电力电子课程设计电压型spwm逆变器的设计.doc

课程设计基本要求 课程设计是工科学生十分重要的实践教学环节，通过课程设计，培养学生综合运用先修课程的理论知识和专业技能，解决工程领域某一方面实际问题的能力。课程设计报告是科学论文写作的基础可以培养和训练学生的逻辑归纳能力、综合分析能力和文字表达能力报告报告报告报告报告报告报告一、课程设计项目名称 电压型SPWM逆变器的设计 二、项目设计目的及技术要求 设计目的 设计单相或三相电压源型SPWM逆变器的主电路及其控制电路。 技术要求及初始条件： 采用单相或者三相电压源型SPWM逆变器。要求频率f＝50Hz，相电 220V ，电流20A。 设计任务: 1. SPWM逆变器主电路设计（包括电路结构形式，全控型器件的选择）。 2. 脉宽调制器设计（如3524集成PWM控制器）。 3.控制驱动电路设计（如IR2110集成PWM驱动器）。 4. SPWM控制原理分析 5.提供电路图纸一张。 设计要求: 1．对系统设计方案的先进性、实用性和可行性进行论证，说明系统工作原理。 2. 画出单元电路图，说明工作原理，给出系统参数计算过程。 3. 对项目设计结果进行分析。 3. 画出整体电路原理图，图纸、元器件符号及文字符号符合国家标准。 4.课程设计说明书应严格按统一格式打印，资料齐全，坚决杜绝抄袭，雷同现象。三、项目设计方案论证(可行性方案、最佳方案、软件程序、硬件电路原理图和PCB图 ) 1. PWM控制的基本原理 在采样控制理论中有一个重要的结论：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。冲量即窄脉冲的面积。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。例如图1-1a、b、c所示的三个窄脉冲形状不同，其中图1-1a为矩形脉冲，图1-1b为三角形脉冲，图1-1c为正弦波脉冲，但它们的面积（即冲量）都等于1，那么，当它们分别加在具有惯性的同一环节上时，其输出响应基本相同。当窄脉冲变为图1-1d的单位脉冲函数ξ(t)时,环节的响应即为该环节的脉冲过渡函数。 图1-1　形状不同而冲量相同的各种窄脉冲 图1-2a的电路是一个具体的例子。图中e(t)为电压窄脉冲，其形状和面积分别如图1-1a、b、c、d所示，为电路的输入。该输入加在可以看成惯性环节的R-L电路上，设其电流i(t)为电路的输出。图1-2b给出了不同窄脉冲时i(t)的响应波形。从波形可以看出，在i(t)的上升段，脉冲形状不同时i(t)的形状也略有不同，但其下降段则几乎完全相同。脉冲越窄，各i(t)波形的差异也越小。如果周期性地施加上述脉冲，则响应i(t)也是周期性的。 图1-2　冲量相同的各种窄脉冲的响应波形 上述原理可以称之为面积等效原理，它是PWM控制技术的重要理论基础。 2. SPWM控制技术 下面分析如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦波。 把图2-a的正弦波分成N等分，就可以把正弦波看成是由N个彼此相连的脉冲序列所组成的波形。这些脉冲宽度相等，都等于，但幅值不等，且脉冲顶部不是水平直线，而是曲线，各脉冲的幅值按正弦规律变化。如果把上述脉冲序列利用相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点重合，且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积相等，就得到图2-b所示的序列脉冲。 详细的分析结论是：对开关器件的通、断状态进行实时、适式的控制，使多脉波的矩形脉冲电压宽度按正弦规律变化时，通过傅里叶分析可以得知，输出电压中除基波外仅含有与开关频率倍数相对应的某些高次谐波而消除了许多低次谐波，开关频率（输出电压频率）越高，脉波数越多，就能消除更多的低次谐波，使逆变电路的输出电压更近似于连续的正弦波。 如果按同一比例的正弦规律改变图2-b中所有矩形脉波的宽度，则可以成比例地调控输出电压中的基波电压数值。这种控制逆变器输出电压大小及波形的方法被称为正弦脉宽调制SPWM。 图2　用PWM波代替正弦半波 3. SPWM逆变电路及其控制方法 PWM控制技术在逆变电路中的应用十分广泛，目前中小功率的逆变电路几乎采用了PWM技术。如果给出了逆变电路的正弦波输出频率、幅值和半个周期内的脉冲数，PWM波形中各脉冲的宽度和间隔就可以准确计算出来。按照计算结果控制逆变电路中各开关器件的通断，就可以得到所需要的PWM波形。这种方法称之为计算法。 与计算法相对应的是调制法，即把希望输出的波形作为调制信号，把接受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。通常采用等要三角波作为载波，因为等腰三角波上任一点的水平宽度和高度成线性关系且左右对称，当它与任何一个平缓变化的调制信号波相交时，如果在交点时刻对电路中开关器件的通断进行控制，就可以得到宽度正比于信号波幅值的脉冲，这正好符合PWM控制的要求。 4. 方案选择 4.1选