基本原理PWM控制——脉冲宽度调制技术，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）理论基础: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。
模拟电子技术课程设计 SPWM逆变电源设计
课程设计报告（2019-2020学年第二学期）模拟电子技术课程设计学生姓名XXX学号xxxxxxx所在专业xxx所在班级xxx指导教师撰写时间 xxxx年 x 月 xx 日1 系统方案1.1 输入直流源论证和选择方案一：采用专业集成0~48V 可调电压直流源。
方案二：间接直流变流电路，如图1-1所示。
可实现输出端与输入端的隔离，适合于输入电压与输出电压之比远小于或远大于1的情形，但由于采用多次变换，电路中的损耗较大，效率较低，而且结构较为复杂。
图1-1 间接直流变流拓扑结构综上所述，我们采用方案一稳损耗低，效率高且稳定性高的集成度较高的可调直流源作为输入电压。
1.2 DC-AC 主回路方案论证和选择方案一：推挽式逆变电路。
推挽式方波逆变器的电路拓朴结构简单，两个功率管可共地驱动，但功率管承受开关电压为2倍的直流电压，因此适合应用于直流母线电压较低的场合。
另外，由于变压器具有一定的漏感，可限制短路电流，因而提高了电路的可靠性。
其缺点是变压器利用率低，带动感性负载的能力较差。
方案二：半桥式逆变电路。
半桥型逆变电路结构简单，由于两只串联电容的作用，不会产生磁偏或直流分量，非常适合后级带动变压器负载，当该电路工作在工频时，电容必须选取较大的容量，使电路的成本上升，因此该电路主要用于高频逆变场合。
方案三：全桥式逆变电路。
克服了推挽和半桥式电路的缺点，通过调节功率晶体管的输出脉冲宽度，输出交流电压的有效值即随之改变。
控制方式比较灵活。
综合分析比较三种方案，由于方案三具有变压器利用率高，带负载能力强，抗干扰、电路可靠性高，故本设计采用方案三。
1.3 三相SPWM 控制脉冲的论证和选择方案一：模拟调制法。
用硬件电路产生正弦波和三角波，其中正弦波作为调制信号，三角波作为载波，两路信号模拟比较器比较后输出 SPWM 波形，通过功率驱动全桥，完成功率放大，实现逆变。
方案二：采用专用集成SPWM 芯片，产生SPWM 信号，通过全桥驱动，实现逆变。
三相PWM逆变电路
湖南工学院电力电子技术课程设计课程名称: 三相PWM逆变器控制电路设计姓名：专业名称：自动化班级：学号：指导老师：课程设计的目的及要求一、设计要求及技术指标主要技术数据输入交流电源：三相380V，f=50Hz交直变换采用二极管整流桥电容滤波电路，无源逆变桥采用三相桥式电压型逆变主电路，控制方法为SPWM控制原理输出交流：电流为正弦交流波形，输出频率可调，输出负载为三相异步电动机，P=5kW等效为星形RL电路，R=20Ω，L=15mH二、课程设计背景随着电力电子技术的飞速发展，正弦波输出变压变频电源已被广泛应用在各个领域中，和此同时对变压变频电源的输出电压波形质量也提出了越来越高的要求。
对逆变器输出波形质量的要求主要包括两个方面：一是稳态精度高；二是动态性能好。
因此，研究开发既简单又具有优良动、静态性能的逆变器控制策略，已成为电力电子领域的研究热点之一。
目录第一章整流和逆变电路原理及路图.................................................................................... - 0 -1.1．电容滤波的三相不可控整流电路原理..................................................................... - 0 - 第二章三相无源PWM逆变电路及原理................................................................................ - 2 -2.1 三相无源逆变电路及原理......................................................................................... - 2 - 第三章驱动电路........................................................................................................................ - 3 - 第四章保护电路设计.............................................................................................................. - 4 -4.1 过电流保护电路........................................................................................................ - 4 -4.2 过电压保护电路........................................................................................................ - 4 - 第五章仿真电路和波形.......................................................................................................... - 4 -5.1 三相桥式整流仿真电路及波形................................................................................. - 4 - 参考文献 .................................................................................................................................... - 6 - 课程设计的心得.......................................................................................................................... - 6 -第一章整流和逆变电路原理及路图1.1．