电力电子课程设计

课程设计报告

目录一．基本现状及意义

1.1国内外的研究现状和发展趋势：

1.2三相逆变器研究设计的意义：二．任务书要求

2.1、设计目的：

2.2、设计任务：

三．基本原理

3.1.三相电压型逆变电路工作原理

3.2.控制电路的设计

四．系统硬件设计

4.1系统总体介绍

4.2系统参数计算

五．仿真电路

六．仿真波形分析

七．实验总结

一．基本现状及意义

1.1国内外的研究现状和发展趋势

逆变技术的发展可以分为如下两个阶段：

1956-1980年为传统发展阶段，这个阶段的特点是，开关器件以低速器件为主，逆变器的开关频率较低，波形改善以多重叠加法为主，体积重量较大，逆变效率低。

1980年到现在为高频化新技术阶段，开关器件以高速器件为主，逆变器开关频率高，波形改善以脉宽调制为主，体积重量小，逆变效率高。

在PWM逆变器中，为了减小其体积重量，提高其功率密度，高频化是主要发展方向之一，但高频化也存在一些问题，如增加开关损耗和电磁干扰。为此提出两个解决办法，一是提高开关器件的速度，二是使逆变开关工作在软开关状态。20世纪80年代初，美国弗吉尼亚电力电子技术中心提出了准谐振变换技术，使软开关与PWM技术的结合成为可能。它的研究对于逆变器性能的提高和进一步推广应用，以及电力电子学技术的发展，都有十分重要的意义，是当前逆变器的发展方向之一。

高频软开关逆变技术产生的背景是为了克服传统逆变器的输出波形差，开关应力和EMI较大的缺点。在相同背景下，D.A.Nabae于1981年提出了多电平逆变技术，成为当前高压大功率逆变器的发展方向。它通过主电路改进，使所有逆变开关都工作在基频或低频，以达到减小开关应力，改善输出电压或电流波形的目的。

总之，逆变技术的发展是在提高波形质量的背景下，随着电力电子技术、微电子技术和现代控制理论的发展而发展，进入二十一世纪，逆变技术正朝着高功率密度、高变换效率、高可靠性、无污染、智能化和集成化的方向发展。

1.2三相逆变器研究设计的意义

（1）促进新能源的开发和利用

随着电力电子技术的迅猛发展，逆变技术广泛应用于航空、航天、航海等国防领域和电力系统，交通运输、邮电通信、工业控制等民用领域。特别是随着石油、煤和天然气等主要能源日益紧张，新能源的开发和利用越来越受到人们的重

视。利用新能源的关键技术----逆变技术，能将蓄电池、太阳能电池和燃料电池等其他新能源转化的直流电能变换成交流电能与电网并网发电。因此，逆变技术在新能源的开发和利用领域有着至关重要的地位。

（2）提高供电质量

国民经济的高速发展和国内外能源供应日益紧张，电能的开发和利用显得更为重要。目前，国内外都在大力开发新能源，如太阳能发电、风力发电、潮汐发电等。一般情况下，这些新型发电装置输出不稳定的直流电，不能直接供给需要交流电的用户使用。为此，需要将直流电变换成交流电，需要时可并入市电电网。这种DC-AC变换需要逆变技术来完成。

用电设备对市电电网造成严重的污染，反过来，被污染的市电电网也会使用电设备工作不正常，用电设备之间通过市电电网相互干扰。为解决此问题，必须提高市电电网的供电质量，以逆变技术为基础的电力有源滤波器和电能质量综合补偿器可以净化市电电网，使其为用电设备提供高质量电能。

逆变器是一种重要的DC/AC变换装置，而衡量其性能的一个重要指标就是输出电压波形质量，通过本项目的研究与实践，研究逆变器波形产生的方法、调制规律、以及其波形的评价指标，寻求高质量的脉宽波形的获得方法，对所学知识进行纵深挖掘，加深相关知识的理解。

二．任务书要求

2.1、设计目的：

图1出了三相逆变器主电路，通过本课题的分析设计，可以加深学生对三相逆变电路的认识和理解。要求学生掌握三相逆变电路基本工作原理，功率器件、LC滤波器的参数设计并学会分析该电路的各种工作模态，要求学生熟悉三相逆变器的SPWM调制方案，并且学会用模拟电路或单片机实现三相逆变器的驱动信号的输出，熟悉桥式逆变器的驱动电路，建立硬件电路并进行开关调试。

输入：220V DC，输出：100Vac/1.67A

2.2、设计任务：

1、给出符合输入输出要求的电路方案，给出各个模块的基本框图，并能设计其主要参数；

2、根据输入输出的参数指标，计算功率电路中半导体器件电压电流等级，并给出所选器件的型号，设计变换器的脉冲变压器及滤波电容。

3、给出控制电路的设计方案，能够输出频率和占空比可调的脉冲源。

4、应用protel软件作出线路图，建立硬件电路并调试。

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图1三相逆变器主电路

三．基本原理

3.1三相电压型逆变电路工作原理

逆变电路根据直流侧电源的性质的不同可分为两种：直流侧是电压源的称为

电压型逆变电路；直流侧是电流源的称为电流型逆变电路。在本文中，

我们主要讨论三相电压型逆变电路的基本构成、工作原理和特性，图3.1为其电路。

3.1三相电压型逆变电路

下面，我们讨论一下三相全桥电压型逆变电路。

在图3.1 所示电路中，电路的直流侧通常只有一个电容器就可以了，但为了方便分析，画作串联的两个电容器并标出假想中点。和单相半桥、全桥逆变电

路相同，三相电压型桥式逆变电路的基本工作方式也是180°导电方式，即每个桥臂的导电角度为180°，同一相（即同一半桥）上下两个臂交替导电，各相开始导电的角度以此相差120°。这样，在任一瞬间，将有三个桥臂同时导通。可能是上面一个臂下面两个臂，也可能是上面两个臂下面一个臂同时导通。因为每次换流都是在同一相上下两个桥臂之间进行，因此也被称为纵向换流。

3.2控制电路的设计

3.2.1 SPWM控制的基本原理

如图3.3（a）所示，我们将一个正弦波半波电压分成N等分，并把正弦曲线每一等份所包围的面积都用一个与其面积相等的等幅矩形脉冲来代替，且矩形

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