《无源三相PWM逆变器控制电路设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《无源三相PWM逆变器控制电路设计（25页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、目录第一章：课程设计的目的及要求 2第二章 整流电路 5第三章 逆变电路 9第四章 PWM 逆变电路的工作原理 11第五章 三相正弦交流电源发生器 14第六章 三角波发生器 15第七章 比较电路 16第八章 死区生成电路 18第九章 驱动电路 20附录参考文献课程设计的心得体会第一章：课程设计的目的及要求一、课程设计的目的通过电力电子计术的课程设计达到以下几个目的：1、培养学生文献检索的能力，特别是如何利用 Internet 检索需要的文献资料。2、培养学生综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。3、培养学生运用知识的能力和工程设计的能力。4、培养学生运用仿真工具的能力和方法。5、提高学生课程
2、设计报告撰写水平。二、课程设计的要求1. 自立题目题目：无源三相 PWM 逆变器控制电路设计注意事项：学生也可以选择规定题目方向外的其它电力电子装置设计，如开关电源、镇流器、UPS 电源等， 通过图书馆和 Internet 广泛检索和阅读自己要设计的题目方向的文献资料，确定适应自己的课程设计方案。首先要明确自己课程设计的设计内容。Cd 1Cd 2三相交流电源逆变器三相正弦波PWM驱动M比较电路三角波发生器驱动电路死区生成电路控制框图设计装置（或电路）的主要技术数据主要技术数据输入交流电源：三相 380V， f=50Hz交直变换采用二极管整流桥电容滤波电路，无源逆变桥采用三相桥式电压型逆变主电路
3、，控制方法为 SPWM 控制原理输出交流：电流为正弦交流波形，输出频率可调，输出负载为三相异步电动机，P=5kW 等效为星形 RL 电路，R=10 ，L=15mH设计内容：整流电路的设计和参数选择滤波电容参数选择三相逆变主电路的设计和参数选择IGBT 电流、电压额定的选择三相 SPWM 驱动电路的设计画出完整的主电路原理图和控制电路原理图2. 在整个设计中要注意培养灵活运用所学的电力电子技术知识和创造性的思维方式以及创造能力要求具体电路方案的选择必须有论证说明，要说明其有哪些特点。主电路具体电路元器件的选择应有计算和说明。课程设计从确定方案到整个系统的设计，必须在检索、阅读及分析研究大量的相关
4、文献的基础上，经过剖析、提炼，设计出所要求的电路（或装置） 。课程设计中要不断提出问题，并给出这些问题的解决方法和自己的研究体会。设计报告最后给出设计中所查阅的参考文献最少不能少于 5 篇，且文中有引用说明，否则也不能得优） 。3. 在整个设计中要注意培养独立分析和独立解决问题的能力要求学生在教师的指导下，独力完成所设计的系统主电路、控制电路等详细的设计（包括计算和器件选型） 。严禁抄袭，严禁两篇设计报告基本相同，甚至完全一样。4. 课题设计的主要内容是主电路的确定，主电路的分析说明，主电路元器件的计算和选型，以及控制电路设计。报告最后给出所设计的主电路和控制电路标准电路图。 5. 课程设计用
5、纸和格式统一课程设计用纸在学校印刷厂统一购买和装订，封面为学校统一要求。要求图表规范，文字通顺，逻辑性强。设计报告不少于 20 页第二章 整流电路根据要求，整流电路采用二极管整流桥电容滤波电路， 其电路图如图 2.1 所示：图 2.1 考虑电感时电容滤波的三相桥式整流电路及其波形 a）电路原理图 b）轻载时的交流侧电流波形 c）重载时的交流侧电流波形1. 其工作原理如下所示： 该电路中，当某一对二级管导通时，输入直流电压等于交流侧线电压中最大的一个，该线电压既向电容供电，也向负载供电。当没有二级管导通时，由电容向负载放电，ud 按指数规律下降。设二极管在局限电路电压过零点 角处开始导通，并以二
6、极管 VD6 和 VD1 开始同时导通的时刻为时间零点，则线电压为 uab= U2sin（t+ ） 6而相电压为a) b)c)+abcTia RCudidiCiRVD46VD13VD5VD2iaiaOO ttua= U2sin(t+ ) 6在 t=0 时，二极管 VD6 和 VD1 开始同时导通，直流侧电压等于 uab；下一次同时导通的一对管子是 VD1 和 VD2，直流侧电压等于 uab。这两段导通过程之间的交替有两种情况，一种是在 VD1 和 VD2 同时导通之前 VD6 和 VD1 是关断的，交流侧向直流侧的充电电源 id是断续的；另一种是 VD1 一直导通，交替时由 VD6 导通换相至
7、 VD2 导通，i d是连续的。介于二者之间的情况是，VD 1 和 VD6 同时导通的阶段与 VD1 和 VD2 同时导通的阶段在 t+= 出恰好连接起来， id恰好连续。由 “电压下降3速度相等”的原则，可以确定临界条件。假设在 wt+d =2p/3 的时刻“速度相等 ”恰好发生，则有 可得 wRC= 这就是临界条件。wRC 和 wRC ID 。二极管在截止时管子两端承受的最大反向电压可以从桥式整流电路的工作原理中得出。在 v2 正半周时，D 1、D 3 导通，D2、D 4 截止。此时 D2、D 4 所承受的最大反向电压均为 v2 的最大值，即 同理，在 v2 的负半周，D 1、D 3 也承