电容滤波的三相不可控整流电路原理三相桥式不可控整流电路是由三相半波不可控整流电路演变而来的阴极连接在一起的3个二极管（VD1，VD3，VD5）称为共阴极组；阳极连接在一起的3个晶闸管（VD4，VD6，VD2）称为共阳极组。
单双极性SPWM单相桥电压型逆变电路课程设计前言
前言电力电子应用技术综合了微电子、电路、电机学、自动控制等多科学知识，是电能变换与控制的核心技术，在工业、能源、交通、国防等各个领域发挥着越来越重要的作用。
然而，由于电力电子器件所固有的非线性特性，使得对电力电子电路及系统的分析十分困难。
现代计算机仿真技术通过在计算机平台上模拟实际的物理系统，为电力电子电路及系统的分析提供了有效的方法，大大简化了电力电子和传动系统的分析与设计过程，成为研究电力电子应用技术的重要手段。
计算机仿真需要用数学模型代替实际的电力电子装置，通过数值方法求解数学方程，获得电力电子电路及系统中各状态变量的运动规律。
但是，复杂的数学模型、数值计算及编程过程依然需要耗费巨大的工作量，阻碍了计算机仿真技术在工程中的应用。
为此，出现了PSPICE、SABER、MATLAB等适用于电力电子电路及系统的专用仿真软件。
这些软件将各种功能子程序模块化，提供了完善的部件模型，用户只需简单的操作便可完成给定系统的仿真。
目前，MATLAB已涉及通信、信号处理、电气工程、人人工智能等诸多领域。
MATLAB中提供的“SimPowerSystems”，是进行电力电子系统仿真的理想工具，SimPowerSystems中的模型关注器件的外特性，易于与控制系统相连接。
SimPowerSystems 模型库中包含常用的电源快、电力电子器件模块、电机模型以及相应的驱动模块、控制和测量模块，使用这些模块进行电力电子电路系统、电力系统、电力传动等的仿真，能够简化编程工作，以直观易用的图形方式对电气系统进行模拟描述。
直流-交流（DC-AC）变换电路，又称为逆变器(inverter)，能够将直流电能转换为交流电能。
逆变电路可做多种分类，按功率器件可分为半控器件逆变电路和全控器件逆变电路。
前者采用晶闸管器件，负载换流或者外接电路强制换流，正逐渐被采用GTO、IGBT等器件的全控器件逆变器所代替。
按直流电源形式可分为电压源逆变器和电流源逆变器。
单极性SPWM逆变电路电力电子课设
电力电子技术课程设计单极性SPWM单相桥式逆变电路的设计与仿真院、部：电气信息工程学院学生姓名：李旺指导教师：杨万里职称助教专业：自动化班级：1401班学号：1430740107完成时间：2017.6湖南工学院电力电子技术课程设计课题任务书学院:电气与信息工程学院专业：自动化摘要20世纪80年代以来，信息电子技术和电力电子技术在各自发展的基础上相结合而产生了一代高频化、全控型的电力电子器件，典型代表有门极可关断晶闸管、电力晶体管、电力场效应晶体管和绝缘栅双极型晶体管。
逆变电路是PWM控制技术最为重要的应用场合。
这里在研究单相桥式PWM逆变电路的理论基础上，采用Matlab的可视化仿真工具Simulink建立单相桥式单极性控制方式下PWM逆变电路的仿真模型，通过动态仿真，研究了调制深度、载波度对输出波形的影响。
仿真结果表明建模的正确性，并证明了该模型具有快捷、灵活、方便、直观等一系列特点，从而为电力电子技术教学和研究中提供了一种较好的辅助工具。
关键词:PWM控制技术；逆变电路；单极性SPWM；SimulinkAbstractSince 1980s, the electronic information technology and power electronics technology combined to produce a generation of high frequency phase in their development, full controlled power electronic devices, a typical gate turn off thyristor, power transistor, power MOSFET and insulated gate bipolar transistor.The inverter circuit is one of the most important applications of PWM control technology. Here in the theoretical basis of the single-phase bridge inverter circuit of the PWM, the simulation model of PWM inverter using Matlab visual simulation tool Simulink to establish the single-phase bridge unipolar control mode, through dynamic simulation, studied the modulation depth, the carrier frequency of the output voltage. Influence of load current; and