基于PWM技术的三相桥式逆变电路性能研究_毕业设计

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1、丸庆师范学院本科生毕业设计基于PWM技术的三相桥式逆变电路性能研究院（系）机电学院专业自动化学生姓名XX学号201207140427指导教师姓名XX指导教师职称XXX2015 年 5 月 25 H摘要木文讲述了逆变电路的工作原理，以及逆变电路的分类。在三相桥式逆变电路中，盹技术的应用， 可以使得输出的波形更加的优质。IW技术意思是脉冲宽度调制技术,可以対其脉冲宽度和整体而积进行対 比，其实是相等幅度而宽度不相等的脉冲，形成的波形。控制电路中正弦波和三角波的参数，可以对输出 的波形进行控制，从而实现在HM技术的控制下三相桥式逆变电路的性能研究。关键词：PWM控制；逆变；三相桥式目录笫一章前言I1

2、.1研究背景11.2前景及应用1第二章PWM波形的工作原理22. 1 PWM控制的基本原理22. 2调制方式22. 3采样法32.4脉宽调制逆变电路32. 4. 1基于PWM的单相桥式逆变电路32. 4. 2基于PWM的三相桥式逆变电路4第三章 三相桥式逆变电路的主要应用技术53. 1逆变电路原理53. 2逆变电路一电压型53. 3逆变电路一电流型6第四章 基于PWM的三相桥式逆变电路的仿真研究84. 1仿真模块参数设定84.2仿真电路134.3仿真波形13笫五章结论222参考文献233谢辞错误！未定义书签。4第一章前言1.1研究背景PWM逆变技术，它可以把直流输入经过脉冲的变化，从得到需要的

3、交流电输 出。它需要参考波（如正弦波、梯形波等）和调制波（如三角波）的比较，从而 在用开关量代替模拟量，来对逆变电路进行控制，实现把直流变成交流PWM 逆变技术也被叫做脉宽调制逆变技术，它可以构成多种多样的交流电源，应用于 生活中的各个角落。1. 2前景及应用在人类社会的的与时俱进和生产生活中，逆变电路的应用变的更加的广泛 和实用。比如说我们普通家庭使用的空调和家庭影院以及洗衣机和冰箱。它也应 用于轮船制造、宇宙探索等领域。逆变电路对于现今社会来讲，已经得到充分的 利用。在普通家庭中它应用于各种电源，照相机等而在国家的设施中，特别是 火力发电设备、风力发电、太阳能电池等设备都有广泛的应用。随着

4、电力电子 技术的发展，以及计算机技术和各种新技术的研发，这个技术应用得到了有效的 利用和发展，其器件变的更加小巧和实用，效率和性能上冇了更宽广的捉高。第二章PWM波形的工作原理2. 1 PWM控制的基本原理PWM变换器其实就是用来控制逆变器开关器件的通断次以及时间分配得到 相应规律，等幅和宽度可调的矩形方波都来自变换器输出端。我们可以根据抽样理论的观点控制，当脉冲等不同应用系统的惯性的窄脉冲 的形状，这是儿乎相同的输出响应，和较窄的脉冲，然后之间差异较小的输岀。 这充分证明惯性系统的输出响应是受到系统冲量的影响。当它是一个窄脉冲信号 时，作用于相同的惯性系统，分别和输岀响应的波形儿乎是相同的。

5、2. 2调制方式调制方式可以有同步调制类型，它的成因是因为，输入的载波信号的载波比, 与另一个调制信号的同步进行，其中载波比为常数。我们想要做到异步调制，那 就必须在载波信号输入时，令调制信号与其不同，以此来得出。然而我们在三相 电路中，为了使三相输出对称。我们可以选取一个三角波，用它作为信号的载体, 此时的N是3的整数倍。在异步调制中，我们可以看到许多的参数，比如半个周 期内，来调节可控制输出的波形，因此在这个电路中，我们会得到许多数据和参 数都会是不固定的，其中PWM的脉冲个数，还有它的相位都包括在其中。它也 有不对称的地方，比正负半周期的脉冲信号和前后四分之一周期的脉冲信号丽。 在同步调

6、制中，N应该为整数，方便调制。想要调制三相PWM波形，应使N=9。 三相PWM同步调制波形如图2-1 o图21三相PWM同步调制波形2. 3采样法利用止弦波和三角波的自然交叉点时刻，通过控制功率开关的通和断，来产 生SPWM波形。这其实就是自然采样法。在实际应用中，我们大多还是用三角波来做载波进行规则采样。其得到的 数据来讲，都可以使其得到的最后波形儿乎是相差不多的。2.4脉宽调制逆变电路2. 4. 1基于PWM的单相桥式逆变电路单极性逆变电路可分为双极和单极性控制。电路原理图如图2-2所示。VD,5图2-2基于PWM的单相桥式逆变电路原理图单极性PWM控制方式：输入正弦的调制信号，载波形成的

7、三角波与调制信号 的正负半周期有关，正半周期是正极性，负半周期是负极性。在信号波的正半周, 需要保持处于导通的状态以及V?处于断开的状态。当山氏时使百导通，也关 断，uo=Udo当uGc时使关断,也导通，6=0。而在信号波的负半周期运行的 时候，我们则需要保持也处于断开的状态以及也处于导通的状态。当山5时使V?导通,关断，Uo=-Udo当uAa时使V3关断,V】导通，uo=0o波形如图2-3所图2- 3单极性PWM控制方式电压波形双极性PWM控制方式:当urucHj, V,和V4导通，V2和V3关断,这时如i0,则V】和百通，如io0,则VD2和VD3通, 不管哪种情况都是uf-山。波形图如图

