三相电压源型SPWM逆变器电路设计.doc

电力电子技术课程设计说明书 三相电压源型SPWM逆变器电路设计 专 业： 班 级： 姓 名： 学 号： 时 间： 指导老师： 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 1 设计原理 4 1.1 SPWM控制原理分析 4 1.1.1 PWM的基本原理 4 1.1.2 SPWM逆变电路及其控制方法 4 1.2 IGBT简介 5 1.3 逆变电路 6 1.4 三相电压型桥式逆变电路 7 2 设计方案 10 2.1 逆变器主电路设计 10 2.2 脉宽控制电路的设计 11 2.2.1 SG3524芯片 11 2.2.2 利用SG3524生成SPWM信号 12 2.3 驱动电路的设计 14 2.3.1 IR2110芯片 14 2.3.2 驱动电路 15 3 软件仿真 16 3.1 Matlab软件 16 3.2 模拟仿真 16 4 实验总结 20 参考文献 21 附录 22 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。 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。 1.1.2 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控制电路按照系统的工作要求形成控制信号，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机法和调制法两种，但因为计算机法过程繁琐，当需要输出的正弦波的频率、幅值或相位发生变化时，结果都要变化，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。 所为调制法，就是把希望输出的波形作为调制信号，把接收调制的信号作为载波，通过信号波的调制得到所期望的PWM波形。本次课程设计任务要求设计三相电压源型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形。 单相桥式电路既可以采取单极性调制，也可以采用双极性调制，而三相桥式PWM逆变电路，一般采用双极性控制方式。所为单极性控制方式，就是在信号波的半个周期内三角波载波只在正极性或负极性一种极性范围内变化，所得到的PWM波形也只在单个极性范围变化的控制方式，和单极性PWM控制方式相对应的是双极性控制方式。 采用双极性方式时，在的半个周期内，三角波载波不再是单极性的，而是有正有负，所得到的PWM波也是有正有负。在的一个周期内，输出的PWM波只有两种电平，而不像单极性控制时还有零电平。仍然在调制信号和载波信号的交点时刻控制各开关器件的通断。在的正负半周，对各个开关器件的控制规律相同。 1.2 IGBT简介 绝缘栅双极晶体管（IGBT）本质上是一个场效应晶体管，只是在漏极和漏区之间多了一个 P 型层。根据国际电工委员会的文件建议，其各部分名称基本沿用场效应晶体管的相应命名。 IGBT的结构剖面图如图1所示。它在结构上类似于MOSFET ，其不同点在于IGBT是在N沟道功率MOSFET 的N+基板（漏极）上增加了一个P+ 基板（IGBT 的集电极），形成PN结j1 ，并由此引出漏极、栅极和源极则完全与MOSFET相似。 图1 IGBT结构剖面图 由图可以看出