analyzes the harmonic characteristics of output voltage, load current. The simulation results show that the model is correct, and it is proved that the model is fast, flexible, convenient, intuitive and a series of characteristics, so as to power electronic technology teaching Study and research provides an effective tool.Key words:PWM control technology; inverter circuit; SPWM waveform; Simulink目录1绪言 (1)1.1电力电子技术的概况 (1)1.2课程学习情况简介 (1)1.3设计要求及总体方案设计 (2)2主电路设计 (3)2.1主电路原理图及原理分析 (3)2.2器件选择及参数计算 (4)3控制与驱动电路设计 (5)3.1控制电路设计 (5)3.2驱动电路设计 (6)4保护电路设计 (7)4.1过电流保护 (7)4.2过电压保护 (7)5仿真分析 (8)5.1仿真软件介绍 (8)5.2仿真模型的建立 (8)5.3仿真结果分析 (10)6设计总结 (13)参考文献 (14)致谢 (15)附录 (16)1绪言1.1电力电子技术的概括随着电力电子技术的高速发展，逆变电路的应用非常广泛，蓄电池、干电池、太阳能电池等都是直流电源，当我们使用这些电源向交流负载供电时，就需要用到逆变电路了。
三相电压型SPWM逆变器设计
三相电压型SPWM逆变器设计一、设计原理：三相电压型SPWM逆变器由一个直流输入端和一个交流输出端组成。
其主要原理是将直流电压转换为较高频率的脉冲宽度调制信号，然后通过逆变桥电路将直流电压转换为交流电压。
在逆变桥电路中，通过控制三相负载端的三个开关管的开关状态，可以实现对输出电压幅值、频率和相位的控制。
二、设计步骤：1.选择逆变桥电路拓扑：逆变桥电路有多种不同的拓扑结构，如全桥、半桥等，需要根据具体需求来选择合适的拓扑结构，一般来说，全桥结构应用较为广泛。
2.数据采样和计算：通过采样电路获取输入电流和输出电压的实时数据，并进行运算和控制。
一般需要采用高速的模数转换器（ADC）进行数据采集，并使用微控制器或数字信号处理器（DSP）进行计算和控制。
3.正弦脉宽调制（PWM）：通过正弦脉宽调制技术，将直流电压转换为脉冲宽度调制信号。
正弦脉宽调制技术是一种通过比较三角波和参考正弦波来确定开关管的开关状态的方法，其核心思想是让输出电压的波形尽可能接近正弦波形。
4.控制逆变桥电路开关状态：通过控制逆变桥电路中的三个开关管的开关状态，可以实现对输出电压的控制。
一般来说，可以采用脉冲宽度调制技术控制开关管的开关时间，从而改变输出电压的幅值和频率。
5.输出滤波：由于逆变器输出为脉冲宽度调制信号，需要进行滤波处理，以减小输出电压的谐波含量，并使其接近纯正弦波形。
常用的滤波器包括LC滤波器和LCL滤波器。
6.过流、过压保护：为了保护逆变器和负载，需要设计过流和过压保护电路，并将其集成到逆变器中。
总结：通过以上的步骤，就可以设计出一款三相电压型SPWM逆变器。
设计时需要根据具体需求选择逆变桥电路拓扑、采集数据并进行计算，使用正弦脉宽调制技术控制开关管的开关状态，进行输出滤波，并设计过流、过压保护电路。
这些步骤需要结合电力电子、控制系统和信号处理等多个领域的知识和技术。
电压型SPWM逆变器设计
目录1 SPWM控制原理分析 (1)1.1 PWM的基本原理 (1)1.2 SPWM逆变电路及其控制方法 (1)2 系统方案设计 (3)2.1 整体方案设计 (3)2.2 SPWM逆变器主电路设计 (3)2.3 脉宽调制器设计 (4)2.4 控制驱动电路设计 (6)2.5 抗干扰电路 (7)3 仿真 (8)心得体会 (10)参考文献 (11)附录 (12)总原理图 (12)1 SPWM 控制原理分析1.1 PWM 的基本原理PWM(Pulse Width Modulation)控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术，即通过一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要的波形，PWM 控制技术最重要的理论基础是面积等效原理，即冲量相等而形状不同的窄脉冲加在惯性的，环节上时，其效果基本相同，原理图如图1所示。
SPWM 控制技术是PWM 控制技术的主要应用，即输出脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效。
1.2 SPWM 逆变电路及其控制方法SPWM 逆变电路属于电力电子器件的应用系统，因此，一个完整的SPWM 逆变电路应该由控制电路、驱动电路和以电力电子器件为核心的主电路组成。
由信息电子电路组成的通过驱动电路去控制主电路中电力电子器件的导通或者关断，来完成整个系统的功能。
目前应用最为广泛的是电压型PWM 逆变电路，脉宽控制方法主要有计算法和调制法 两种方法，但因为计算法过程繁琐，当需要输出的正弦波的频率、幅值、或者相位发生变化时，结果都要发生变化，而调制法在这些方面有着无可比拟的优势，因此，调制法应用最为广泛。
所谓调制法，就是把希望输出的波形作为调制信号Ur ，把接收调制的信号作为载波，通过信号波得调制得到所期望的PWMa)b)图6-3图1 PWM 原理图图2 单极性调制示意图波形。
本次课程设计要求设计电压型SPWM逆变电路，输出PWM电压波形等效为正弦波，因而信号波采用正弦波，载波采用最常用的等腰三角波。
电力电子课设-三相逆变电路设计
