三相电压源型SPWM逆变器的设计资料

三相电压源型S P W M 逆变器的设计

2011~2012学年第 2 学期

《电力电子技术》

课程设计报告

题目：三相电压源型SPWM逆变器的设计专业：电气工程及其自动化

班级： 09 电气工程及其自动化

姓名：

指导教师：

电气工程系

2012年5月12日

任务书

目录

摘要................................................................................................ 错误!未定义书签。

1 设计原理 (2)

1.1 SPWM控制基本原理 (2)

1.2逆变电路 (2)

1.3三相电压型桥式逆变电路 (3)

2 设计方案 (5)

2.1 逆变器主电路设计 (5)

2.2 脉宽控制电路的设计 (6)

2.2.1 SG3524芯片 (6)

2.2.2 利用SG3524生成SPWM信号 (7)

2.3 驱动电路的设计 (9)

2.3.1 IR2110芯片 (9)

2.3.2 驱动电路 (9)

3 软件仿真 (10)

3.1 Matlab软件 (10)

3.2 建模仿真 (11)

4 心得体会 (12)

参考文献 (15)

附录 (16)

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Protel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

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

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。

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逆变电路

逆变电路的作用是将直流电压转换成梯形脉冲波，经低通滤波器滤波后，从而使负载上得到的实际电压为正弦波，逆变电路是由4个IGBT管（VT1、VT2、VT3、VT4）组成的全桥式逆变电路组成，如图1所示。

图1 逆变电路

当交流侧接在电网上，即交流侧接有电源时，称为有源逆变；当交流侧直接和负载连接时，称为无源逆变。此外，逆变电路根据直流侧电源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。本次课程设计任务要求为电压型逆变电路的设计。 1.3三相电压型桥式逆变电路

用三个单相逆变电路可以组合成一个三相逆变电路。但在三相逆变电路中，应用最为广泛的还是三相桥式逆变电路。采用IGBT 作为开关器件的三相电压型桥式逆变电路如图2所示，可以看成是由三个半桥逆变电路组成。

图2 三相电压型桥式逆变电路

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'N 。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。

以下分析三相电压型桥式逆变电路的工作波形。对于U 相输出来说，当桥臂1导通时，2UN d u U '=，当桥臂4导通时，2UN d u U '=-。因此，'UN u 的波形是幅值为/2d U 的矩形波。V 、W 两相的情况和U 相类似，'VN u 、'WN u 的波形形状和'UN u 相同，只是相位依次差120°。负载线电压可由下式求出：

⎪⎭

⎪

⎬⎫

-=-=-= UN'WN'WU WN'VN'VW VN'UN'UV u u u u u u u u u

设负载中点N 与直流电源假想中点'N 之间的电压为NN u '，则负载各相的相电压分别为：

⎪⎭

⎪

⎬⎫

-=-=-=' NN WN'WN NN' VN'VN NN' UN'UN u u u u u u u u u

下面对三相桥式逆变电路的输出电压进行定量分析。把输出线电压 展开成傅里叶级数得：

111

(sin sin 5sin 7sin11......)5711

d

UV u t t t t ωωωωπ

=

--+

1sin (1)sin k

n t n t n ωω⎤=

+-⎥⎣⎦

∑ 式中，61n k =±，k 为自然数。 输出线电压有效值UV U 为

O

O O

O

O O

O

O

U VN u 'WN u '

UV

u NN u 'UN

u U i d

i UN u '