三相恒压恒频桥式逆变器设计

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1、摘要由于电力电子学和微电子技术的发展，使变频调速技术近年来获得了飞速的发展，各种变频调速控制方式、PWM脉宽调制技术以及MCU微处理器和以大规模集成电路为基础的全数字化控制技术等均在变频调速中获得了成功应用。在电力电子技术中，PWM（PulseWidthModulation）控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术。即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。SPWM正弦脉宽调制法这项技术的特点是原理简单，通用性强，具有开关频率固定，控制和调节性能好，能消除谐波使输出电压只含有固定频率的高次谐波分量，设计简单等一系列优点，是一种比较好的波形改善法。它的出现为中小型逆变器

2、的发展起了重要的推动作用。SPWM技术成为目前应用最为广泛的逆变用PWM技术。而这次课程设计的主要目的就是设计1KW三相恒压恒频桥式逆变器，通过运用了Matlab/Simulink和AutoCAD软件对电力系统模块进行分析、设计和计算。关键词：SPWM三相逆变器波形16三相恒压恒频桥式逆变器设计1PWM技术简介PWM又称脉冲宽度调制，控制方式就是对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不等的脉冲。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，也可改变逆变输出频率。PWM控制——脉冲宽度调制技术，通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波

3、形（含形状和幅值）理论基础: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。冲量指窄脉冲的面积。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f(t)d(t)tOabcdtOtOtOf(t)f(t)f(t)图1形状不同而冲量相同的各种窄脉冲PWM波形可等效的各种波形，例如：直流斩波电路可以等效直流波形；PWM波可以等效正弦波形；还可以等效成其他所需波形，如等效所需非正弦交流波形等，其基本原理和SPWM控制相同，也基于等效面积原理。用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波的方法：⑴正弦半波N等分，可看成N个彼此相连的脉冲序列，宽度相等，但幅值不等；⑵用矩形脉冲代替，等

4、幅，不等宽，中点重合，面积（冲量）相等。这样就可得到PWM波形。由上方法可知各脉冲的幅值相等，而宽度按正弦规律变化。对于正弦波的负半周，也可用同样的方法得到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。要改变等效输出正弦波幅值时，只要按照同一比例系数改变上述各脉冲的宽度即可。2SPWM调制算法2.1自然采样法16按照SPWM控制的基本原理，在正弦波与三角波的交点进行脉冲宽度和间隙的采样，去生成SPWM波形，成为自然采样法。如图2所示图2自然采样法原理图2.2规则采样法为使采样法的效果既接近自然采样法，没有过多的复杂运算，又提出了规则采样法。其出发点是设

5、法使SPWM波形的每个脉冲都与三角波中心线对称。这样，图3中的法。计算就大大简化了。图3规则采样法原理图2.3双极性正弦波等面积法正弦波等面积算法的基本原理为:将一个正弦波等分成H个区段，区段数一定是6的整数倍，因为三相正弦波，各项相位互差，要从一相正弦波方便地得到其他两相，必须把一个周期分成6的整数倍。16越大，输出波形越接近正弦波。在每一个区段，等分成若干个等宽脉冲(N)，使这N个等宽脉冲面积等于这一区段正弦波面积。采用这种方法既可以提高开关频率，改善波形，又可以减少计算新脉冲的数量，节省计算机计算时间。正弦波面积为：输出频率与区段数，每个区段脉冲数及脉冲周期之间的关系：。3SPWM逆变电

6、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

7、的调制得到所期望的PWM波形。本次课程设计任务要求设计SPWM三相逆变电路，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。（1）如果在正弦调制波的半个周期内，三角载波只在正或负的一种极性范围内变化，所得到的SPWM波也只处于一个极性的范围内，叫做单极性控制方