電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)——三相整流電路、三相逆變電路及pwm控制的逆變電路設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　引言 ………………………………………………………… 03</p><p>　　電力電子器件的了解 …………………………… 05</p><p>　　第一節(jié) 二極管 ……………………………………… 05</p><p>　　第二節(jié) IGBT …

2、…………………………………… 06</p><p>　　三相整流電路的設(shè)計(jì)……………………………… 07</p><p>　　第一節(jié) 常用整流電路 ………………………………… 07</p><p>　　第二節(jié) 電容濾波整流電路……………………………… 07</p><p>　　三相逆變電路的設(shè)計(jì)………………………………… 11 <

3、/p><p>　　第一節(jié) 逆變電路的最基本工作原理…………………… 11</p><p>　　第二節(jié) 三相電壓型逆變電路…………………………… 12</p><p>　　PWM控制的逆變電路的設(shè)計(jì)……………………… 16</p><p>　　第一節(jié) PWM控制的基本原理 ………………………… 16</p><p>　　第二

4、節(jié) PWM控制的逆變電路 ………………………… 18</p><p>　　第五章 驅(qū)動(dòng)電路 …………………………………………… 21</p><p>　　第六章 器件參數(shù)的選擇 …………………………………… 22</p><p>　　第七章MATLAB的仿真及波形分析 ……………………… 24</p><p>　　心得體會(huì)…………………………

5、…………………………… 33</p><p>　　附錄 ………………………………………………………… 34</p><p>　　三相交直交變頻電路圖…………………………………… 34</p><p>　　參考文獻(xiàn) …………………………………………………… 35</p><p><b>　　引言</b></p&

6、gt;<p><b>　　課程設(shè)計(jì)的要求</b></p><p>　　1．題目：三相變頻電源的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　注意事項(xiàng)：</b></p><p>　　①學(xué)生也可以選擇規(guī)定題目方向外的其它電力電子裝置設(shè)計(jì)，如開(kāi)關(guān)電源、鎮(zhèn)流器、UPS電源等， </p><p>　?、?通

7、過(guò)圖書(shū)館和Internet廣泛檢索和閱讀自己要設(shè)計(jì)的題目方向的文獻(xiàn)資料，確定適應(yīng)自己的課程設(shè)計(jì)方案。首先要明確自己課程設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)內(nèi)容。</p><p>　　設(shè)計(jì)裝置（或電路）的主要技術(shù)數(shù)據(jù)</p><p><b>　　主要技術(shù)數(shù)據(jù)</b></p><p><b>　　輸入交流電源：</b></p><p

8、>　　一組：三相380V， f=50Hz；另一組：?jiǎn)蜗?20V，f=50Hz。</p><p>　　交直變換采用二極管整流橋電容濾波電路，無(wú)源逆變橋采用三相橋式電壓型逆變主電路，控制方法為SPWM控制原理</p><p><b>　　輸出交流：</b></p><p>　　電流為正弦交流波形，輸出頻率可調(diào)，輸出負(fù)載為三相星形RL電路，R=

9、10Ω，L=15mH</p><p><b>　　設(shè)計(jì)內(nèi)容：</b></p><p>　　1）、整流電路的設(shè)計(jì)和參數(shù)計(jì)算及選擇（整流電路工作原理、輸出波形分析、整流模塊的計(jì)算及選型、濾波電容參數(shù)計(jì)算及選型）</p><p>　　2）、三相逆變主電路的設(shè)計(jì)和參數(shù)選擇（結(jié)合負(fù)載闡述三相電壓型無(wú)源逆變電路的工作原理，分析輸出相電壓、線電壓波形；對(duì)開(kāi)關(guān)

10、器件和快恢復(fù)二極管進(jìn)行計(jì)算選擇及選型）</p><p>　　3）、三相SPWM控制及驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)：根據(jù)SPWM調(diào)制原理分析逆變電路的輸出相電壓、線電壓波形；設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路；選擇控制模塊和驅(qū)動(dòng)模塊。（SPWM集成控制芯片或分立元件構(gòu)成。驅(qū)動(dòng)模塊有：日本富士EXB系列或三菱M579系列）</p><p>　　4）、畫(huà)出完整的主電路原理圖和控制電路原理圖，并進(jìn)行仿真研究和分析</p>

