武汉理工大学《电力电子技术》课程设计说明书
目录
1 概述......................................................... ........................................................... .. (1)
2 方案论证......................................................... .. (3)
2.1 升压电路模块方案选择......................................................... .. (3)
2.2 逆变电路方案选择......................................................... . (3)
2.3 闭环反馈电路方案设计......................................................... .. (3)
2.4 总体电路方案设计......................................................... . (3)
3 仿真建模......................................................... .. (5)
3.1 升压斩波电路仿真建模......................................................... . (5)
3.2 三相桥式PWM 逆变电路仿真建模......................................................... .. (6)
3.3 闭环反馈电路仿真建模......................................................... .. (8)
3.4 三相逆变电源总体电路仿真建模......................................................... .. (9)
4 仿真结果......................................................... (10)
4.1 直流升压斩波电路仿真结果......................................................... .. (10)
4.2 三相桥式PWM 逆变电路仿真实现结果.......................................................
10
4.3 闭环反馈电路仿真实现结果......................................................... (11)
4.4 三相逆变电源总体仿真实现结果......................................................... (11)
5 结束语......................................................... ........................................................... ..13
参考文献......................................................... ........................................................... ..14
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三相逆变器仿真
1 概述
电力电子技术是一门新兴的应用于电力领域的电子技术，就是使用电力电子器件（如
晶闸管，GTO，IGBT 等）对电能进行变换和控制的技术。电力电子器件的发展经
闸管（SCR）、可关断晶闸管（GTO）、晶体管（BJT）、绝缘栅晶体管（IGBT）等阶段。目
前正向着大容量、高频率、易驱动、低损耗、模块化、复合化方向发展，与其他电力电子
器件相比，IGBT 具有高可靠性、驱动简单、保护容易、不用缓冲电路和开关频率高等特
点，为了达到这些高性能，采用了许多用于集成电路的工艺技术，如外延技术、离子注入、
精细光刻等。IGBT 最大的优点是无论在导通状态还是短路状态都可以承受电流冲击。它
的并联不成问题，由于本身的关断延迟很短，其串联也容易。尽管IGBT 模块在大功率应
用中非常广泛，但其有限的负载循环次数使其可靠性成了问题，其主要失效机理是阴极引
线焊点开路和焊点较低的疲劳强度，另外，绝缘材料的缺陷也是一个问题。
电力电子技术所变换的“电力”功率可大到数百MW 甚至GW，也可以小到数W 甚至
1W 以下，和以信息处理为主的信息电子技术不同，电力电子技术主要用于电力变换。电
力电子技术的应用范围十分广泛，它不仅用于一般工业，也广泛用于交通运输、电力系统、
通信系统、计算机系统、新能源系统等，在照明、空调等家用电器及其他领域中也有着广
泛的应用。
逆变器也称逆变电源，是将直流电能转变成交流电能的变流装置，是太阳能、风力发
电中的一个重要部件。随着微电子技术与电力电子技术的迅速发展，逆变技术也从通过直
流电动机——交流发电机的旋转方式，发展到晶闸管逆变技术，而今的逆变技术多采用了