摘要本次课程设计题目要求为三相电压源型SPWM逆变器的设计。
设计过程从原理分析、元器件的选取，到方案的确定以及Matlab仿真等，巩固了理论知识，基本达到设计要求。
本文将按照设计思路对过程进行剖析，并进行相应的原理讲解，包括逆变电路的理论基础以及Matlab仿真软件的简介、运用等，此外，还会清晰的介绍各个部分电路以及元器件的取舍，比如驱动电路、抗干扰电路、正弦信号产生电路等，其中部分电路的绘制采用了Proteus软件，最后结合Matlab Simulink 仿真，建立了三相全控桥式电压源型逆变电路的仿真模型，进而通过软件得到较为理想的实验结果。
关键词：三相电压源型逆变电路 Matlab 仿真目录摘要 (1)1 设计原理 (3)1.1 SPWM控制原理分析 (3)1.1.1 PWM的基本原理 (3)1.1.2 SPWM逆变电路及其控制方法 (3)1.2 IGB T简介 (4)1.3 逆变电路 (5)1.4 三相电压型桥式逆变电路 (6)2 设计方案 (9)2.1 逆变器主电路设计 (9)2.2 脉宽控制电路的设计 (10)2.2.1 SG3524芯片 (10)2.2.2 利用SG3524生成SPWM信号 (11)2.3 驱动电路的设计 (13)2.3.1 IR2110芯片 (13)2.3.2 驱动电路 (14)3 软件仿真 (14)3.1 Matlab软件 (14)3.2 建模仿真 (15)4 心得体会 (19)参考文献 (20)附录 (21)三相电压源型SPWM逆变器的设计1 设计原理1.1 SPWM控制原理分析1.1.1 PWM的基本原理PWM(Pulse Width Modulation)控就是对脉冲的宽度进行调制的技术，即通过一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要的波形。
PWM控制技术最重要的理论基础是面积等效原理，即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。
课程设计(逆变器)
SPWM 式逆变器的设计一、实训内容：1． 电压比较器的认识： 2． 三角波发生器。
3． 正弦波发生器。
4． SPWM 逆变器的基本原理。
二、电压比较器的认识：电压比较器工作在运算放大器的非线性区。
一般分为单电压比较器和双电压比较器。
如图比较器的分析方法：不管是哪一类比较器主要掌握U+＞U-，输出+U OM. 。
U+＜U-，输出-U OM 。
如图1为单电压比较器，R1和电位器分压得到基准电压U REF5V R1RP RPU REF +=。
图中左面比较器U REF 接到U-，正弦波接到U+端，当正弦波幅值小于U REF 时，输出为负峰值-U OM ，而当幅值大于U REF 时，输出为+U OM 。
输出为矩形波。
而右面的比较器的U REF 接到U+，所以比较结果正好相反。
下图为迟滞型比较器也叫双电压比较器：特点是正反馈形式。
反馈电阻R2接到输入端的U+，比较电压有两个分别是：12V R5R4R5U ,U R3R2R2UZ R2R3R3Uh REF REF +=+++=，UZ 是稳压后的值。
12V R5R4R5U ,U R3R2R2(-UZ)R2R3R3UL REF REF +=+++=输入正弦波与Uh 和UL 进行比较如图，矩形波滞后于正弦波的变化，由此得名。
三、三角波发生器。
三角波发生器是一个能输出三角波的电路，如图：此电路分为两部分，前一部分为上述的迟滞比较器，输入端接到后极积分器的输出端，积分器输入又接到迟滞比较器的输出端，构成循环回路，三角波加到迟滞比较器输入端，其输出端变为矩形波，再经积分器积分后变为三角波，再次加到迟滞比较器的输入端。
三角波的幅度根据下式决定：UZ R2R1U OM =， 频率为4R1R4CR2f =。
四、50Hz 正弦波发生器：本电路采用常用的桥式RC 振荡电路。
如图： 频率为RC21f π五、SPWM逆变器的基本原理。
SPWM产生的基本电路。
图中将三角波和正弦波加到单电压比较器的输入端，输出端就变为SPWM波形，其特点是：正弦波幅度增大时，脉宽增加，幅度减小时脉宽减小。
单双极性SPWM单相桥电压型逆变电路课程设计单极性
单极性PWM控制方式调制信号ur为正弦波，载波uc在ur的正半周为正极性的三角波，在ur的负半周为负极性的三角波。
在ur的正半周，V1保持通态，V2保持断态。
当ur>uc时使V4导通，V3关断，uo=Ud。
当ur<uc时使V4关断，V3导通，uo=0。
在ur的负半周，V1保持断态，V2保持通态。
当ur<uc时使V3导通，V4关断uo=-Ud。
当ur>uc时使V3关断，V4导通，uo=0。
主电路在每个开关周期内输出电压在正和零（或负和零）间跳变，正、负两种电平不会同时出现在一个开关周期内，故称为单极性SPWM。
七、单极性SPWM调制分析载波比和调制深度的定义与双极性SPWM相同。
它不适于半桥电路，而双极性SPWM在半桥、全桥电路中都可以使用。
与双极性SPWM相同，在m<=1和fc>>f的条件下，单极性SPWM逆变电路输出的基波电压u1的幅值U1m满足如下关系：U1m=mUd 即输出电压的基波幅值随调制深度m线性变化，故其直流电压利用率与双极性时也相同。
就基波性能而言，单极性SPWM和双极性SPWM完全一致，但在线性调制情况下它的谐波性能优于双极性调制：开关次整数倍谐波消除，值得考虑的最低次谐波幅值较双极性调制时小得多，所需滤波器也较小。
八、建立单极性SPWM仿真模型单极性SPWM触发信号产生图：触发电路中三角载波（Triangle）参数设置：“Time V alues”为[0 1/fc/2 1/fc]，“Output V alues”为[1 0 1]。