11、<p>　　在整個(gè)設(shè)計(jì)中要注意培養(yǎng)靈活運(yùn)用所學(xué)的電力電子技術(shù)知識(shí)和創(chuàng)造性的思維方式以及創(chuàng)造能力</p><p>　　要求具體電路方案的選擇必須有論證說(shuō)明，要說(shuō)明其有哪些特點(diǎn)。主電路具體電路元器件的選擇應(yīng)有計(jì)算和說(shuō)明。課程設(shè)計(jì)從確定方案到整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，必須在檢索、閱讀及分析研究大量的相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)剖析、提煉，設(shè)計(jì)出所要求的電路（或裝置）。課程設(shè)計(jì)中要不斷提出問(wèn)題，并給出這些問(wèn)題的解決方法和自

12、己的研究體會(huì)。設(shè)計(jì)報(bào)告最后給出設(shè)計(jì)中所查閱的參考文獻(xiàn)最少不能少于5篇，且文中有引用說(shuō)明，否則也不能得優(yōu)）。</p><p>　　在整個(gè)設(shè)計(jì)中要注意培養(yǎng)獨(dú)立分析和獨(dú)立解決問(wèn)題的能力</p><p>　　要求學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，獨(dú)力完成所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)主電路、控制電路等詳細(xì)的設(shè)計(jì)（包括計(jì)算和器件選型）。嚴(yán)禁抄襲，嚴(yán)禁兩篇設(shè)計(jì)報(bào)告基本相同，甚至完全一樣。</p><p>　　

13、課題設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是主電路的確定，主電路的分析說(shuō)明，主電路元器件的計(jì)算和選型，以及控制電路設(shè)計(jì)。</p><p>　　報(bào)告最后給出所設(shè)計(jì)的主電路和控制電路標(biāo)準(zhǔn)電路圖，不同頻率下輸出電壓電流波形，驅(qū)動(dòng)控制電路中驅(qū)動(dòng)信號(hào)波形以及其它主要波形，</p><p>　　課程設(shè)計(jì)用紙和格式統(tǒng)一</p><p>　　課程設(shè)計(jì)用紙?jiān)趯W(xué)校印刷廠統(tǒng)一購(gòu)買(mǎi)和裝訂，封面為學(xué)校統(tǒng)一要求。要求

14、圖表規(guī)范，文字通順，邏輯性強(qiáng)。</p><p>　　第一章 電力電子器件的了解</p><p><b>　　第一節(jié)二極管</b></p><p>　　它的基本結(jié)構(gòu)和工作原理與信息電子電路中的二極管是一樣的，都以半導(dǎo)體PN結(jié)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)正向?qū)?、反向截止的功能；電力二極管是不可控器件，其導(dǎo)通和關(guān)斷完全是由其在主電路中承受的電壓和電流決定的。&l

15、t;/p><p>　　整流二極管的常用參數(shù):</p><p>　　（1）最大平均整流電流IF：指二極管長(zhǎng)期工作時(shí)允許通過(guò)的最大正向平均電流。該電流由PN結(jié)的結(jié)面積和散熱條件決定。使用時(shí)應(yīng)注意通過(guò)二極管的平均電流不能大于此值，并要滿足散熱條件。例如1N4000系列二極管的IF為1A。 </p><p>　?。?）最高反向工作電壓VR：指二極管兩端允許施加的最大反向電壓。若

16、大于此值，則反向電流(IR)劇增，二極管的單向?qū)щ娦员黄茐?，從而引起反向擊穿。通常取反向擊穿電?VB)的一半作為(VR)。例如1N4001的VR為50V，1N4007的VR為1OOOV 。</p><p>　?。?）最大反向電流IR：它是二極管在最高反向工作電壓下允許流過(guò)的反向電流，此參數(shù)反映了二極管單向?qū)щ娦阅艿暮脡?。因此這個(gè)電流值越小，表明二極管質(zhì)量越好。 </p><p>　?。?

17、）擊穿電壓VR：指二極管反向伏安特性曲線急劇彎曲點(diǎn)的電壓值。反向?yàn)檐浱匦詴r(shí)，則指給定反向漏電流條件下的電壓值。 </p><p>　　（6）反向恢復(fù)時(shí)間tre：指在規(guī)定的負(fù)載、正向電流及最大反向瞬態(tài)電壓下的反向恢復(fù)時(shí)間</p><p><b>　　第二節(jié)IGBT</b></p><p>　　IGBT即絕緣柵雙極型晶體管，是由GTR(雙極型三極管

18、)和MOS(絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件, 兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)。GTR飽和壓降低，載流密度大，但驅(qū)動(dòng)電流較大;MOSFET驅(qū)動(dòng)功率很小，開(kāi)關(guān)速度快，但導(dǎo)通壓降大，載流密度小。IGBT綜合了以上兩種器件的優(yōu)點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)功率小而飽和壓降低。非常適合應(yīng)用于直流電壓為600V及以上的變流系統(tǒng)如交流電機(jī)、變頻器等領(lǐng)域。</p><p>　　IGBT 的開(kāi)關(guān)