MOSFET、IGBT、GTO、IGCT、MCT 等多种先进且易于控制的功率器件，控制电路也从
模拟集成电路发展到单片机控制甚至采用数字信号处理器（DSP）控制。各种现代控制理
论如自适应控制、自学习控制、模糊逻辑控制、神经网络控制等先进控制理论和算法也大
量应用于逆变领域。其应用领域也达到了前所未有的广阔，从毫瓦级的液晶背光板逆变电
路到百兆瓦级的高压直流输电换流站；从日常生活的变频空调、变频冰箱到航空领域的机
载设备；从使用常规化石能源的火力发电设备到使用可再生能源发电的太阳能风力发电设
备，都少不了逆变电源。毋庸置疑，随着计算机技术和各种新型功率器件的发展，
置也将向着体积更小、效率更高、性能指标更优越的方向发展。
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PWM 控制技术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，来等效的获得所需要的波形（含形状和幅值）；面积等效原理是PWM 技术的重要基
础理论。一种典型的PWM 控制波形SPWM：脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效
的PWM 波形称为SPWM 波。SPWM 法是一种比较成熟的也是目前使用较广泛的PWM 法。
在采样控制理论中有一个重要结论: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。SPWM 法就是以该结论为理论基础，用脉冲宽度按正弦规律变化而
和正弦波等效的PWM 波形即SPWM 波形控制逆变电路中开关器件的通断，使其输出的脉
冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的面积相等，通过改变调制波的频率和
幅值则可调节逆变电路输出电压的频率和幅值。
本文主要通过对逆变电源的Matlab 仿真，研究逆变电路的输入输出及其特性，以及一
些参数的选择设置方法，从而为以后的学习和研究奠定基础，同时也学习使用Matlab 软件
的Simulink 集成环境进行仿真的相关操作。Simulink 是MATLAB 中的一种可视化仿真工
具，是一种基于MATLAB 的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软
件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。
Simulink 可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持
多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。为了创建动态系统模型，
Simulink 提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI) ，这个创建过程只需单击和拖
动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系
统的仿真结果。利用Matlab 下的Simulink 软件和电力系统模块库(SimPowerSystems)进行
系统仿真是十分简单和直观的，用户可以用图形化的方法直接建立起仿真系统的模型，并
通过Simulink 环境中的菜单直接启动系统的仿真过程，同时将结果在示波器上
显示出来。
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2 方案论证
本次课程设计要求采用PWM 斩波控制技术，将输入的200V 直流电压转换为380V、50Hz 三相交流电输出，并建立Matlab 仿真模型，进而得到实验波形。题目中要求的输出
为380V、50Hz 三相交流电，显然不能直接由输入的200V 直流电逆变产生。所以必须对
200V 直流电进行变换电压到一定幅值，接着进行逆变和滤波。
2.1 升压电路模块方案选择
方案一：可以利用变压器对输入的200V 直流电压直接升压，接着逆变和滤波，但是
此种方案不方便对升压环节进行控制，所以放弃此方案。
方案二：通过斩波电路来提高电压，然后进行逆变和滤波，在本次设计中采用此方案，
即通过升压斩波电路来控制输出的直流电压，这样可以达到便于控制的目的。方案三：先进行逆变，然后进行斩波电路升压，由于本次设计需要产生的是三相交流
电压输出，逆变之后的升压就会涉及到三个直流升压电路，所以也放弃此方案。方案四：也是先进行逆变，然后通过变压器升压，同样的，也是不能方便的对升压环
节进行输出电压值的控制，而且会用到三个变压器，比较麻烦。
本次设计中采用方案二，经过升压斩波电路升压，然后进行逆变和滤波。
2.2 逆变电路方案选择
逆变电路采用课本上的三相桥式PWM 逆变电路，根据直流侧电源性质不同，逆变电
路可分为电压型逆变电路和电流型逆变电路，这里的逆变电路属电压型。采用等腰三角波
作为载波，用SPWM 进行双极性控制。该电路的输出含有谐波，需要专门的滤波电路进行
滤波。滤波电路采用RC 滤波电路。经过逆变电路和滤波电路就可以在三相电压输出侧得
到题目要求的380V、50Hz 三相交流电，不过容易受负载影响输出电压的值。2.3 闭环反馈电路方案设计
为了让输出电压更加稳定和准确，所以在本次设计仿真建模中很有必要进行闭环反馈
电路的设计，在三相电压输出侧进行电压采集，经过整流得到电压幅值，将采集到的电压