对脉冲电路进行封装：单极性SPWM主电路：触发电路参数设置：Ud=300v，R=1欧，L=2mH九、进行单极性SPWM仿真1、仿真时间设为0.06s 键入MATLAB语言命令：>> subplot(4,1,1)>> plot(b.time,b.signals(1).values)>> subplot(4,1,2)>> plot(b.time,b.signals(2).values)>> subplot(4,1,3)>> plot(b.time,b.signals(3).values)>> subplot(4,1,4)>> plot(b.time,b.signals(4).values)>> subplot(3,1,1)>> plot(c.time,c.signals(1).values)>> subplot(3,1,2)>> plot(c.time,c.signals(2).values)>> subplot(3,1,3)>> plot(c.time,c.signals(3).values)仿真结果如下：单极性SPWM单相逆变器m=0.8，N=15时的仿真波形图仿真结果分析：输出电压为单极性SPWM型电压，脉冲宽度符合正弦变化规律。
单极性Spwm课程设计
单极性Spwm课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解单极性SPWM（正弦波脉冲宽度调制）的基本概念，掌握其工作原理及数学表达方式。
2. 学生能够描述单极性SPWM在电力电子技术中的应用，如逆变器、电机调速等。
3. 学生能够通过分析单极性SPWM的波形特点，解释其对电机性能的影响。
技能目标：1. 学生能够运用所学知识，通过计算和实际操作，设计简单的单极性SPWM 控制电路。
2. 学生能够利用仿真软件对单极性SPWM波形进行模拟，观察并分析不同参数变化对波形及其影响。
3. 学生通过小组合作，动手搭建并测试单极性SPWM实验电路，提高实际操作能力和团队合作能力。
情感态度价值观目标：1. 学生通过学习单极性SPWM技术，培养对电力电子技术的兴趣，激发探索精神和创新意识。
2. 学生在小组合作中学会尊重他人，培养良好的团队协作精神和沟通能力。
3. 学生通过了解单极性SPWM在绿色能源中的应用，增强环保意识和责任感。
课程性质：本课程为电子信息工程及相关专业高年级的专业课程，旨在帮助学生掌握电力电子技术中的关键知识点。
学生特点：高年级学生已具备一定的电子技术和数学基础，具有较强的逻辑思维能力和实际操作能力。
教学要求：结合学生特点，采用理论教学与实践操作相结合的方式，注重培养学生的动手能力和实际应用能力，使学生在掌握知识的同时，提升综合素养。
通过对课程目标的分解，使教学设计和评估更具针对性。
二、教学内容1. 单极性SPWM基本理论：- 正弦波脉冲宽度调制原理- 单极性SPWM的数学表达及推导- 单极性SPWM波形特点及其与电机性能的关系2. 单极性SPWM应用：- 逆变器、电机调速等电力电子设备中的应用- 单极性SPWM在新能源领域的应用案例3. 单极性SPWM控制电路设计：- SPWM控制电路的组成及工作原理- 参数计算与电路搭建方法- 仿真软件应用与实验操作指导4. 教学大纲：- 第一周：单极性SPWM基本概念及原理- 第二周：单极性SPWM数学表达及推导- 第三周：单极性SPWM波形特点及其应用- 第四周：单极性SPWM控制电路设计及仿真- 第五周：实验操作及小组报告5. 教材章节：- 教材第四章：电力电子技术基础- 教材第五章：正弦波脉冲宽度调制技术- 教材第六章：电力电子装置及其应用教学内容安排和进度：按照教学大纲，逐步开展理论教学和实验操作，每周安排一次课内讨论，以巩固所学知识。
SPWM全桥逆变器主功率电路和控制电路设计
SPWM全桥逆变器主功率电路设计一、课程设计目的本课程是自动化专业的学生在掌握所学习的专业基础课和专业课的基础上一次较全面的实践训练，通过完成一个具有较完善功能的设计课程题，达到训练学生综合运用所学知识的能力。
通过本科电力电子技术学习，熟悉无源逆变的概念。
二、任务采用全桥拓扑并用全控器件MOSFET形成主电路拓扑，设计逆变器硬件电路，并能开环工作。
输入：48Vdc, 输出：40Vac/400Hz要求：1.掌握全桥逆变的概念，分析全桥逆变器中每个元件的作用：2分析正弦脉宽调制（SPWM）原理，及硬件电路实现形式；3.应用protel制作SPWM逆变器线路图；4.根据线路图制作硬件，并调试；三．原理图1设计框图逆变电路是指将低电压变为高电压,把直流电变为交流电的电路,它与整流电路相对应,是通用变频器的核心部件之一,有非常重要的作用.它的基本作用是在控制电路的控制下,将中间的直流电路输出的直流电源转换为频率和电压都任意可调的交流电源。
如图所示1 设计的主要原理是，通过逆变电路对输入的直流电源进行逆变，在控制电路的作用下，使之输出想要的正弦信号。
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)。
当采用正弦波作为调制信号来控制输出PWM脉冲的宽度，使其按照正弦波的规律变化，这种脉冲宽度调制控制策略就称为正弦脉冲宽度调制，产生SPWM脉冲，采用最多的载波是等腰三角波；因为等腰三角波上任一点的水平宽度和高度成线性关系且左右对称，当它与任何一个平缓变化的调制信号波相交时，如果在交点时刻对电路中开关器件的通断进行控制，就可以得到宽度正比于信号波幅值的脉冲。
在调制信号波为正弦波时，所得到的就是SPWM波形。
四主电路设计桥式逆变结构：基本的电压源桥式逆变结构，两组功率开关串联跨接于电源，成为一个桥臂，以其串联中点为输出点。
这样的结构不允许串联开关同时导通，按照不同开关的通断组合，桥臂可以将它所跨接的两个不同电位作为输出，合理安排这些不同的桥臂输出电位可能生成有正有负的输出电压，这是桥式逆变电路实现电源极性变换的基本原理。
三相桥式spwm逆变电路的设计及仿真课程设计
院（系）：电气工程学院摘要根据三相桥式SPWM逆变电路的工作原理以及特点，采用Simulink中的相关模块建立仿真模型，仿真分析其典型电流、电压波形和工作过程，得到了三相桥式SPWM控制波、负载线电压、负载相电压、负载相电流、负载中性点电压、电源电流波形，解决了三相桥式SPWM逆变电路教学中的难点问题。