19、作用是通過(guò)加正向柵極電壓形成溝道，給PNP 晶體管提供基極電流，使IGBT 導(dǎo)通。反之，加反向門(mén)極電壓消除溝道，切斷基極電流，使IGBT 關(guān)斷。</p><p><b>　　IGBT的參數(shù)</b></p><p>　　1）最大集射極間電壓UCES 這是由器件內(nèi)部的PNP所能承受的擊穿電壓確定的。</p><p>　　2) 最大集電極電流

20、包括額定直流電流IC和1ms脈寬最大電流</p><p>　　3）最大集電極功耗PCM 在正常工作溫度下允許的最大耗散功率</p><p><b>　　第二章 整流電路</b></p><p>　　第一節(jié) 常用整流電路</p><p>　　在各種整流電路中，應(yīng)用最廣泛的是三相橋式全控整流電路，其原理如圖，習(xí)慣將該電路

21、中陰極連接在一起的三個(gè)晶閘管（VT1、VT3、VT5）稱為共陰極組；陽(yáng)極連接在一起的三個(gè)晶閘管（VT2、VT4、VT6）稱為共陽(yáng)極組。晶閘管的導(dǎo)通順序?yàn)閂T1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6。</p><p>　　對(duì)于共陰極組的三個(gè)晶閘管，陽(yáng)極所接交流電壓值最大的一個(gè)導(dǎo)通。而對(duì)共陽(yáng)極組的三個(gè)晶閘管，則是陰極所接交流電壓值最小的一個(gè)導(dǎo)通。這樣，任意時(shí)刻共陽(yáng)極組和共陰極組中各有一個(gè)晶閘管處于導(dǎo)通狀態(tài)，施加與負(fù)

22、載上的電壓為某一線電壓。</p><p>　　第二節(jié) 電容濾波整流電路</p><p><b>　　1.工作原理</b></p><p>　　在交直交變頻器等應(yīng)用場(chǎng)合中，大都采用不可控整流電路經(jīng)電容濾波后提供直流電源，供后級(jí)的逆變器使用。只要將全控整流電路中的晶閘管換為整流二極管，就是不可控整流電路。</p><p>

23、　　在電容濾波的三相不可控整流電路中，最常用的是三相橋式結(jié)構(gòu)。該電路中，當(dāng)某一對(duì)二極管導(dǎo)通時(shí)，輸出直流電壓等于交流側(cè)線電壓中最大的一個(gè)，該線電壓既向電容供電，也向負(fù)載供電。當(dāng)沒(méi)有二極管導(dǎo)通時(shí)，由電容向負(fù)載供電，ud按指數(shù)規(guī)律下降。</p><p>　　設(shè)二極管在距線電壓過(guò)零點(diǎn)δ角處開(kāi)始導(dǎo)通，并以二極管VD6和VD1開(kāi)始同時(shí)導(dǎo)通的時(shí)刻為時(shí)間零點(diǎn)，則線電壓為</p><p><b>

24、　　相電壓為：</b></p><p>　　在t=0時(shí)，二極管VD6和VD1開(kāi)始同時(shí)導(dǎo)通，直流側(cè)電壓等于uab；下一次同時(shí)導(dǎo)通的一對(duì)管子是VD1和VD2，直流側(cè)電壓等于uac。這兩段導(dǎo)通過(guò)程之間的交替有兩種情況，一種是在VD1和VD2同時(shí)導(dǎo)通之前VD6和VD1是關(guān)斷的，交流側(cè)向直流側(cè)的充電電流id是斷續(xù)的；另一種是VD1一直導(dǎo)通，交替時(shí)由VD6導(dǎo)通換相至VD2導(dǎo)通，id是連續(xù)的。介于二者之間的臨界&l

25、t;/p><p>　　情況是，VD6和VD1同時(shí)導(dǎo)通的階段與VD1和VD2同時(shí)導(dǎo)通的階段在ωt+δ=2π/3處恰好銜接起來(lái)，id恰好連續(xù)。由 “電壓下降速度相等”的原則，可以確定臨界條件。假設(shè)在wt+d =2p/3的時(shí)刻“速度相等”恰好發(fā)生，則有：</p><p>　　由上式可得電流id 斷續(xù)和連續(xù)的臨界條件</p><p><b>　　2、主要數(shù)量關(guān)系：&l