值与理想输出电压值进行比较，接着将差值经过PI 环节，然后再与等腰三角波
比较输出，
此处采用的是单极性PWM 波控制方式，产生我们所需要的进行升压斩波的PWM 波，对
直流斩波电路中IGBT 的通断控制进而产生理想的输出电压值。
2.4 总体电路方案设计
综上，整体方案设计为直流斩波电路采用PWM 斩波控制的升压斩波电路，输出的直
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流电送往逆变电路。逆变采用三相桥式PWM 逆变电路，采用SPWM 作为调制信号，输出
PWM 波形，再经过滤波电路得到380V、50Hz 三相交流电，在电压输出侧进行电压采样
进而与理想输出值比较转换之后产生所需要的PWM 波，控制输出的稳定和准确。三相逆变器的系统总体框图如图1 所示。
200V 直流电
380V，50HZ 交
PWM 流电
升压斩
波电路
三相
逆变
电路
滤波
电路
SPWM 调
制信号
电压采集，与
理想值比较
PI 环节产生差值
与等腰三角
波比较输出
PWM 控
制信号
图1 系统总体框图
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3 仿真建模
根据系统总体框图，可将其分为升压斩波电路，三相逆变电路（含滤波电路）和闭环
反馈电路，下面分别对其进行仿真建模，然后再进行总体电路的仿真建模。3.1 升压斩波电路仿真建模
升压斩波电路可以选用基本的升压斩波电路，升压斩波电路原理图如图2 所示。该电
路的基本工作原理是：假设L 和C 值很大，当V 处于通态时，电源E 向电感L 充电，充
电电流基本恒定为I1，同时电容C 上的电压向负载R 供电，因为C 值很大，基本保持输
出电压Uo 恒定。当V 处于断态时，电源E 和电感L 同时向电容C 充电，并向负载提供能
量。输出电压高于电源电压，关键有两个原因：一是L 储能之后具有使电压泵升的作用，
二是电容C 可将输出电压保持住。电路输出的电压还要经逆变后滤波，故对波形
的要求不
是很高，与负载并联的电容C 取很大，可以达到滤波的目的，因此不需另外添加滤波电路。
图2 直流升压斩波电路原理图
由于本次设计着重于在Matlab 中进行仿真建模，所以对于各种元器件的查找和仿真
使用就显得尤为重要。可以先打开Simulink Library Browser，在分类菜单中查找所需元件，
也可以直接在查找栏中输入元件名称，双击查找。在最开始的时候没有找到电阻、电容和
电感，后来经过多方努力终于知道了方法，选择SimPowerSystems 下拉菜单Elements 类别
中的Series RLC Branch，放入窗口后，双击该图标，在Branch Type 中选择相应类型，如
果是电阻就选择R，如果是电感就选择L。在仿真中控制IGBT 的波形由PWM 脉冲生成
器Pulse Generator 产生，可以双击Pulse Generator 对占空比进行修改，这是一种很简单的
方法来控制输出电压的值。当把元件找齐之后，按照升压斩波电路原理图连接电路，为了
方便观察输出，应在输出端加上电压测量装置Voltage Measurement，并通过示波器Scope
来观测输出电压的波形。所构成的直流升压斩波电路仿真模型，如图3 所示。
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图3 升压斩波电路仿真模型
3.2 三相桥式PWM 逆变电路仿真建模
逆变电路可参考三相桥式PWM 型逆变电路，其电路图如图4 所示。该电路采用双极
性控制方式。U、V 和W 三相的PWM 控制通常公用一个三角载波c u ，三相的调制信号rU u 、
rV u 和rW u 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rU u > c u 时，给上桥臂1
V 以导通信号，给下桥臂4 V 以关断信号，则U 相相对
于直流电源假想中点N ' 的输出电压' / 2 UN d u =U 。当rU u < c u 时，给4 V 以导通信号，给1
V
以关断信号，则' / 2 UN d u = ?U 。1
V 和4 V 的驱动信号始终是互补的。当给1
V（ 4 V ）加导通信
号时，可能是1
V （ 4 V ）导通，也可能是二极管D1 V （ D 4 V ）续流导通，这要由阻感负载中
电
流的方向来决定。V 相和W 相的控制方式都和U 相相同。电路的波形如图6 所示。图4 三相桥式PWM 型逆变电路
采用双极性方式时，在u r 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u r 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u r 和载波信号u c 的交点时刻控制各开关的
通断。在u r 的正负半周，对各开关器件的控制规律相同，如下图5 所示。
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图5 双极性PWM 控制方式波形图6 三相桥式PWM 逆变电路波形
在仿真的时候由于三相桥式PWM 型逆变电路输出的波形需经过滤波电路才能得
到
要求的380V 交流电，所以在输出端接入了RC 滤波电路。由于需要滤除的高次谐波的频
率都大于50Hz，借用公式f h = 1/ 2π RC 即可得到电阻和电容的取值关系，经
过计算和比较
