中国石油大学电力电子技术设计论文基于PWM波的交-直-交变频电路的设计

得分：

《电力电子技术大作业》

作业题目：基于PWM波的交-直-交变频电路的设计

姓名：***

班级：电气1204

学号：********

同组人：刘心

王友琳

中国石油大学（华东）

日期：2014年12月13日

摘要

本文总体概括地分析了交直交型变频电路的结构和各部分的作用。重点分析了电容滤波的三相不可控桥式整流电路的工作状态、三相桥式PWM逆变电路以及滤波电路。在分析工作状态时, 给出了不同工作状态下负载相电压和负载线电压的大小,并详细地分析了整流、逆变过程以及如何调节PWM来实现变频的效果。

关键词：交直交型变频器;三相不可控桥式整流电路; PWM控制三相桥式逆变电路

Abstract

This thesis analyzes circuit structure of AC DC AC frequency converter in voltage type and function of each part briefly．Focuses on the working conditions of three-phase bridge rectifier circuit capacitor filter, three-phase bridge PWM inverter circuit and Y / Y-type rectifier circuit．While the analytical work, under different conditions is given the size of the load phase voltage and load line voltage，And detailed analysis of rectifier, the inversion process．

Keywords: AC-DC-AC frequency converter; rectifier inverter; stable working state

目录

第1章引言 (2)

第2章交直交变频器电路图及工作原理 (2)

2.1电路图以及对应的波形仿真图 (2)

2.11整流部分 (2)

2.12逆变部分 (3)

2.13滤波部分 (4)

2.14总体电路图 (5)

2.2工作原理 (5)

2.21整流环节 (6)

2.22逆变环节 (6)

2.23滤波环节 (7)

第3章变频器参数选择 (7)

3.1整流部分 (7)

3.2逆变部分 (7)

第4章变频器的应用 (7)

第5章未来的发展趋势 (10)

第6章对整个电路的评价 (11)

第7章感悟收获与总结 (11)

参考文献 (12)

第1章引言

变频技术是集自动控制、微电子、电力电子、通信等技术于一体的高科技技术。变频器以其具有调速、节电、节能、可靠、高效的特性广泛应用于各个领域中：直流输电、不同频率电网系统的连接、静止无功功率补偿和谐波吸收、超导电抗器的电力储存、高频输电；在运输及产业行业中的交流电动机调速、超导悬磁浮列车、高速铁路、电动汽车、产业用机器人；在家用电器方面有变频空调、变频洗衣机、变频电动自行车等；军事方面有通信、导航、雷达、宇宙设备的小型轻量化电源等；石油行业已实现了采油的调速、超声波驱动等。PWM控制技术是一种十分有效的调节技术，其广泛应用于逆变电路中，也正因于此，PWM技术才发展成为一种成熟的广泛应用的技术，其在电力电子技术中占有十分重要的作用。本文详细地讨论了PWM在逆变调速中的应用。

第2章交直交变频器电路图及工作原理

2.1电路图以及对应的波形仿真图

2.11整流滤波部分

图一整流电路图

图二整流电路仿真波形

2.12逆变部分

图三逆变电路图

图四逆变电路仿真波形

2.13滤波部分

图五滤波电路图

图六滤波电路仿真波形

2.14总体电路图

图七总体电路图

图八总体仿真波形

2.2工作原理

在实际生活中使用的交流供电电源，无论是用于家庭还是用于工厂，其电压和频率均为200 V/60 Hz（50 Hz）或100 V/60 Hz（50 Hz）等。通常，把电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。交-直-交型变频器的工作原理是借助微电子器件、电力电子器件和控制技术，先将工频电源经过三相不可控整流桥电路整流成直流电，再由电力电子器件把直流电逆变为频率可调的交流电源，最后经滤波电路滤去谐波得到正弦波。变频器由整流器、逆变器和滤波电路三部分组成

1。各部分的功能如下：整流器是把三相(或单相)交流电源通过三相不可控整流桥电路整流成直流电。在SPWM变频器中，大多采用全波整流电路。大多数中、小容量的变频器中，整流器件采用不可控的整流二极管或者二极管模块；逆变器的作用与整流器相反，是将直流电逆变为电压和频率可变的交流电，以实现交流电机变频调速。逆变电路由开关器件构成，大多采用桥式电路，常称逆变桥。在SPWM变频器中，开关器件接受控制电路中SPWM调制信号的控制，将直流电逆变成三相交流电；滤波电路可滤去整流输出电压中的纹波，一般由电抗元件组成，即在负载电阻两端并联电容器C，或与负载串联电感器L，以及由电容，电感组成而成的各种复式滤波电路，可以尽可能减小脉动的直流电压中的交流成分，保留其直流成分，使输出电压纹波系数降低，波形变得比较平滑接近正弦波。2除此之外，可外加控制电路，这部分电路由运算电路、检测电路、驱动电路、保护电路等组成，一般均采用大规模集成电路。

2.21整流环节

由6 个二极管构成三相不可控桥式整流电路,采用自然换相。这6 个二极管的导通顺序是(V D 1,V D 2)→ (V D 2,V D 3) → (V D3,V D 4) → (V D 4,V D 5) →(V D5,V D 6) → (V D 6,V D 1)。整流电路的作用是: 将生活中常用的三相交流电整流成直流电U d , 由于本电路是三相不可控整流，经过电容滤波作用，得到与变压器原边具有一定函数关系的直流电。两者的关系用公式表示三相桥式不可控整流电路接电容滤波型负载:U d ≈ 2.34U2。3

2.22逆变环节

本文介绍的交直交变频器采用三相桥式ＰＷＭ逆变电路。SPWM的概念是, 在进行脉宽调制时, 使脉冲系列的占空比按正弦规律来安排, 当正弦值为最大值时, 脉冲的宽

度也最大, 而脉冲间的间隔则最小, 反之, 当正弦值较小时, 脉冲的宽度也小, 而脉

冲间的间隔则较大, 这样的电压脉冲系列可以使负载电流中的高次谐波成分大为减小, 称为正弦波脉宽调制。首先, 介绍波调制原理以正弦波作为逆变器输出的期望波形, 以频率比期望波高得多的等腰三角波作为载波并用频率和期望波相同的正弦波作为调制波，当调制波与载波相交时, 由它们的交点确定逆变器开关器件的通断时刻, 从而获得在正弦调制波的半个周期内呈两边窄中间宽的一系列等幅不等宽的矩形波。

按照波形面积相等的原则, 每一个矩形波的面积与相应位置的正弦波面积相等,

因而这个序列的矩形波与期望的正弦波等效。这种调制方法作正弦波脉宽调制，这种序列的矩形波称作SPWM波。如果在正弦调制波的半个周期内, 三角载波只在正或负的一种极性范围内变化, 所得到的PWM波也只处于一个极性的范围内, 叫做单级性控制方式。单极性调制的工作特点每半个周期内逆变桥同一桥臂的两个逆变器件中, 只有一个器件按脉冲系列的规律时通时断地工作, 另一个完全截止而在另半个周期内, 两个器

1参考文献【7】

2参考文献【4】