三项电压源型SPWM逆变器

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1、武汉理工大学《电力电子技术》课程设计说明书摘要与整流相对应，把直流电变成交流电称为逆变。逆变电路根据直流侧电源性质的不同可分为两种：直流侧是电压源的称为电压型逆变电路；直流侧是电流源的称为电流型逆变电路。本文通过利用MATLAB设计分析三相电压源型逆变器PWM控制电路的方法,输出电压大小和波形的SPWM控制基本原理。给出了基于双极性倍频正弦脉冲宽度调制法的三相电压源型逆变器的仿真实例，所谓调制法，即把希望输出的波形作为调制信号，把接受调制的信号作为载波，通过信号波的调制得到所期望的PWM波形。目前中小功率的逆变电路几乎都采用了PWM技术。它使电

2、力电子装置的性能大大提高，因此它在电力电子技术的发展史上占有十分重要的地位。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。关键词逆变MATLABSPWM武汉理工大学《电力电子技术》课程设计说明书目录摘要1概述11.1任务要求11.2逆变电路简介11.3PWM简介22方案设计32.1主电路分析32.2驱动电路的设计53MATLAB仿真63.1三相SPWM波的产生63.2SPWM逆变器仿真83.3滤波器粗略分析114心得体会12参考文献14武汉理工大学《电力电子技术》课程设计说明书三相电压源型SPWM逆变器的

3、设计1概述1.1任务要求设计一三相电压源型SPWM逆变器电路，已知直流电源电压为250V,输出200V,50HZ；三相对称RL负载（星形接法），其中R的值为2Ω、L的值为10mH。要求完成以下主要任务：（1）方案设计；（2）完成主电路的原理分析，各主要元器件的选择；（3）驱动电路的设计；（4）利用MATLAB仿真软件建模并仿真，获取输出电压电流波形，并对结果进行分析。1.2逆变电路简介与整流相对应，把直流电变成交流电称为逆变。当交流侧接在电网上，即交流侧接有电源时，称为有源逆变；当交流侧直接和负载连接时，称为无源逆变。又逆变电路根据直流侧电源性

4、质不同可分为两种：直流侧是电压源的称为电压型逆变电路；直流侧是电流源的称为电流型逆变电路；它们也分别被称为电压源型逆变电路和电流源型逆变电路。其中，电压源型逆变电路有以下主要特点：直流侧为电压源，或并联有大电容，相当于电压源，直流侧电压基本无脉动，直流回路呈现低阻抗；由于直流电压源的钳位作用，交流侧输出电压波形为矩形波，并且与负载阻抗角无关。而交流侧输出电流波形和相位因负载阻抗情况的不同而不同；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，为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂都并联了反馈二极管。14武汉

5、理工大学《电力电子技术》课程设计说明书1.3PWM简介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的波形。PWM控制技术的重要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。下面分析如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波。把正弦半波分成N等分，就可以把正弦半波看成由N个彼此相连的脉冲序列所组成的波形。如果把这些脉冲序列用相同数量的等幅不等宽的矩形脉冲代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点重合，

6、且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积（冲量）相等，就可得到图1-1所示的脉冲序列，这就是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，也称为SPWM波。SPWM方式控制波形可分为单极性和双极性。图1-1用PWM波代替正弦波OwtUd-Ud图1-2单极性SPWM控制方式波形如图1-2所示为单极性SPWM控制方式波形，即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，叫做单极性控制方式。根据面积等效原理，不难得知SPWM还可等效为图1-3中所示的PWM波，这种波

7、形称为双极性SPWM波形，即如果在正弦调制波半个周期内，14武汉理工大学《电力电子技术》课程设计说明书三角载波在正负极性之间连续变化，则SPWM波也是在正负之间变化，叫做双极性控制方式。OwtUd-Ud图1-3双极性SPWM控制方式波形2方案设计PWM逆变电路可分为电压型和电流型两种，目前实际应用的几乎都是电压型电路，因此本节主要分析电压型逆变电路的控制方法。要得到需要的PWM波形有两种方法，分别是计算法和调制法。根据正弦波频率、幅值和半周期脉冲数，准确计算PWM波各脉冲宽度和间隔，据此控制逆变电路开关器件的通断，就可得到所需PWM波形，这种方

8、法称为计算法。由于计算法较繁琐，当输出正弦波的频率、幅值或相位变化时，结果都要变化。与计算法相对应的是调制法，即把希望调制的波形作为调制信号，把接受调