电力电子—三相PWM逆变器

电力电子技术课程设计

题目三相桥PWM逆变器的设计

院系信息工程学院

班级11自动化x班

学号x

学生姓名高xx

指导教师邓文浪

完成时间x

目录

1 内容摘要 (3)

2 设计内容及要求 (4)

3 设计原理及分析 (5)

4 单元电路设计 (10)

4.1主电路 (10)

4.2控制电路 (13)

4.3滤波电路 (15)

4.4系统整体布局 (16)

5 仿真电路的调试与分析 (16)

5.1仿真电路调试过程 (16)

5.2仿真电路调试结果 (17)

6 设计电路总结与改进 (19)

7 参考文献 (20)

摘要

随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，PWM技术得到了迅速发展，SPWM正弦脉宽调制法这项技术的特点是原理简单，通用性强，具有开关频率固定，控制和调节性能好，能消除谐波使输出电压只含有固定频率的高次谐波分量，设计简单等一系列优点，是一种比较好的波形改善法。它的出现为中小型逆变器的发展起了重要的推动作用。SPWM技术成为目前应用最为广泛的逆变用PWM技术。因此，研究SPWM逆变器的基本工作原理和作用特性意义十分重大。

本文通过对逆变器的概念、设计技术、分类等方面的介绍，简要描述了三相无源电压型逆变器的构建方式及其内部结构。同时，也简要介绍了正弦脉宽调制技术。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。

通过应用Matlab软件，构建了一个使用无源型三相逆变电路供电的系统，并进行了仿真。在对获得的仿真波形分析中，定性地讨论了逆变器的两个主要参数——载波频率和输出电压频率以及不同负载对系统仿真结果的影响。获得以下结论：

(一)在电压输出频率一定的情况下，载波频率的大小决定了每个周期内

的仿正弦脉冲个数，既决定了正弦波形的仿制质量。

(二)负载的感性功率对于正弦电压的仿制并无太大影响。

关键词：三相逆变器正弦脉宽调制(SPWM)技术 MATLAB仿真

2 设计内容及要求

2.1设计背景及内容

三相逆变电路，是将直流电转换为频率相同、振幅相等、相位依次互差为120°交流电的一种逆变网络。

日常生活中使用的电源大都为单相交流电，而在工业生产中，由于诸多电力能量特殊要求的电气设备均需要使用三相交流电，例如三相电动机。随着科技的日新月异，很多设备业已小型化，许多原来工厂中使用的大型三相电气设备都被改进为体积小、耗能低且便于携带的小型设备。尽管这些设备外形发生了很大的变化，其使用的电源类型——三相交流电却始终无法被取代。在一些条件苛刻的环境下，电力的储能形式可能只有直流电，如若在这样的环境下使用三相交流电设备，就要求将直流电转变为特定要求的三相交流电以供使用。这就催生了三相逆变器的产生。

2.2 设计任务及要求

对三相桥式PWM逆变电路的主电路及控制电路进行设计，参数要求如下：直流电压为100 V。三相阻感负载，负载中R=2 ,L=1mH，要求频率范围：10Hz~100Hz。

设计要求：

1.理论设计：了解掌握三相桥式PWM逆变电路的工作原理，设计三相桥式PWM逆变电路的主电路和控制电路。包括：

IGBT电流，电压额定的选择

驱动保护电路的设计

画出完整的主电路原理图和控制原理图

2.仿真试验：利用MA TLAB仿真软件对三相桥式PWM逆变电路的主电路及控制电路进行仿真建模，并进行仿真试验。

2.3 设计目的

（1）掌握PWM逆变电路的工作原理。

（2）综合运用所学知识，进行三相桥式PWM逆变电路和系统的设计。

（3）熟悉三相桥式PWM逆变电路的电路拓扑、控制方法。

（4）掌握三相桥式PWM 逆变电路及系统主电路、控制电路和保护电路的设计方法。

（5）学会用仿真软件对设计的原理图进行仿真。

（6）培养一定的电力电子电路及系统实验和调试的能力。

3 设计原理及分析

3.1设计原理

3.1.1 PWM （脉冲宽度调制）的原理

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。

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。冲量指窄脉冲的面积。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

PWM 波形可等效的各种波形，例如：直流斩波电路可以等效直流波形；PWM 波可以等效正弦波形；还可以等效成其他所需波形，如等效所需非正弦交流波形等，其基本原理和SPWM 控制相同，也基于等效面积原理 。

用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波的方法：⑴正弦半波N 等分，可看成N 个彼此相连的脉冲序列，宽度相等，但幅值不等；⑵用矩形脉冲代替，等幅，不等宽，中点重合，面积（冲量）相等。这样就可得到PWM 波形。由上方法可知各脉冲的幅值相等，而宽度按正弦规律变化 。对于正弦波的负半周，也可用同样的方法得到PWM 波形。像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。

要改变等效输出正弦波幅值时，只要按照同一比例系数改变上述各脉冲的宽度即可。

f ( t ) δ

( t )

t

O

图 3.1.1形状不同而冲量相同的各种窄脉

a b c d

t O

t O

t O

f

( t ) f ( t ) f ( t )