26、t;/b></p><p>　　（1）輸出電壓平均值 空載時(shí)，輸出電壓平均值最大，為。隨著負(fù)載加重，輸出電壓平均值減少，至進(jìn)入id連續(xù)情況后，輸出電壓波形成為線電壓的包絡(luò)線，其平均值為Ud=2.34U2?？梢?jiàn)，Ud在2.34U2 ~ 2.45U2之間變化。</p><p>　　與電容濾波器的單相橋式不可控整流電路相比，Ud的變化范圍小得多，當(dāng)負(fù)載加重到一定程度后，Ud穩(wěn)定在2.34

27、U2不變了。</p><p>　　電流平均值 輸出電流平均值IR為IR = Ud /R。與單相電路情況一樣，電容電流iC平均值為零，因此 Id = IR。</p><p>　　在一個(gè)電源周期中，id有六個(gè)波頭，流過(guò)每一個(gè)二極管的是其中的兩個(gè)波頭，因此二極管電流平均值為Id的1/3，即</p><p>　　（3）二極管承受的電壓 二極管承受的最大反向電壓為線電壓的

28、峰值，為。 </p><p>　　3.二極管參數(shù)的計(jì)算：</p><p>　　由設(shè)計(jì)要求可知：，，三相負(fù)載，星形接法，R=10Ω，L=15mH,，</p><p>　　輸出電壓平均值：空載時(shí)，輸出的電壓平均值最大，為</p><p>　　。隨著負(fù)載的增加，輸出電壓平均值減小，至進(jìn)入連續(xù)情況后，輸出電壓波形成為線電壓的包絡(luò)線，其平均值為。可

29、見(jiàn)，在～之間變化 。</p><p>　　電流平均值：輸出電流平均值IR為，</p><p>　　電容電流iC平均值為零，因此 Id=IR，二極管電流平均值為Id的1/3，即</p><p>　　二極管承受的電壓為線電壓的峰值為。</p><p>　　由以上數(shù)量關(guān)系得：二極管的額定電流：</p><p><b&g

30、t;　　二極管的額定電壓：</b></p><p>　　UN＝（2~3）×U2＝（1077~1616）V</p><p>　　4.濾波電容參數(shù)的計(jì)算：</p><p>　　為了保證逆變電路和控制電路能夠得到高質(zhì)量的直流電壓或電流，必須對(duì)直流電壓或電流進(jìn)行濾波，以減少電壓或電流的脈動(dòng)。</p><p>　　～

31、 ～ ～</p><p><b>　　第三章 逆變電路</b></p><p><b>　　逆變的概念:</b></p><p>　　逆變——與整流相對(duì)應(yīng)，直流電變成交流電</p><p><b>　　逆變與變頻:</b></p><p

32、>　　變頻電路：分為交交變頻和交直交變頻兩種。</p><p>　　交直交變頻由交直變換（整流）和直交變換兩部分組成，后一部分就是逆變。</p><p>　　它的基本作用是在控制電路的控制下將中間直流電路輸出的直流電源轉(zhuǎn)換為頻率和電壓都任意可調(diào)的交流電源。</p><p>　　第一節(jié)逆變電路的最基本的工作原理</p><p>　　1.

33、以單相橋式逆變電路為例說(shuō)明其最基本的工作原理。</p><p><b>　　逆變電路</b></p><p>　　橋式逆變電路各臂由理想開(kāi)關(guān)S1～S4組成(如圖)。它們的開(kāi)關(guān)狀態(tài)由加于其控制極的電壓信號(hào)決定。橋式電路的PN端加入直流電壓Ud，A、B端接向負(fù)載。當(dāng)S1、S3關(guān)合而S2、S4打開(kāi)時(shí)，u0＝Ud;相反,當(dāng)S2、S4關(guān)合而S1、S3打開(kāi)時(shí)，u0＝-Ud。于是當(dāng)

34、橋中各臂以頻率 f（由控制極電壓信號(hào)重復(fù)頻率決定）輪番通斷時(shí)，輸出電壓u0將成為交變方波，其幅值為Ud。重復(fù)頻率為f如圖所示，其基波可表示為 </p><p>　　由式可見(jiàn),控制信號(hào)頻率f可以決定出端頻率，改變直流電源電壓Ud可以改變基波幅值，從而實(shí)現(xiàn)逆變的目的。</p><p><b>　　2.換流方式</b></p><p>　　1）器件換

35、流：課程設(shè)計(jì)過(guò)程中用器件換流。</p><p><b>　　2）電網(wǎng)換流</b></p><p><b>　　3）負(fù)載換流</b></p><p><b>　　4）強(qiáng)迫換流</b></p><p>　　第二節(jié) 三相電壓型逆變電路</p><p>　　1.