尝试在这里取R=50Ω，C=31.8uf 可以满足滤波要求。
图7 滤波电路连接图
三相桥式PWM 型逆变电路模型如图8 所示，其中变压器仅起隔离作用，不对电压进
行升降。模块Universal Bridge 3 arms 的完整电路图如图9 所示，即为六个开关器件IGBT
的连接电路。提供SPWM 波的仿真器件采用Discrete PWM Generator，它可以直接产生控
制三相逆变电路的SPWM 波，设置其参数达到设计要求。
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图8 三相桥式PWM 型逆变电路模型
图9 模块Universal Bridge 3 arms 实际连接电路
3.3 闭环反馈电路仿真建模
闭环反馈电路的设计是为了让输出电压更加稳定和准确，通过上面的方案论证决定在
三相电压输出侧进行电压采集，经过整流得到电压幅值，将采集到的电压值与理想输出电
压值进行比较，接着将差值经过PI 环节，然后再与特定的PWM 输出值比较后与等腰三角
波比较输出，此处采用的是单极性PWM 波控制方式，产生我们所需要的进行升压斩波的
PWM 波，对直流斩波电路中IGBT 的通断控制进而产生理想的输出电压值。
其仿真模型电路图如下图10 所示。
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图10 闭环反馈电路仿真模型
3.4 三相逆变电源总体电路仿真建模
本次设计的三相逆变电源总体电路包括直流升压斩波电路，三相桥式PWM 逆变电路
和闭环反馈电路，将升压斩波电路的输出接到逆变电路的输入，接着在逆变电路输出端接
上反馈电路，经过处理后产生的PWM 波连接到直流升压斩波电路的开关器件IGBT 的控
制端，这样就得到本次设计的逆变电源的总体仿真模型，如图11 所示。
图11 逆变电源总体电路仿真模型
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4 仿真结果
4.1 直流升压斩波电路仿真结果
分析直流升压斩波电路的原理，并设置初始参数，输入直流电设置为200V，开关器件
IGBT 和二极管Diode 使用默认参数，其他器件的参数可以通过调试和参考资料进行设置。
如果改变开关器件IGBT 的占空比的值，可以改变其输出电压值，在仿真过程中能够得到
很好的体现，符合直流升压斩波电路的原理。经过多次调节各元件参数发现，增大PWM
波形的占空比或增大电感值，输出电压稳定值增大。电容的作用主要是使输出电压保持住，
电容值过小输出波形会持续震荡，应取较大，但过大的电容值会使输出电压稳定的时间太
长。根据以上规律反复改变各元件参数，直到得到满意的结果。如下图12 即为当占空比
为50%的时候，仿真建模得到的输出波形，该波形是在Scope 中观察到的。
图12 直流升压斩波电路仿真波形
很显然，当占空比为50%时输出电压应该为200V 的两倍，即为400V，在仿真得到的
波形中可以看到在0.038s 后输出稳定的直流电压400V，效果比较好，满足要求。
4.2 三相桥式PWM 逆变电路仿真实现结果
这里说的三相桥式PWM 逆变电路包括了滤波电路在进行逆变电路的仿真中，交流电
的输出波形很容易受到一些参数的影响，要想得到稳定且波形较好的380V，50Hz 的交流
电，必须经过多次调试和研究，将各项参数设定好。在设计中要求输出交流电为380V，此
值为线电压，则每相电压有效值为220V，每相输出的正弦波幅值为220 2 V，约为311V。
根据此要求反复调节各元件参数，发现当输入直流电压为689.85V，离散PWM 生成器的
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调制参数m=0.98 时输出电压满足要求。
此时逆变电路的输出波形如图13 三相桥式PWM 逆变电路仿真波形所示。
图13 三相桥式PWM 逆变电路仿真波形
4.3 闭环反馈电路仿真实现结果
经过闭环反馈电路得到的输出PWM 波形（占空比为71.1%）如图14 所示：
图14 闭环反馈电路产生PWM 波形
4.4 三相逆变电源总体仿真实现结果
首先应该将升压斩波电路的输出电压调到689.85V 左右，再对逆变电源进行仿真。反
复调节参数知当直流升压斩波电路中PWM 脉冲生成器的占空比达到71.1%时，输出的直
流电压约为690V，此时的波形如图15 三相逆变电源升压斩波电路输出波形所示，输出电
压先大幅震荡，大约0.038s 后，稳定在690V 左右。
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三相逆变电源的最终输出电压波形如下图16 所示，由图中可以清楚地看出三相电压
的最大值均为311V，满足输出线电压为380V 的要求，且周期也都是0.02s，也就是符合
输出交流电为50Hz 的要求，同时三相电压依次相差120°，输出的波形也比较好。同时由
于反馈电路的存在，使其抗干扰能力也大为提高，受负载的影响也较小。
图15 三相逆变电源升压斩波电路输出波形
图16 三相逆变电源仿真结果图
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5 结束语
经过一个星期的课程设计，的确收获了很多，感觉自己对于电力电子技术这门课程有
了更加深刻的认识。因为把平时所学的知识应用于实践真的会遇到很多问题，当然也会发
现有很多乐趣在其中。可以说整个设计中最麻烦的就是把一些在课本中学到的知识在