利用该模型辅助三相桥式SPWM逆变电路教学，直观生动，交互性强，动态显示传真波形。
论述了单项正弦波逆变器的工作原理，介绍了SG3524的功能及产生SPWM波的方法，对逆变器的控制及保护电路做了详细介绍，给出了输出电压波形的实验结果。
关键词：三相桥式SPWM逆变；Simulink；仿真；波形；目录第1章绪论 (1)第2章课程设计的方案 (2)2.1三相桥式SPWM逆变电路的设计内容及要求........ 错误!未定义书签。
2.2SPWM逆变器的工作原理 ........................ 错误!未定义书签。
第3章 SPWM逆变器的工作原理. (4)3.1工作原理 (4)3.2 控制方式 (5)3.2.1单极性正弦脉宽调制 (5)3.2.2双极性正弦脉宽调制 (6)3.3 正弦脉宽调制的调制算法 (7)3.3.1 自然采样法 (7)3.3.2规则采样法 (7)3.3.3 双极性正弦波等面积法 (7)第四章MATLAB仿真设计 (8)4.1 主电路 (8)4.2 控制电路设计 (9)4.3仿真结果与分析 (10)第五章课程设计总结 (15)参考文献 (16)第1章绪论电力电子技术是跨越电力技术、电子技术和控制技术理论三个领域的一门新兴交叉学科，它主要研究应用了电路领域的各种电力半导体器件及其装置，以实现对电能的变换和控制。
它可以看成是弱电控制强电的技术，是弱电和强电之间的接口。
电力电子技术广泛应用于一般工业、交通运输、电力系统、通信系统、计算机系统、新能源系统等。
该课程已成为电气工程与自动化、自动化、电力系统自动化等电类专业的重要专业基础课。
课程设计SPWM波生成方法
SPWM波生成方法探讨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。
2 SPWM控制技术SPWM就是在PWM的基础上改变了调制脉冲方式，脉冲宽度时间占空比按正弦规率排列，这样输出波形经过适当的滤波可以做到正弦波输出。
它广泛地用于直流交流逆变器等，比如高级一些的UPS就是一个例子。
三相SPWM是使用SPWM模拟市电的三相输出，在变频器领域被广泛的采用。
SPWM(Sinusoidal PWM)法是一种比较成熟的，目前使用较广泛的PWM法。
前面提到的采样控制理论中的一个重要结论: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。
SPWM法就是以该结论为理论基础，用脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆变电路中开关器件的通断，使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的面积相等，通过改变调制波的频率和幅值则可调节逆变电路输出电压的频率和幅值.该方法的实现有以下几种方案。
1）等面积法该方案实际上就是SPWM法原理的直接阐释，用同样数量的等幅而不等宽的矩形脉冲序列代替正弦波，然后计算各脉冲的宽度和间隔，并把这些数据存于微机中，通过查表的方式生成PWM信号控制开关器件的通断，以达到预期的目的。
由于此方法是以SPWM控制的基本原理为出发点，可以准确地计算出各开关器件的通断时刻，其所得的的波形很接近正弦波，但其存在计算繁琐，数据占用内存大，不能实时控制的缺点。
2）硬件调制法硬件调制法是为解决等面积法计算繁琐的缺点而提出的，其原理就是把所希望的波形作为调制信号，把接受调制的信号作为载波，通过对载波的调制得到所期望的PWM波形。
单相正弦波脉宽调制(SPWM)逆变电路实验
电力电子技术实验报告共页第页一、实验目的(1)熟悉单相交直交变频电路原理及电路组成。
(2)掌握SPWM波产生的基理。
(3)分析交直交变频电路在不同负载时的工作情况和波形，并研究工作频率对电路工作波形的影响。
二、实验内容1.熟悉 SPWM 电路组成，掌握该电路的实验及调试方法。
2.测定与分析 SPWM 电路控制信号的各观测点输出电压波形。
3.分析电路在电阻负载时的电压与电流波形的分析,并研究工作频率对电路工作波形的影响。
4.按照 SPWM 电路实验要求搭建电路，按照实验安全要求规范操作，准确获取实验数据。
利用实验课以外的时间，借助仿真软件搭建 SPWM 电路模型，并比较实验数据与仿真结果的异同，对实验数据结果进行分析和解释。
5.掌握 SPWM 电路工作原理，学会分析和处理实验中出现的问题，提高工程实践能力。
三、实验仪器、设备和工具TKDD-2 型电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块，DX08 单相交直交变频原理，双踪示波器，万用表四、实验原理采用 SPWM 正弦波脉宽调制，通过改变调制频率，实现交直交变频的目的。
实验电路图如图 3-1 所示，由三部分组成：即主电路, 驱动电路和控制电路。
是由两片集成函数信号发生器ICL8038 为核心组成，其中一片ICL8038 产生正弦调制波 Ur，另一片用以产生三角载波 Uc，将此两路信号经比较电路 LM311 异步调制后，产生一系列等幅，不等宽的矩形波 Um，即 SPWM 波。
Um经反相器后，生成两路相位相差180 度的±PWM 波，再经触发器 CD4528延时后，得到两路相位相差 180 度并带一定死区范围的两路 SPWM1 和 SPWM2波，作为主电路中两对开关管 IGBT 的控制信号。
五、实验步骤1.控制信号的观测在主电路不接直流电源时，打开控制电源开关，并将 DX08 挂箱左侧的钮子开关拨到“测试”位置。
①观察正弦调制波信号 Ur的波形，测试其频率可调范围；②观察三角载波 Uc的波形，测试其频率；③改变正弦调制波信号 Ur的频率，再测量三角载波 Uc的频率，判断是同步调制还是异步调制；④比较“PWM+”，“PWM-” 和“SPWM1”，“SPWM2”的区别，仔细观测同一相上下两管驱动信号之间的死区延迟时间。