36、三相電壓逆變工作原理</p><p>　　在三相逆變電路中，應(yīng)用最廣的是三相橋式逆變電路，采用IGBT作為開(kāi)光器件的電壓型三相橋式逆變電路如下圖所示。</p><p>　　圖1 三相電壓型橋式逆變電路</p><p>　　電路的直流側(cè)通常只有一個(gè)電容器就可以了，為了分析方便，畫(huà)作串聯(lián)的兩個(gè)電容器并標(biāo)出假想中點(diǎn)N’。三相電壓型橋式逆變電路的基本工作方式也是180

37、76;導(dǎo)電方式，即每個(gè)橋臂的導(dǎo)電角度為180°，同一相（即同一半橋）上下兩個(gè)臂交替導(dǎo)電，各相開(kāi)始導(dǎo)電的角度依次相差120°。這樣，在任一瞬間，將有三個(gè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通。可能是上面一個(gè)臂下面兩個(gè)臂，也可能是上面兩個(gè)臂下面一個(gè)臂同時(shí)導(dǎo)通。因?yàn)槊看螕Q流都是在同一相上下兩個(gè)橋臂之間進(jìn)行，因此也被稱為縱向換流。</p><p>　　對(duì)于U相輸出來(lái)說(shuō)，當(dāng)橋臂1導(dǎo)通時(shí)，uUN’=Ud/2，當(dāng)橋臂4導(dǎo)通時(shí)，uUN

38、’=-Ud/2。因此uUN’的波形是幅值為Ud/2的矩形波。V、W兩相的情況和U相類似，uVN’、uWN’的波形形狀和uUN’相同，只是相位依次差120°。uUN’、uVN’、uWN’可由下式求出</p><p>　　由上分析，的波形是幅值為的矩形波，V、M兩相情況跟U相類似。所以負(fù)載線電壓、、為</p><p><b>　　負(fù)載相電壓、、為</b><

39、/p><p>　　負(fù)載中點(diǎn)和電源中點(diǎn)間電壓為</p><p><b>　　負(fù)載三相對(duì)稱時(shí)有，</b></p><p>　　于是 。</p><p>　　所以也是矩形波，其頻率為的3倍，幅值為其，即。</p><p>　　輸出線電壓有效值為： </p>

40、<p><b>　　基波幅值為：</b></p><p><b>　　波有效值為：</b></p><p><b>　　負(fù)載相電壓 </b></p><p><b>　　基波幅值為：</b></p><p><b>　　基波有效值為：

41、</b></p><p>　　三相逆變輸出的電壓與電流分析類似，負(fù)載參數(shù)已知，以U相為例，負(fù)載的阻抗角不一樣，的波形形狀和相位都有所不同，在阻感負(fù)載下時(shí)，從通態(tài)轉(zhuǎn)換到斷態(tài)時(shí)，因負(fù)載電感中電流不能突變，先導(dǎo)通續(xù)流，待負(fù)載電流降為零，才開(kāi)始導(dǎo)通。負(fù)載阻抗角越大，導(dǎo)通時(shí)間越長(zhǎng)。在時(shí)，時(shí)為導(dǎo)通，時(shí)為導(dǎo)通；在時(shí)，時(shí)導(dǎo)通，時(shí)為導(dǎo)通。</p><p>　　、的波形與形狀相同，相位一次相差。將

42、三個(gè)橋臂電流相加可得到直流側(cè)電流。</p><p>　　在上述導(dǎo)電方式逆變器中，我們采用“先斷后通”的方法來(lái)防止同一相上下兩橋臂的開(kāi)關(guān)器件同時(shí)導(dǎo)通而引起直流側(cè)電壓短路，使得在通斷信號(hào)之間留有一個(gè)短暫的死區(qū)時(shí)間。</p><p>　　第四章 PWM控制技術(shù)</p><p>　　PWM (Pulse Width Modulation)控制就脈寬調(diào)制技術(shù)：即通過(guò)對(duì)一系列脈

43、沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來(lái)等效的獲得所需要的波形（含形狀和幅值)。</p><p>　　PWM控制技術(shù)正是有賴于在逆變電路中的成功應(yīng)用，才確定了它在電力電子技術(shù)中的重要地位?，F(xiàn)在使用的各種逆變電路都采用了PWM技術(shù)，因此，本章和第3章（逆變電路）相結(jié)合，才能使我們對(duì)逆變電路有完整地認(rèn)識(shí)。</p><p>　　第一節(jié)PWM控制的基本原理</p><p>　　采樣控制理論中有