Matlab 中进行仿真得到正确的结果。这个过程是十分繁琐的，也是很锻炼人的。通过本次
课程设计，我学会了使用Matlab 软件仿真集成环境Simulink 进行仿真的基本操作方法，
也对直流斩波电路、逆变电源的原理和闭环控制的思想都有了进一步的理解。在使用Matlab 的Simulink 进行仿真时，很多时候波形不一定能够快速正确的出现，
这个时候就要好好研究其深层次的原理，同时要注意Matlab 的仿真的一些细节，例如哪里
可以接线哪里不行，电路接不接地，仿真时间的设定，采用自动定标器Autoscale 观察波
形等。这些软件的使用技巧在仿真的时候显得尤为重要！以后自己一定要多多注重培养自
己的实践能力，对于一些常用的软件也要更加努力的学习，以求熟练掌握使用。
通过这次的课程设计，使我认识到要将电力电子技术这门专业课学好不仅仅是要把书
上的基本知识学好而且还要不断进行实践，将所学的跟实践操作结合起来才能更好地巩固
所学，才能提高自己的实践能力。而且在实践过程中通过查找资料、分析资料以及请教老
师和同学，使一些不清楚的问题得以解决，这一点也是非常重要的。
当然最关键的还是要靠自己亲自去领会思考如何解决问题，掌握独自面对问题分析问
题的方法。不少人抱怨在大学学不到东西，我并不这样认为。我想无论是在学习还是在生
活上只有自己真正用心去学习和参与才可能有收获，这也算是本次计算机控制技术课程设
计给我知识之外的一点小小的感悟。总之本次课程设计的收获确实良多，很珍惜这样的的
机会，因为可以锻炼自己提升自己。
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参考文献
[1]王兆安，刘进军.电力电子技术（第五版）.北京：机械工业出版社，2009
[2]谢卫.电力电子与交流传动系统仿真.北京:机械工业出版社,2009
[3]周建兴.MATLAB 从入门到精通.北京：人民邮电出版社，2008
[4]陈坚.电力电子学——电力电子变换和控制技术.北京：高等教育出版社，2002
[5]薛定宇.基于Matlab/Simulink 的系统仿真技术与应用.北京：清华大学出版社，2006
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四桥臂三相逆变器的控制策略 阮新波严仰光 摘要提出了一种新型的三相四线逆变器，它有四个桥臂，第四个桥臂用来构成中点，从而省去了三相三桥臂逆变器中的中点形成变压器，减小了逆变器的体积和重量。针对这种逆变器，本文提出了一种电流调节器，它根据三相滤波电感电流和给定电流的误差值最大的那相选择逆变器的开关模态。为了消除输出相电压的静态误差，本文讨论 了一种基于PI调节器改进的电压调节方案。仿真结果表明，本文的思路是可行的。本 文为构造大功率、高效率的三相四线逆变器提供了可靠的理论基础。 关键词：三相逆变器控制策略 The Control Strategy for Three-Phase Inverter with Four Bridge Legs Ruan Xinbo Yan Yangguang （Nanjing University of Aeronaut ics & Astronautics 210016 China） Abstract A novel three phase inverter with four bridge legs i s presented in this paper.The inverter eliminates the neutral forming transforme r by adding a bridge leg to form neutral point to provide balanced voltages to a ny kinds of three phase loads.The principle of the inverter is analyzed,and a ne w current regulator,which chooses switching modes a ccording to the maximum cur rent error of filter inductance current and the reference current is proposed.Th e modified voltage regulator on the basis of PI regulator is proposed to elimina te output voltage static error under any load conditions. Keywords:Three-phase Inverters Control strategies 1 引言 三相逆变器一般是采用三个桥臂组成的拓扑结构，为了给不对称负载供电，必须在 输出端加入一个中点形成变压器(Neutral Formed Transformer，NFT)，如图1所示。中点形成变压器是变比为1的自耦变压器，工作频率为输出交流电的频率，体积和重 量很大，而且体积和重量随着负载不对称的程度变化而变化，不对称度越大，NFT的体积重量也就越大。
电力电子技术课程设计报告 有源逆变电路的设计 姓名 学号 年级20级 专业电气工程及其自动化 系（院） 指导教师 2012年12 月10 日 课程设计任务书