实验三SPWM逆变电路山东大学
实验三单相正弦波脉宽调制SPWM逆变电路实验实验者：学号：系年级：同组者：一、实验目的1.掌握电压型单相全桥逆变电路的工作原理。
2.了解正弦脉宽调制SPWM调频、调压原理。
3.分析SPWM逆变电路在不同负载时的工作情况和波形，研究工作频率对电路工作波形的影响。
二、实验内容1.控制信号观测；2.观测逆变电路输出在不同负载下的波形及参数。
三、实验设备1.电源控制屏DZ01:包括三相电源输出、交直流电压表和电流表等单元。
2.单相调压与可调负载:包括整流与滤波、单相自耦调压器等单元。
3.单相交一直一交变频原理:包括由4个IGBT管和LC滤波电路组成的主电路、驱动电路、控制电路等。
4.示波器、万用表。
四、实验步骤（一）控制信号的观测主电路不连通电源，打开控制电源开关，将控制电路面板上的开关拨至“测试”或“运行”位置。
观察正弦波信号uc 的波形，测试其频率可调范围；观察三角载波ur的波形，测试其波形；并观察uc与ur的关系。
改变正弦调制波信号的频率，在测量三角载波的频率，判断是同步调制还是异步调制。
比较“PWM+”“PWM-”和“SPWM1”“SPWM2”的区别，观测同一相上下两管驱动信号之间的死区延迟时间。
（二）带电阻及阻感负载时观测负载电压和负载电流的波形及参数将控制电路面板上的钮子开关拨至“运行”位置，将正弦波调制信号的频率调到最小。
按照主电路接线，单相自耦变压器输入测接电源线电压，输出测接整流电路，调节自耦变压器使整流电路输出电压为200V，然后将其接到单相交直交变频原理挂件上的主电路输入端。
逆变电路分别接电阻负载（灯泡）和阻感负载（挂箱上的灯泡和电感串联组成），调节正弦调制波信号uc的频率值，记录逆变器输出电压有效值和频率。
U d =200VU c频率（Hz）304050U o频率（Hz）有效值（V）电阻负载29.17Hz 118.79V 41.29Hz 114V 51.14Hz 118.02V 阻感负载29.84Hz 120.21V40.12Hz 115.5V50.05Hz 119V五、思考题1、分析电阻负载和阻感负载的实验数据和波形图从数据来看，阻感负载时的输出电压频率和有效值均与电阻负载下的输出电压频率和有效值相差不大，波形近似一致。
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电力电子课程设计报告题目无源逆变系统的实现专业班级电气工程及其自动化02 学号 1004150213 学生姓名孔令上指导教师胡为兵学院名称电气信息学院完成日期：2013年 1月目录1、设计说明 (3)1.1、设计目的及作用 (3)1.2、设计依据（技术要求） (3)1、正文 (3)2.1、主电路详细原理图 (4)2.2、主电路工作原理论述 (4)2.4.1单向全控桥式逆变电路 (4)2.3、元件参数 (5)2.4、元件选择 (6)2.5、控制保护电路详细框图 (6)2.6、控制保护原理的论述 (7)2.6.1、spwm控制原理 (7)2.6.2、过流保护设计 (8)2.6.3、过流保护论述 (9)2.6.4、过压保护设计 (9)2.6.4、过压保护论述 (10)2、小节 (10)3、参考资料 (11)1、设计说明1.1、设计目的及作用随着各行各业自动化水平及控制技术的发展和其对操作性能要求的提高，许多行业的用电设备（如通信电源、电弧焊电源、电动机变频调速器等）都不是直接使用交流电网作为电源，而是通过形式对其进行变换而得到各自所需的电能形式，它们所使用的电能大都是通过整流和逆变组合电路对原始电能进行变换后得到的。
现如今，逆变器的应用非常广泛，在已有的各种电源中，蓄电池、干电池、太阳能电池等都是直流电源，当需要这些电源向交流负载供电时，就需要逆变。
另外，交流电机调速变频器、UPS、感应加热电源等使用广泛的电力电子装置，都是以逆变电路为核心。
本文以单相DC-AC逆变器为研究对象，设计了一种基于全桥式结构的SPWM逆变器。
以stc公司的51单片机作为控制核心，根据反馈的电压或电流信号对PWM波形作出调整，进行可靠的的双闭环控制，逆变部分采用mcs-51数字化SPWM控制技术，以尽可能减少谐波。
为降低开关损耗，防止产生噪声，将开关频率设置为20KHZ。
系统具有短路保护，输入过压和过流保护功能，针对开关管，还完善了抑制浪涌电流，开断缓冲和关断缓冲等功能。
设计的硬件电路主要包括全桥式逆变主电路、控制电路、驱动电路、取样电路、保护电路等。
重点分析了SPWM控制算法，并给出了软件实现SPWM波形的过程。
采用无差拍控制和传统的PI 控制方法相结合的复合控制方法，既利用了无差拍控制的快速动态响应特性，又利用了PI控制具有强的鲁棒性，据此设计的控制器能够使逆变器的输出电压很好地跟踪正弦波，在电容性整流负载下输出电压也具有很好的正弦性，在MATLAB/SIMULINK下建立了电源系统的仿真模型，完成了控制器的参数设计，并给出电源在不同负载下和主电路滤波器参数变化下的输出电压仿真波形，证明了本方案设计的逆变器能够得到优质的正弦交流电。
1.2、设计依据（技术要求）1.直流电压为12 V。
2.要求频率可调。
3.输出为5V的正弦交流电。
4.带阻感负载。
负载中R=2 L=1mH。
5.要求输出频率范围：10HZ~100HZ。
1、正文2.1、主电路详细原理图这次设计应用的是电压型全桥逆变电路。
其主电路，即逆变部分如下图所示。
2.2、主电路工作原理论述2.4.1单向全控桥式逆变电路共四个桥臂，可看成两个半桥电路组合而成。
两对桥臂交替导通180°。
输出电压和电流波形与半桥电路形状相同，幅值高出一倍。
改变输出交流电压的有效值只能通过改变直流电压U d来实现。
阻感负载时，还可采用移相的方式来调节输出电压——移相调压。
2.3、元件参数由于系统的直流电源为d U =12v 。
