三相方波逆变电路的设计.doc

目 录 1 引言 1 1.1设计要求 1 1.2逆变的概念 1 1.3三相逆变 2 2 三相电压源型SPWM逆变器 2 2.1 PWM的基本原理 2 2.2 SPWM逆变电路及其控制方法 2 2.3 三相方波逆变器 3 2.3 三相PWM逆变器提高直流电压利用率的方法 3 2.4 三相PWM逆变器提高直流电压利用率的方法 3 3 逆变器主电路设计 5 4软件仿真 6 4.1 Matlab软件 6 4.2 建模仿真 7 5 总结 12 参考文献 13 1 引言 1.1设计要求 本次课程设计题目要求为三相方波逆变电路的设计。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。完成三相方波逆变电路的仿真，开关管选IGBT，直流电压为530V，阻感负载，负载有功功率1KW，感性无功功率为100Var。 1.2逆变的概念 逆变即直流电变成交流电，与整流相对应。 电力系统中， 将电网交流电通 过整流技术变成直流电， 然后通过逆变技术， 将直流变成 高频交流， 再通过高频变压器降压， 就达到缩小变压器体 积和提高供电质量的目的了。 1.3三相逆变 三相逆变技术广泛应用于交流传动、无功补偿等领 域。在三相PWM 交流伺服系统中，一般采用三个桥臂的结构，即逆变桥主电路有6 个功率开关器件（功率MOSFET 或IGBT）构成，若每个开关器件都用一个单独的驱动 电路驱动， 则需6 个驱动电路，至少要配备4 个相互独立 的直流电源为其供电，使得系统硬件结构复杂，可靠性下降，且调试困难，设计成本偏高。 2 三相电压源型SPWM逆变器 2.1 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。 2.2 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。 所谓调制法，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。 2.3 三相方波逆变器 电路结构相同，只是控制方式不同。每一开关元件在输出电压的一个周期中闭合180o (占空比为0.5),因此，在任何时间，总有三个开关元件闭合。 幅值关系： 直流电压利用率： 2.3 三相PWM逆变器提高直流电压利用率的方法 2.3.1梯形波调制 采用梯形波作为调制信号，可有效提高直流电压利用率；当梯形波幅值和三角波幅值相等时，梯形波所含的正弦基波分量幅值已经超过三角波幅值。 采用这种调制方式时，决定功率开关器件通断的方法和用正弦波作为调制信号时完全相同。 2.4 三相PWM逆变器提高直流电压利用率的方法 梯形波的形状用三角化率s =Ut/Uto描述，Ut为以横轴为底时梯形波的高，Uto为以横轴为底边把梯形两腰延长后相交所形成的三角形的高；s =0时梯形波变为矩形波，s =1时梯形波变为三角波；梯形波含低次谐波，故调制后的PWM波含同样的低次谐波（3，5，7…）,但线压中3及其倍数次谐波不存在。 图2-1：梯形波为调制信号的PWM控制 图2-2 180°导电型三相方波逆变器输出电压波形 图2-3 120°导电型三相方波逆变器输出电压波形 3 逆变器主电路设计 图3-1是SPWM逆变器的主电路设计图。图中Vl—V6是逆变器的六个功率开关器件，各由一个续流二极管反并联，整个逆变器由恒值直流电压U供电。一组三相对称的正弦参考电压信号由参考信号发生器提供，其频率决定逆变器输出的基波频率，应在所要求的输出频率范围内可调。参考信号的幅值也可在一定范围内变化，决定输出电压的大小。三角载波信号是共用的，分别与每相参考电压比较后，给出“正”或“零”的饱