3kva逆变器设计_课程设计任务书(编辑修改稿)

3kva逆变器设计_课程设计任务书(编辑修改稿)内容摘要：

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。 u r u c u O w t O w t u o u of u o U d U d 武汉理工大学《电力电子 装置及系统 》课程设计说明书 7 双极性 PWM 控制方式在调制信号 ur和载波信号 uc的交点时刻控制各开关器件的通断。 在 ur 的半 个周期内，三角波载波有正有负，所得的 PWM 波也是有正有负，在 ur的一个周期内，输出的 PWM 波只有177。 Ud 两种电平。 其双极性 PWM 控制方式图如图 23所示。 图 23 双极性 PWM控制方式 采用双极性方式时，在 Ut 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 Ut的一个周期内，输出的 PWM 波只有正负 Ud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 Ut 和载波信号 Uc 的交点时刻控制各开关器件的通断。 在 Ut的正 负半周，对各个开关器件的控制规律相同。 PWM 控制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。 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u r u c u O w t O w t u o u of u o U d U d 武汉理工大学《电力电子 装置及系统 》课程设计说明书 8 广泛。 调制法 就是把希望输出的波形作为调制信号 Ut，把接收调制的信号作为载波 Uc，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。 设计思路 本次系统设计的是一个输入 220V 直流电压，输出 220V 三相交流电，容量为 3KVA的三相逆变器， 因此，先将输入直流电进行逆变，采用三相桥式 PWM型逆变电路，得到PWM 波，再通过滤波得到交流电压，最后通过三相变压器升压得到 220V 交流电压。 系统结构图如图 24： : 图 24 系统结构图 方案设计 与选择 逆变电路选择 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，应用最广的还是三相桥式逆变电路。 他可分为三相电压型逆变电路和电流型逆变电路，其中电压型的直流侧通常是并一个电容器，而电流型通常是在直流侧串一个电感。 方案一（电压型逆变）：直 流侧为电压源， 采用 并联 大电容器来缓冲无功功率，则构成电压型 逆变 器。 电压 型逆变电路输出 电压波形为矩形波 ，输出 电流波形近似正弦调制波、载波 SPWM 波 触发脉冲 AC220Vpk IGBT 三相桥式逆变电路 三相变压器 SPWM 信号发生器 DC220V AC220Vrms LC 滤波电路 驱动电路 武汉理工大学《电力电子 装置及系统 》课程设计说明书 9 波。 直流侧电 压 基本无脉动，直流回路呈现 低 阻抗 ； 交流侧输出电 压 为矩形波 ； 当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电 容 起缓冲无功能量的作用 等特点。 采用 IGBT 作为开关器件的三相电压型桥式逆变电路如图 25 所示： 图 25 三相电压型 桥式 逆变电路 电路中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 39。 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 ，同一相上下桥臂交替导通。 因为每次换流都是在上下桥臂之间进行，因此也被称为纵向换流。 方案二（电流型逆变）： 采用大 电抗器来缓冲无功功率，则构成电流源型变频器。 电流型 逆变电路 则为电流波形为矩形波电压波形为近似正弦波。 直流侧电流基本无脉动，直流回路呈现高阻抗 ； 交流侧输出电流为矩形波 ； 当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电感起缓冲无功能量的作用 ， 反馈无功能量时直流电流并不反向等特点。 采用 IGBT 作为开关器件的三相电流型桥式逆变电路如图 26 所示： 图 26 三相电流型桥式逆变电路 方案选择： 电流型逆变 直流侧 需加大 电感 ，价格 比较昂贵 ，而 电压型逆变器整流武汉理工大学《电力电子 装置及系统 》课程设计说明书 10 变频装置具有结构简单、谐波含量少、定转子功率因数可调等优异特点。 且直流侧只需并联一个电容，故选择电 压型逆变电路。 SPWM 采样方法选择 方案一 (自然采样法 )： 自 然采样法以正弦波为调制波 ， 等腰三角波为载波进行比较 ，在两个波形的自然交点时刻控制开关器件的通断 ， 这就是自然采样法。 其优点是所得SPWM 波形最接近正弦波 ， 但由于三角波与正弦波交点有任意性 ， 脉冲中心在一个周期内不等距 ， 从而脉宽表达式是一个超越方程 ， 计算繁琐 ， 难以实时控制。 方案二 (规则采样法 ): 规则 采样法 如图 27， 规则采样法一般采用三角波作为载波 ，其原理就是用三角波对正弦波进行采样得到阶梯波 ， 再以阶梯波与三角波的交点时刻控制开关器件的通断 ， 从而实现 SPWM 法。 当三角波只在其顶点 (或底点 )位置对正弦波进行采样时 ， 由阶梯波与三角波的交点所确定的脉宽 ， 在一个载波周期 (即采样周期 )内的位置是对称的。 图 27 规则采样法 方案选择： 规则采样法是对自然采样法的改进 ,其主要优点就是是计算简单 ， 便于在线实时运算 ，尤其是利用软件生成 SPWM 系统。 其中非对称规则采样法因阶数多而更接近正弦 ， 故选择 规则采样法。 ucuO turTcA DBO tuotAtDtB  39。  39。 22 武汉理工大学《电力电子 装置及系统 》课程设计说明书 11 3 部分电路设计 IGBT 三相桥式逆变 电路 图 31是 三相 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 CU 是共用的，分别与每相参考电压比较后，给出 “ 正 ” 或 “ 零 ” 的饱和输出，产生 SPWM 脉 冲序列 波。 该电路采用双极性控制方式， U、 V和 W三相的 PWM 控制通常公用一个三角载波 cu ，三相的调制信号 rUu 、 rVu 和 rWu 依 次相差 120 度。 当 2RU UN dU U U  时，给 V4导通信号，给 V1关断信号 2UN dUU ，给 V V4 加导通信号时，可能是 V V4 导通，也可能是 VD VD4 导通。 dU 和39。 WNU的 PWM 波形只有 /2dU 两种电平。 当 cRUUU 时，给 V1 导通信号，给 V4 关断信号， 39。 /2UN dUU。 uvU 的波形可由 39。 VN39。 UNUU 得出，当 1和 6 通时。