课程《电力电子技术》 题目 有源逆变电路的设计 引言 任务： 在已学的《电力电子技术》课程后，为了进一步加强对整流和有源逆变电路的认识。可设计一个三相全控桥式整流电路及有源逆变电路。分析两种电路的工作原理及相应的波形。通过电路接线的实验手段来进行调试，绘制相关波形图 要求： a. 要有设计思想及理论依据 b. 设计出电路图即整流和有源逆变电路的结构图 c. 计算晶闸管的选择和电路参数 d. 绘出整流和有源逆变电路的u d(t)、i d(t)、u VT(t)的波形图 e. 对控制角α和逆变β的最小值的要求
设计题目三相全控桥式整流及有源逆变电路的设计 一．设计目的 1．更近一步了解三相全控桥式整流电路的工作原理，研究全控桥式整流电路分别工作在电阻负载、电阻—电感负载下Ud, Id及Uvt的波形，初步 认识整流电路在实际中的应用。 2．研究三相全控桥式整流逆变电路的工作原理，并且验证全控桥式电路在有源逆变时的工作条件，了解逆变电路的用途。 二．设计理念与思路 晶闸管是一种三结四层的可控整流元件，要使晶闸管导通，除了要在阳极—阴极间加正向电压外，还必须在控制级加正向电压，它一旦导通后，控制级就失去控制作用，当阴极电流下降到小于维持电流，晶闸管回复阻断。因此，晶闸管的这一性能可以充分的应用到许多的可控变流技术中。 在实际生产中，直流电机的调速、同步电动机的励磁、电镀、电焊等往往需要电压可调的直流电源，利用晶闸管的单向可控导电性能，可以很方便的实现各种可控整流电路。当整流负载容量较大时，或要求直流电压脉冲较小时，应采用三相整流电路，其交流侧由三相电源提供。三相可控整流电路中，最基本的是三相半波可控整流电路，应用最广泛的是三相桥式全控整流电路。三相半波可控电路只用三只晶闸管，接线简单，但晶闸管承受的正反向峰值电压较高，变压器二次绕组的导电角仅120°，变压器绕组利用率较低，并且电流是单向的，会导致变压器铁心直流磁化。而采用三相全控桥式整流电路，流过变压器绕组的电流是反向电流，避免了变压器铁芯的直流磁化，同时变压器绕组在一个周期的导电时间增加了一倍，利用率得到了提高。 逆变是把直流电变为交流电，它是整流的逆过程，而有源逆变是把直流电经过直-交变换，逆变成与交流电源同频率的交流电反送到电网上去。逆变在工农业生产、交通运输、航空航天、办公自动化等领域已得到广泛的应用，最多的是交流电机的变频调速。另外在感应加热电源、航空电源等方面也不乏逆变电路的身影。 在很多情况下，整流和逆变是有着密切的联系，同一套晶闸管电路即可做整流，有能做逆变，常称这一装置为“变流器”。 三．关键词
湖南文理学院 课程设计报告 三相PWM逆变器的设计 课程名称：专业综合课程设计 专业班级：自动化10102班
摘要 本次课程设计题目要求为三相PWM逆变器的设计。设计过程从原理分析、元器件的选取，到方案的确定以及Matlab仿真等，巩固了理论知识，基本达到设计要求。 本文将按照设计思路对过程进行剖析，并进行相应的原理讲解，包括逆变电路的理论基础以及Matlab仿真软件的简介、运用等，此外，还会清晰的介绍各个环节的设计，比如触发电路、控制电路、主电路等，其中部分电路的绘制采用Proteus软件，最后结合Matlab Simulink仿真，建立了三相全控桥式电压源型逆变电路的仿真模型，进而通过软件得到较为理想的实验结果。 关键词：三相PWM 逆变电路Matlab 仿真
Abstract The curriculum design subject requirements for the design of the three-phase PWM inverter. Design process from the principle of analysis, selection of components, to scheme and the Mat-lab simulation, etc., to consolidate the theoretical knowledge, basic meet the design requirements. This article will be carried out in accordance with the design of process analysis, and the corresponding principles, including the theoretical foundation of the inverter circuit and introduction, using Matlab simulation software, etc., in addition, will also clearly introduces the design of every link, such as trigger circuit, control circuit, main circuit, etc., some of the drawing of the circuit using Proteus software, finally combined with Matlab Simulink, established a three-phase fully-controlled bridge voltage source type inverter circuit simulation model, and then through the software to get the ideal results. Keywords: Matlab simulation, three-phase ,PWM, inverter circuit
