电力电子技术课程设计——三相整流电路、三相逆变电路及pwm控制的逆变电路设计

电力电子技术课程设计——三相整流电路、三相逆变电路及pwm控制的逆变电路设计内容摘要：

)(31)(31 1111 WNVNUNWNVNUNNN uuuuuuu  负载三相对称时有 0 WNVNUN uuu ， 于是。 所以1NNu也 是矩形波，其频率为1UNu的 3 倍，幅值为其 3/1 ，即 6/dU。 输出线电压有效值 UVU 为： 基波幅值 mUVU1 为： 波有效值 1UVU 为： 负载相电压 VUU dUN  基波幅值为： VUU dUV  基波有效值为： 三相逆变输出的电压与电流分析类似，负载参数已知，以U 相为例，负载的阻抗角  不一样， Ui 的波形形状和相位都有所不同，在阻感负载下 3 时， 1V 从通态转换到断态时，因负载电感中电流不能突变， 4VD 先导通续流，待负载电流降为零，4V 才开始导通。 负载阻抗角  越大， 4VD 导通时间越长。 在 1NNu 0时， 0Ui 时为 1VD 导通， 0Ui 时为 1V 导通；在 01 NNu时， 0Ui时 4VD 导通， 0Ui 时为 4V 导通。 vi 、 wi 的波形与 Ui 形状相同，相位一次相差 0120。 将三个桥臂电流相加可得到直流侧电流 di。 在上述 0180 导电方式逆变器中，我们采用“先断后通”的VUUU ddUV  )(31 1111 WNVNUNNN uuuu  方法来防止同一相上下两桥臂的开关器件同时导通而引起直流侧电压短路，使得在通断信号之间留有一个短暂的死区时间。 第四章 PWM 控制技术 PWM (Pulse Width Modulation)控制就脉宽调制技术：即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效的获得所需要的波形（含形状和幅值 )。 PWM 控制技术正是有赖于在逆变电路中的成功应用，才确定了它在电力电子技术中的重要地位。 现在使用的各种逆变电路都采用了 PWM 技术，因此，本章和第 3 章（逆变电路）相结合，才能使我们对逆变电路有完整地认识。 第一节 PWM 控制的基本原理 采样控制理论中有一个重要结论 :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 .PWM 控制技术就是以该结论为理论基础 ,对半导体开关器件的导通和关断进行控制 ,使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲 ,用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形 .按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制 ,既可改变逆变电路输出电压的大小 ,也可改变输出频率。 SPWM 是一种比较成熟的 ,目前使用较广泛的 PWM 法 .前面提到的采样控制理论中的一个重要结论 :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 .SPWM法就是以该结论为理论基础 ,用脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的 PWM波形即 SPWM波形控制逆变电路中开关器图 61 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲 d)单位脉冲函数 f ( t ) d ( t ) t O a)矩形脉冲 b)三角形脉冲 c)正弦半波脉冲 t O t O t O f ( t ) f ( t ) f ( t ) 件的通断 ,使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的面积相等。 把如图所示的正弦半波分成 N 等份，就可以把正弦半波看成是由 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 π / N，但幅值不等，且脉冲顶部不是水平直线，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的中点重合，且使矩形脉冲和相应正弦波部分面积（冲量）相等，就得到如图所示的脉冲序列。 这就是 PWM波形。 可以看 出，各脉冲的幅值相等，而宽度是按正弦规律变化的。 根据面积等效原理， PWM 波形和正弦半波是等效的。 对于正弦波的负半周，也可以用同样的方法得到 PWM 波形。 像这种脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的 PWM 波形，也称 SPWM 波形。 用 PWM 波代替正弦波 通过改变调制波的频率和幅值则可调节逆变电路输出电压的频率和幅值 .该方法的实现有以下几种方案 . 等面积法 : 用同样数量的等幅而不等宽的矩形脉冲序列代替正弦波 ,然后计算各脉冲的宽度和间隔 ,并把这些数据存于微机中 ,通过查表的方式生成 PWM 信号控制开关器 件的通断 ,以达到预期的目的 . O u ωt O u ωt 硬件调制法 : 原理就是把所希望的波形作为调制信号 ,把接受调制的信号作为载波 ,通过对载波的调制得到所期望的 PWM波形 .通常采用等腰三角波作为载波 ,当调制信号波为正弦波时 ,所得到的就是 SPWM 波形 . 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 . 规则采样法 : 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 ,这种方法称为对称规则采样 第二节 PWM 控制的逆变电路 三相桥式 PWM 型逆变电路 如图是三相桥式 PWM 逆变电路，采用双极性控制方式。 双极性 PWM 控制方式波形 U、 V 和 W 三相的 PWM 控制通常公用一个三角波载波 uc，三相的调制信号 urU、 urV 和 urW 依次相差 120176。 U、 V 和 W 各相功率开关器件的控制规律相同 ，现以 U 相为例来说明。 当 urU＞ uc 时，给上桥臂 V1以导通信号，给下桥臂 V4以关断信号，则 U 相相对于直流电源假想中点 N39。 的输出电压 uUN39。 = Ud/2。 当 urU＜ uc 时，给 V4以导通信号，给 V1以关断信号，则 uUN39。 = －Ud/2。 V1 和 V4 的驱动信号始终是互补的。 当给 V1（ V4）加导通信号时，可能是 V1（ V4）导通，也可能是二极管 VD1（ VD4）续流导通，这要由阻感负载中电流的方向来决定，这和单相桥式 PWM 逆变电路在双极性控制时的情况相同。 V 相及 W 相的控制方式都和 U相相同。 电路的波形如图所示。 可以看 出， uUN39。 、uVN39。 和 uWN39。 的 PWM 波形都只有177。 Ud/2 两种电平。 图中的线电压 uUV 的波形可由 uUN39。 － uVN39。 得出。 可以看出，当桥臂 1 和 u r u c u O w t O w t u o u of u o U d U d 6 导通时， uUV = Ud，当桥臂 3 和 4 导通时， uUV = － Ud，当桥臂 1 和 3 或桥臂 4 和 6 导通时， uUV = 0。 因此，逆变器的输出线电压 PWM 波由177。 Ud和 0 三种电平构成。 图中负载相电压 uUN可由下式求得 从波形图和上式可以看出，负载相电压的 PWM 波由（177。 2/3） Ud、（177。 1/3） Ud和 0 共五种电平组成。 从电压型逆变电路的 PWM 控制 中，同一相上下两桥臂的驱动信号都是互补的。 但实际上为了防止上下两个桥臂直通而造成短路，在上下两桥臂通断切换时要。