8、2-4所示。2. 4. 2基于PWM的三相桥式逆变电路电路图如图2-5所示。我们可以采用双极性的PWM控制，来控制三相桥式逆 变电路。其三个相的PWM控制我们一般会用同一个三角波为载波，即为Ik,它的 的调制信号3、咛和g依次相差一百二十度。其工作原理与单相桥式逆变电路基本箱相同，这里不再阐述说明其工作的运行原理。它的波形图如图2-6所示。图2-5基于PWM的三相桥式逆变电路图N1 1 j 1114 n 1rLI Li LI LI LJi n n ri |irn n 11 L 1 r1 It 11 tilIth 1111 i |u U1LJ 11 11 11 n 11n nnrnn m LJ

9、n en 一:Uli LLuuuuu 1績一 /一LJ L 1 1LIILJ LJ LJ 2了丿4-工2 VZ图26三相桥式PWM逆变电路波形图第三章 三相桥式逆变电路的主要应用技术3. 1逆变电路原理逆变电路它可以把直流输入经过脉冲的变化，经过相同的冲量面积，等效结 果后从得到需要的交流电输出。在我们生活中，它的应用也普遍体现在工业生产 和生活的各个角落。比如家用的充电器，就体现了整流电路在生活中小小地方的 应用，而在街道上可以随处可见的是大型的变压器，为人们生活用电提供了方便 的条件。在桥式逆变电路中，社会的进步使得我们越来越多的完善和改进，使得 这逆变可以切换开关的频率来体现。总之在逆变

10、电路中，直流变交流的过程的 具体实现，依靠电路中晶闸管的通断状态来实现。随着二极管和晶闸管以及IGBT 等元器件的不断产生，更加捉高了整流电路的应用在我们生活中越来越充当了不 可替代的地位何。3.2逆变电路一电压型图3-1为半桥电路，其负载是阻感（当负载中感抗（0L和电阻R比较来说不 能忽略时）。三极管导通时过的时间，负载上的电流和电压有同样的方向，能量 是从只留测到负载；VU或VD2通时,i和u。的方向相反,能量的走向为从电感中 贮能到直流侧。VD、称为反馈二极管,它的存在吋负载电流连续。图3-1单相半桥型逆变电路的工作原理图图3-2为全桥电路。图中两对桥臂为一组，每组导通180%每组Z间交

11、替导 通。vd4图3-2单相全桥型逆变电路结构图图3-3为三相桥式逆变电路的电路原理结构图。其负载是阻感（当负载中感抗（oL和电阻R比较來说不能忽略吋）。它的工作方式是一百八十度导电方式。在V、W三个相中各相每次通过程中，其两个桥臂不能够一起交替导电工作，U、 V、W的工作相互之间都有着一百二十度的差别。其中每次都是纵向换流。因此 皿，就会是6/2的矩形波（Ud为电源电压），V、W两相和U样,只是相位相差 一百二十度。3.3逆变电路一电流型我们在实际工作的过程中，负载参数会随吋间的变化而变化，当然我们的工 作频率必须去适应负载的变化，并H自动调整，这就是自励方式。他励方式我们 可以在电路工作前

12、，来设定需要的固定频率，使得系统进入工作状态。我们需要 先用他励方式，等到系统开始工作后再转入自励方式（克服自励方式的缺陷）。 其连接如图3-4所示。B图34单相电流型逆变电路图在120。导电工作方式下进行横向换流。电路图如图3-5所示。lyT. VLJVTJZ y yuVVTaoWvt2VT图3-5三相电流型逆变电路第四章 基于PWM的三相桥式逆变电路的仿真研究4. 1仿真模块参数设定控制电路:图4-1控制电路图由三个Sine wave止弦波发生装置产生止弦波，以及一个三角波发生器 Repeating Sequence Interpola ted 产生三角波，通过 Rela tio nal

13、opera tor 和 Logical operator组成控制电路来进行脉宽调制。其中止弦波发生装置Sine wave的参数设置如下图。图4-2正弦波参数模块图三角波发生装置Repeating Sequence Interpolated的参数设置如卜图。图43三角波模块参数比较器Relational Operator的参数设定如图4-4o图4-4比较器模块参数图 反相器模块的参数设定如图4-5o图4-5反和器模块参数图控制电路产生的控制信号输出，一个结果输入到示波器模块Scopel； 一个 结杲给后面的电路由IGBT和二极管组成的逆变电路。逆变电路：其中IGBT模块的参数设置如图4-7o图4-7IGBT模块参数图二极管模块的参数设置如图4-8,图4-8二极管模块参数图再经过滤波电路进行滤波，以及负载，通过示波器模块Scope得出波形。滤 波屯路和负载输出屯路图如图4-9所示。图4-9滤波电路和负载输出电路图 其中各各模块的参数设定如下。阻感负载如图4-10所示。图4-10阻感负载的模块参数图滤波电路中的电感模块参数如图4-11,电容模块参数如图412。图4J1滤波电路中的电感模块参数图图4-12滤波电路小的电容模块参数图4.2总仿真电路图2-13系统中的仿真电路图4. 3仿真波形当正弦波参数不变，更改三角波的模块的参数吋。各个模块的参数介绍如下。