44、一個(gè)重要結(jié)論:沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí),其效果基本相同.PWM控制技術(shù)就是以該結(jié)論為理論基礎(chǔ),對(duì)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷進(jìn)行控制,使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不相等的脈沖,用這些脈沖來(lái)代替正弦波或其他所需要的波形.按一定的規(guī)則對(duì)各脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制,既可改變逆變電路輸出電壓的大小,也可改變輸出頻率。</p><p>　　SPWM是一種比較成熟的,目前使用較廣泛的PWM法.前面提到的采

45、樣控制理論中的一個(gè)重要結(jié)論:沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí),其效果基本相同.SPWM法就是以該結(jié)論為理論基礎(chǔ),用脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆變電路中開(kāi)關(guān)器件的通斷,使其輸出的脈沖電壓的面積與所希望輸出的正弦波在相應(yīng)區(qū)間內(nèi)的面積相等。</p><p>　　把如圖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個(gè)彼此相連的脈沖序列所組成的波形。這些脈沖寬度

46、相等，都等于π/ N，但幅值不等，且脈沖頂部不是水平直線，是曲線，各脈沖的幅值按正弦規(guī)律變化。如果把上述脈沖序列利用相同數(shù)量的等幅而不等寬的矩形脈沖代替，使矩形脈沖的中點(diǎn)和相應(yīng)正弦波的中點(diǎn)重合，且使矩形脈沖和相應(yīng)正弦波部分面積（沖量）相等，就得到如圖所示的脈沖序列。這就是PWM波形?？梢钥闯?，各脈沖的幅值相等，而寬度是按正弦規(guī)律變化的。根據(jù)面積等效原理，PWM波形和正弦半波是等效的。對(duì)于正弦波的負(fù)半周，也可以用同樣的方法得到PWM波形。

47、像這種脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形，也稱SPWM波形。</p><p>　　用PWM波代替正弦波</p><p>　　通過(guò)改變調(diào)制波的頻率和幅值則可調(diào)節(jié)逆變電路輸出電壓的頻率和幅值.該方法的實(shí)現(xiàn)有以下幾種方案.</p><p>　　等面積法: 用同樣數(shù)量的等幅而不等寬的矩形脈沖序列代替正弦波,然后計(jì)算各脈沖的寬度和間隔,并把這些數(shù)據(jù)存于微機(jī)中,

48、通過(guò)查表的方式生成PWM信號(hào)控制開(kāi)關(guān)器件的通斷,以達(dá)到預(yù)期的目的.</p><p>　　硬件調(diào)制法: 原理就是把所希望的波形作為調(diào)制信號(hào),把接受調(diào)制的信號(hào)作為載波,通過(guò)對(duì)載波的調(diào)制得到所期望的PWM波形.通常采用等腰三角波作為載波,當(dāng)調(diào)制信號(hào)波為正弦波時(shí),所得到的就是SPWM波形.</p><p>　　自然采樣法: 　以正弦波為調(diào)制波,等腰三角波為載波進(jìn)行比較,在兩個(gè)波形的自然交點(diǎn)時(shí)刻控制

49、開(kāi)關(guān)器件的通斷,這就是自然采樣法.</p><p>　　規(guī)則采樣法: 原理就是用三角波對(duì)正弦波進(jìn)行采樣得到階梯波,再以階梯波與三角波的交點(diǎn)時(shí)刻控制開(kāi)關(guān)器件的通斷,從而實(shí)現(xiàn)SPWM法.當(dāng)三角波只在其頂點(diǎn)(或底點(diǎn))位置對(duì)正弦波進(jìn)行采樣時(shí),由階梯波與三角波的交點(diǎn)所確定的脈寬,在一個(gè)載波周期(即采樣周期)內(nèi)的位置是對(duì)稱的,這種方法稱為對(duì)稱規(guī)則采樣</p><p>　　第二節(jié)PWM控制的逆變電路&l

50、t;/p><p><b>　　1.工作原理</b></p><p>　　三相橋式PWM型逆變電路</p><p>　　如圖是三相橋式PWM逆變電路，采用雙極性控制方式。</p><p>　　雙極性PWM控制方式波形</p><p>　　U、V和W三相的PWM控制通常公用一個(gè)三角波載波uc，三相的調(diào)制信