两电平三相逆变器控制方法
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两电平三相逆变器控制方法 黄洋 （上海大学机自学院） 摘要：目前三相逆变器的控制方法主要采用的是PWM控制，根据两电平三相逆变器的工作原理，经过比较，选择空间矢量PWM控制。了解其控制原理，通过合理地选择、安排开关变量(开关器件的通断状态)的转换顺序和通、断持续时间，利用特定位置的电压空间矢量和零矢量合成任意空间矢量，可以调控三相输出电压的大小和相位，以实现两电平三相逆变器的PWM控制。 关键词：空间矢量PWM控制；三相逆变器 Control methods of two-level and three-phase inverter Huang yang (Shanghai University) Abstract: At present, the three-phase inverter’s control methods mainly adopt the PWM. According to the two-level and three-phase inverter’s working principle, we choose the Space-vector PWM. After understand its control principle, we can control and adjust the amplitude and phase of three-phase output voltage, which used specific position voltage space-vector and zero-vector to synthesize arbitrary space-vector by select and arrange the switch variables (Switch devices’ On-Off states) reasonably. Therefore, we can achieve the control of two-level and three-phase inverter. Key words: Space-vector PWM; three-phase inverter 1引言 逆变器是一种将直流电压变换成交流电压的装置。依据不同的分类规则，逆变器有多种分类方式。根据直流环节直流电源性质的不同，可以分为电压源型和电流源型；根据相数又可以分为单相、三相和多相；另外根据逆变器的主电路结构又可以分为简单两电平逆变器、多电平逆变器和多重化逆变器。 PWM技术可以用于电压型逆变器，也可以用于电流型逆变器，它对逆变技术的发展起了巨大的推动作用。它具有以下显著优点: (1)电路简单，只用一个功率控制级就可以调节电压和频率。 (2)可以使用不可控整流桥，使系统对电网的功率因数与逆变器输出电压值无关。 (3)可以同时进行调频、调压，与中间直流环节的元件参数无关，系统的动态响应速度快。 (4)可以获得更好的波形改善效果。 正是由于这些优点，使PWM技术在当今逆变器控制领域占据了绝对的主导地位。 2三相逆变器简介
三相无源逆变器的构建及其MATLAB仿真1逆变器 1.1逆变器的概念 逆变器也称逆变电源，是一种可将直流电变换为一定频率下交流电的装置。相对于整流器将交流电转换为固定电压下的直流电而言，逆变器可把直流电变换成频率、电压固定或可调的交流电，称为DC-AC变换。这是与整流相反的变换，因而称为逆变。 1.3逆变器的分类 现代逆变技术的种类很多，可以按照不同的形式进行分类。其主要的分类方式如下： 1)按逆变器输出的相数，可分为单相逆变、三相逆变和多相逆变。 2)按逆变器输出能量的去向，可分为有源逆变和无源逆变。 3)按逆变主电路的形式，可分为单端式、推挽式、半桥式和全桥式逆变。 4)……………. 2 三相逆变电路 三相逆变电路，是将直流电转换为频率相同、振幅相等、相位依次互差为120°交流电的一种逆变网络。 图 1 三相逆变电路
日常生活中使用的电源大都为单相交流电，而在工业生产中，由于诸多电力能量特殊要求的电气设备均需要使用三相交流电，例如三相电动机。随着科技的日新月异，很多设备业已小型化，许多原来工厂中使用的大型三相电气设备都被改进为体积小、耗能低且便于携带的小型设备。尽管这些设备外形发生了很大的变化，其使用的电源类型——三相交流电却始终无法被取代。在一些条件苛刻的环境下，电力的储能形式可能只有直流电，如若在这样的环境下使用三相交流电设备，就要求将直流电转变为特定要求的三相交流电以供使用。这就催生了三相逆变器的产生。 4MATLAB仿真 Matlab软件作为教学、科研和工程设计的重要方针工具，已成为首屈一指的计算机仿真平台。该软件的应用可以解决电机电器自动化领域的诸多问题。利用其中的Simulink模块可以完成对三相无源电压型SPWM逆变器的仿真，并通过仿真获取逆变器的一些特性图等数据。 图 2 系统Simulink 仿真 所示为一套利用三相逆变器进行供电的系统的Matlab仿真。系统由一个380v的直流电源供电，经过三相整流桥整流为三相交流电,并进行SPWM正弦脉宽调制。输出经过一个三相变压器隔离后通入一个三相的RLC负载模块（Three phase parallel RLC）。加入了两个电压测量单元voltage measurement和voltage measurement1，并将结果输出到示波器模块Scope1.