故考虑短路情况，所有igbt ，二极管的正向耐压及反响耐压应该为24v 以上。
考虑到要求的输出频率在10-100hz 。
故igbt 的开关频率至少应有100hz ，并留GuG u G uG i ou o有余量。
又R=2，L=1mH，输出电压为幅值为5v的正弦，故计算得，电感L、电阻R的最大电流应该为2.5A。
2.4、元件选择项目数目参数Stc89c52单片机 1三菱CT60AM-20 IGBT 5 60A/1000VN5400 硅整流二极管 5 0V, 3A,(Ir=5uA,Vf=1V,Ifs=150A)LFV129-102U-3A 电感 2 1mh，3A，Tempcrature Risc MAX(℃) 40，17.5mm*14.5mm2 欧电阻 2总计142.5、控制保护电路详细框图本次设计的原理框图如下：2.6、控制保护原理的论述2.6.1、spwm控制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。
冲量即指窄脉冲的面积。
此定理称之为面积等效原理。
它是PWM控制技术的重要理论基础。
用PWM波代替正弦波如上图的正弦半波分成N份，就可以把正弦半波看成是由N个彼此相连的脉冲序列所组成的波形。
这些 /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脉冲宽度相等，都等于变化。
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，是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，就得到上图下半部分的脉冲序列。
这就是PWM 波形。
假如这种脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM 波形，也称SPWM 波形。
实际中应用的主要是调制法，结合IGBT 单相桥式电压型逆变电路对调制法进行说明如下。
设负载为阻感负载，工作时V 1和V 2通断互补，V 3和V 4通断也互补。
控制规律：0u 正半周，1V 通，2V 断，3V 和4V 交替通断，负载电流比电压滞后，在电压u 正半周，电流有一段为正，一段为负，负载电流为正区间，1V 和4V 导通时，0u 等于d U ，4V 关断时，负载电流通过1V 和3D V 续流，0u =0，负载电流为负区间，0i为负，实际上从1D V 和4D V 流过，仍有0u =d U ，4V 断，3V 通后，0i 从3V 和1D V 续流，0u =0，0u 总可得到d U 和零两种电平。
同样，在0u 负半周，让2V 保持通，1V 保持断，3V 和4V 交替通断，0u 可得-d U 和零两种电平。
单相桥式PWM 逆变电路2.6.2、过流保护设计过流保护不仅直接关系到IGBT 器件本身的工作特性和运行安全，而且影响到整个系统的性能和安全。
它包括短路和过流保护两种，控制回路误动作或误配线等都会造成逆变器上、下桥臂直通等短路事故。
短路电流流过逆变器的开关器件，会使元件烧坏，因此，必须在很短的时间内封锁PWM驱动信号输出，使逆变器停止工作，同时，还应使输入侧电源开关跳闸。
短路电流的整定值一般为逆变器输出额定电流的200%~300%，超过逆变器额定电流200%以上的电流应立即采取保护措施。
图1过流保护原理图2.6.3、过流保护论述过流保护电路如图1所示。
此电路是过流保护电路，其中100kΩ电阻用来限流，通过比较器LM311对电流互感器采样转化的电压进行比较，LM311的3脚接一10kΩ电位器来调比较基准电压，输出后接一100Ω的电阻限流它与后面的220µF的电容形成保护时间控制。
当电流过流时比较器输出是高电平产生保护，使SPWM不输出，控制场效应管关闭，等故障消除，比较器输出低电平，逆变器又自动恢复工作。
2.6.4、过压保护设计电网输入电压长时间过高、减速过快，引起泵升电压过高，当超过IGBT的安全工作电压时就可能造成开关器件的损坏；我国电网电压的线性度较差，在重负载时，线电压通常小于380V，而在用电低谷期时，线电压高达440V，如此大的电压变化范围，会导致直流回路过电压，同样会损坏IGBT。
故设计了这个过压保护电路电网输入电压长时间过高、减速过快，引起泵升电压过高，当超过IGBT 的安全工作电压时就可能造成开关图2过压保护电路2.6.4、过压保护论述直流电压保护信号取自主回路滤波电容器两端，经电容器分压后获得，为防止高压信号进入控制电路，采用光电耦合电路，直流电压保护动作限定在670V 以上。
正常情况下，采样电压小于给定电压，比较器输出低电平，经反向器CD4090输出高电平，指示灯不亮。
当故障发生时，采样电压经与非门CD4090输出低电平，过压指示灯LED1亮，同时，过压信号经与非门74HC30输出信号SET ，送至锁存器74HB66封锁驱动脉冲61~E E 输出。
2、 小节今天，我完成了我的电力电子课程设计，我感到收获颇多！首先，我感受到了电力电子技术确确实实是一门应用前景广泛的技术。
就比如我所做的spwm 控制的逆变电路，在电机的反馈运行上、在ups 电源上就能用到。
现代电力电子技术的重点已经是你变而不是整流了。
电力电子技术课程设计其次我学会了使用multisim、matlab等仿真软件，熟悉了电力电子器件，并在完成原件选择的时候发现，电力电子器件的选型是门很深的学问啊，若不是对电路有个系统完整的了解，是无法完成选型工作的。
最后，我深刻体会到，电力电子技术是门需要将理论和实践相结合的课程。
或许所有工科课程都是这样，理论上你也许能分析出来，而实际做产品的时候就会发现有这样那样的问题是你在纸上分析不出来的。
看来以后我一定要加大练习力度。
好好讲理论和实践想结合！3、参考资料[1] 刘风君，正弦波逆变器，科学出版社[2] 曲学基，逆变技术与应用，电子工业出版社[3] 王兆安、刘进军，电力电子技术，机械工业出版社11。