8、受到同样大小的反向电压。所以，在选择整流管时应取其反向击穿电压 VBR VRM 。 第三章 逆变电路根据要求，逆变电路采用三相桥式电压型逆变电路，其电路图如图 3.1 所示：图 3.11.1 其工作原理如下： （1） 该电路是采用双极性控制方式。U,V,W 三相的 PWM控制通常公用一个三角载波 uc,三相的调制信号 urU,uRv 和 urW 依次相差 120。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 大于 uc 时，给上桥臂 V1 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象中点 N的输出电压 uUn=Ud/2。当 urU 小
9、于 uc 时，给 V4 一导通信号，给 V1上桥臂关断信号时，则 uUN= 。V1 和 V4 的驱动信号始终是2d互补的。当给 V1（V 4）以导通信号，也可能是二极管 VD1(VD4)续流导通这要由阻感负载中电流方向来决定。这是因为阻感负载中电流的方向来决定的。V 相及 W 相的控制方式都相同。电路波形如图所示。可以得出，的 PWM 波形都只有两种电平，当臂 1 臂 6 导通时 uUV=Ud，当臂 3 和臂 4 导通时 uUV=U d，当臂 1 和臂 3 或臂 4 和臂 6 导通时 uUV=0。因此，逆变器的输出线电压 PWM 波由 Ud 和 0 三种电平构成。而且负载相电压 PWM波由(2
10、/3)Ud 、(1/3)Ud 和 0 共 5 种电平组成 ，其波形图如图3.2 所示。 图 3.2（2） U 相的控制规律当 urUuc 时，给 V1 导通信号，给 V4 关断信号，uUN=Ud/2当 urU20V 时难以实现过流及短路保护。（3） 关断偏压-5 到-15V 目的是出现噪声仍可有效关断，并可减小关断损耗最佳值约为-10V。（4） IGBT 不适用线性工作，只有极快开关工作时栅极才可加较低 311V 电压（5） 饱和压降直接关系到通态损耗及结温大小，希望越小越好，但价格就要大。所以根据 IJBT 的制约因素，主电路的电流电压值及设计要求，采用的 IJBT 管是 GTl53101。
11、第四章 PWM 逆变电路的工作原理PWM 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。1PWM 控制的基本原理 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 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
12、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：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；用矩形脉冲代替，等幅，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。2控制方法调制信号
13、ur为正弦波,载波 uc在 ur的正半周为正极性的三角波，在 ur的负半周为负极性的三角波。在 ur和 uc的交点时刻控制 IGBT 的通断。在 ur的半个周期内三角波载波只在正极性或负极性一种极性范围内变化，所得到的 PWM 波形也只在单个极性范围变化的控制方式称为单极性 PWM 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。采用双极性方式时，在 ur的半个周期内，三角波载波不再是单极性的，而是有正有负，所得的 PWM 形也是有正有负。在 ur的一个周期内，输出的 PWM 波只有U d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 ur和载波信号 uc的交点时刻控制各
14、开关的通断。在 ur的正负半周，对各开关器件的控制规律相同。第五章 三相正弦交流电源发生器本设计需要三相正弦交流电源发生器，根据设计要求，确定其电路图如图 5.1 所示，在图 5.1 中，用双联电位器同时改变 R7和 R12，就可以改变正弦参考信号的频率，从而实现了变频功能。在本设计中，我用一个三相变频正弦参考信号发生电路代替了生成SPWM信号的专用芯片。它是控制电路的核心部分，采用的是一个特殊结构的RC移相正弦波发生器。其中，正弦波振荡的频率由下式确定：f= =1723CR 312所以由 =20，可以确定参数为：R7=1K, C1=5Uf.7同时通过对其他参数的调整确定正旋波的幅值为1v。所以三相正弦参考信号分别表示为：U A = sin(125.6t) UB = sin(125.6t 120。 ) UC = sin(125.6t