51、號(hào)urU、urV和urW依次相差120°。U、V和W各相功率開(kāi)關(guān)器件的控制規(guī)律相同，現(xiàn)以U相為例來(lái)說(shuō)明。當(dāng)urU＞uc時(shí)，給上橋臂V1以導(dǎo)通信號(hào)，給下橋臂V4以關(guān)斷信號(hào)，則U相相對(duì)于直流電源假想中點(diǎn)N'的輸出電壓uUN' = Ud/2。當(dāng)</p><p>　　urU＜uc時(shí)，給V4以導(dǎo)通信號(hào)，給V1以關(guān)斷信號(hào)，則uUN' = －Ud/2。V1和V4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)始終是互補(bǔ)的。當(dāng)給V1

52、（V4）加導(dǎo)通信號(hào)時(shí)，可能是V1（V4）導(dǎo)通，也可能是二極管VD1（VD4）續(xù)流導(dǎo)通，這要由阻感負(fù)載中電流的方向來(lái)決定，這和單相橋式PWM逆變電路在雙極性控制時(shí)的情況相同。V相及W相的控制方式都和U相相同。電路的波形如圖所示?？梢钥闯?，uUN' 、uVN' 和uWN' 的PWM波形都只有±Ud/2兩種電平。圖中的線電壓uUV的波形可由uUN' － uVN' 得出?？梢钥闯觯?dāng)橋臂1和6導(dǎo)

53、通時(shí)，uUV = Ud，當(dāng)橋臂3和4導(dǎo)通時(shí)，uUV = －Ud，當(dāng)橋臂1和3或橋臂4和6導(dǎo)通時(shí)，uUV = 0。因此，逆變器的輸出線電壓PWM波由±Ud和0三種電平構(gòu)成。圖中負(fù)載相電壓uUN可由下式求得</p><p>　　從波形圖和上式可以看出，負(fù)載相電壓的PWM波由（±2/3）Ud、（±1/3）Ud和0共五種電平組成。</p><p>　　從電壓型逆變電路

54、的PWM控制中，同一相上下兩橋臂的驅(qū)動(dòng)信號(hào)都是互補(bǔ)的。但實(shí)際上為了防止上下兩個(gè)橋臂直通而造成短路，在上下兩橋臂通斷切換時(shí)要留一小段上下橋臂都施加關(guān)斷信號(hào)的死區(qū)時(shí)間。死區(qū)時(shí)間的長(zhǎng)短主要由功率開(kāi)關(guān)器件的關(guān)斷時(shí)間來(lái)決定。這個(gè)死區(qū)時(shí)間將會(huì)給輸出的PWM波形帶來(lái)一定影響，使其稍稍偏離正弦波。</p><p><b>　　第五章 驅(qū)動(dòng)電路</b></p><p>　　主電路和控

55、制電路之間，用來(lái)對(duì)控制電路的信號(hào)進(jìn)行放大的中間電路（即放大控制電路的信號(hào)使其能夠驅(qū)動(dòng)功率晶體管），稱為驅(qū)動(dòng)電路。 </p><p>　　驅(qū)動(dòng)電路的基本任務(wù)，就是將信息電子電路傳來(lái)的信號(hào)按照其控制目標(biāo)的要求，轉(zhuǎn)換為加在電力電子器件控制端和公共端之間，可以使其開(kāi)通或關(guān)斷的信號(hào)。對(duì)半控型器件只需提供開(kāi)通控制信號(hào)，對(duì)全控型器件則既要提供開(kāi)通控制信號(hào)，又要提供關(guān)斷控制信號(hào)，以保證器件按要求可靠導(dǎo)通或關(guān)斷</p>

56、<p><b>　　電路圖如圖所示</b></p><p><b>　　驅(qū)動(dòng)信號(hào)：</b></p><p>　　由于，設(shè)a=0.9,則驅(qū)動(dòng)信號(hào)為：</p><p>　　， ， </p><p>　　第六章 器件的參數(shù)選擇</p><p>　　1．二極

57、管的參數(shù)計(jì)算和選取</p><p>　　此次仿真實(shí)驗(yàn)選用理想二極管，一般來(lái)講具有以下三個(gè)特點(diǎn)：通過(guò)的正向電流無(wú)窮大；反向擊穿電壓無(wú)窮大；反向電流為零。</p><p>　　電容兩端電壓Ud在2.34U2—2.45U2之間變化因此 ，即 ，不妨取電容的耐壓值為Ud=560V</p><p>　　二極管的耐壓值選?。憾O管承受的最大反向電壓為 U2，即UVD= 

58、5;220=538.89V 考慮到一定的安全裕量 取UVD的1—2倍，即UVD=538.89～538.89×2 ，不妨取UVD=1000V。</p><p>　　電流：因?yàn)槟孀冸娐份斎腚娏鳛椋?，所以整流輸出電流也為34.0A，流過(guò)每個(gè)二極管的電流有效值為： ,所以平均值為： ，留有2倍的裕量，所以二極管電流為：

59、 。</p><p>　　仿真采用理想二極管，型號(hào)為3913。</p><p><b>　　濾波電容的選擇:</b></p><p>　　1）輸出電壓平均值 Ud=U2=2。45U2。隨負(fù)載加重，輸出電壓平均值減小，變化范圍Ud（2。34U2 ~2。45U2）之間變化。

60、 </p><p>　　2）電流平均值輸出電流平均值IR為： IR = Ud /R </p><p>　　與單相電路情況一樣，電容電流iC平均值為零，因此：Id =IR</p><p>　　由于對(duì)于三相的電容濾波不可控整流電路，負(fù)載電流id 存在連續(xù)與不連續(xù)的問(wèn)題，

61、一般情況下要求負(fù)載電流連續(xù)，即滿足wRC≤ 條件.因?yàn)槟孀冸娐饭ぷ鲿r(shí)有三個(gè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通，可能是面一個(gè)臂、下面兩個(gè)臂，也可能是上面兩個(gè)臂、下面一個(gè)臂，而負(fù)載是三個(gè)阻感星形連接。所以從逆變電路的輸入端看，其等效電阻應(yīng)為一個(gè)R與兩個(gè)R并聯(lián)后在串聯(lián)。所以 ,</p><p>　　則～ ～ ～</p><p>　　二極管的選?。篒N=25A UN=1000V

62、</p><p>　　3.輸出頻率：110Hz</p><p><b>　　4.整流電源：</b></p><p>　　5.由IGBT的參數(shù)可進(jìn)行器件的選擇武漢森威機(jī)電設(shè)備有限公司的型號(hào)為：TM130EZ-2H,最高電壓1600，最大電流130A的器件。</p><p>　　調(diào)制信號(hào)： ， ， </p&

63、gt;<p><b>　　載波比：N=21</b></p><p>　　6.負(fù)載：R=10Ω，L=15mH</p><p>　　第七章MATLAB的仿真</p><p>　　1.三相整流電路的仿真</p><p>　　2.三相逆變PWM控制的仿真</p><p>　　1.不接電容濾波

64、的仿真</p><p><b>　　2）接入濾波的仿真</b></p><p><b>　　三、交直交變頻仿真</b></p><p><b>　　1.整流部分</b></p><p><b>　　2.逆變部分</b></p><p&g

65、t;　　3.整流的輸出電壓和逆變的輸出電壓</p><p><b>　　心得體會(huì)</b></p><p>　　本次課設(shè)基本知識(shí)要點(diǎn)如下</p><p>　　交直交變頻電路，由整流器、濾波系統(tǒng)和逆變器三部分組成。整流器為二極管三相橋式不可控整流器或大功率晶體管組成的全控整流器，逆變器是大功率晶體管組成的三相橋式電路，其作用正好與整流器相反，它是將

66、恒定的直流電交換為可調(diào)電壓，可調(diào)頻率的交流電。中間濾波環(huán)節(jié)是用電容器或電抗器對(duì)整流后的電壓或電流進(jìn)行濾波。</p><p>　　本次課設(shè)終于結(jié)束了，在本次課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們不僅學(xué)到了很多在書(shū)本上所沒(méi)有學(xué)到過(guò)的內(nèi)容，而且還把課堂上學(xué)到的理論知識(shí)進(jìn)一步鞏固了。不僅如此，在本次課設(shè)中我們學(xué)習(xí)使用了諸如MATLAB等辦公軟件，極大提高了我們對(duì)當(dāng)今主要的工具——電腦的熟悉，而且大部分辦公軟件并沒(méi)有漢化，所以在不經(jīng)意間，我

67、們的專業(yè)英語(yǔ)知識(shí)也有了極大的提高。</p><p>　　課程設(shè)計(jì)中，我們體會(huì)到了克服的困難和障礙的喜悅，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對(duì)以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，從而對(duì)自己進(jìn)一步加強(qiáng)了。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1].王兆安，劉進(jìn)軍.電力電子技術(shù)[M].5版.北京：機(jī)

68、械工業(yè)出版社</p><p>　　[2].陳堅(jiān).電力電子技術(shù)—電力電子變換和控制技術(shù).高等教育出版社</p><p>　　[3].莫正康.電力電子應(yīng)用技術(shù). 第三版.機(jī)械工業(yè)出版社 </p><p>　　[4].周霞.王斯然.凌光.呂征宇.《電力電子技術(shù)》 2011年02期關(guān)于三相橋式整流 電路濾波電容的計(jì)算</p><p>　　[5] 黃