3KVA三相逆变器设计 1概述 随着各行各业自动化水平及控制技术的发展和其对操作性能要求的提高，许多行业的用电设备（如通信电源、电弧焊电源、电动机变频调速器等）都不是直接使用交流电网作为电源，而是通过形式对其进行变换而得到各自所需的电能形式，它们所使用的电能大都是通过整流和逆变组合电路对原始电能进行变换后得到的。 当今世界逆变器应用非常广泛。逆变器是将直流变为定频定压或调频调压交流电的变换器，传统方法是利用晶闸管组成的方波逆变电路实现，但由于其含有较大成分低次谐波等缺点，近十余年来，由于电力电子技术的迅速发展，全控型快速半导体器件BJT，IGBT，GTO 等的发展和PWM 的控制技术的日趋完善，使SPWM 逆变器得以迅速发展并广泛使用。PWM 控制技术是利用半导体开关器件的导通与关断把直流电压变成电压脉冲列，并通过控制电压脉冲宽度和周期以达到变压目的或者控制电压脉冲宽度和脉冲列的周期以达到变压变频目的的一种控制技术，SPWM 控制技术又有许多种，并且还在不断发展中，但从控制思想上可分为四类，即等脉宽PWM 法，正弦波PWM 法（SPWM 法），磁链追踪型PWM 法和电流跟踪型PWM 法，其中利用SPWM 控制技术做成的SPWM 逆变器具有以下主要特点：（1）逆变器同时实现调频调压，系统的动态响应不受中间直流环节滤波器参数的影响。 （2）可获得比常规六拍阶梯波更接近正弦波的输出电压波形，低次谐波减少，在电气传动中，可使传动系统转矩脉冲的大大减少，扩大调速范围，提高系统性能。 （3）组成变频器时，主电路只有一组可控的功率环节，简化了结构，由于采用不可控整流器，使电网功率因数接近于1，且与输出电压大小无关。 本次课程设计要完成的是设计容量为3KVA的三相逆变器。初始条件为：输入直流电压220V。要求输出220V三相交流电，完成总电路的设计，并计算电路中各元件的参数。
三相逆变器的建模 1.1 逆变器主电路拓扑与数学模型 三相全桥逆变器结构简单,采用器件少,并且容易实现控制,故选择三相三线两电平全桥逆变器作为主电路拓扑,如图 1所示。 图 1三相三线两电平全桥逆变拓扑 图 1中V dc 为直流输入电压;C dc 为直流侧输入电容;Q 1-Q 6为三个桥臂的开关管;L fj (j =a ,b ,c )为滤波电感;C fj (j =a ,b ,c )为滤波电容,三相滤波电容采用星形接法;N 为滤波电容中点;L cj (j =a ,b ,c )就是为确保逆变器输出呈感性阻抗而外接的连线电感 ;v oj (j =a ,b ,c )为逆变器的滤波电容端电压即输出电压;i Lj (j =a ,b ,c )为三相滤波电感电流,i oj (j =a ,b ,c )为逆变器的输出电流。 由分析可知,三相三线全桥逆变器在三相静止坐标系abc 下,分析系统的任意状态量如输出电压v oj (j =a ,b ,c )都需要分别对abc 三相的三个交流分量v oa 、v ob 、v oc 进行分析。但在三相对称系统中,三个交流分量只有两个就是相互独立的。为了减少变量的个数,引用电机控制中的Clark 变换到三相逆变器系统中,可以实现三相静止坐标系到两相静止坐标系的变换,即将abc 坐标系下的三个交流分量转变成αβ坐标系下的两个交流分量。由自动控制原理可以知道,当采用PI 控制器时,对交流量的控制始终就是有静差的,但PI 控制器对直流量的调节就是没有静差的。为了使逆变器获得无静差调节,引入电机控制中的Park 变换,将两相静止坐标系转换成两相旋转坐标系,即将αβ坐标系下的两个交流分量转变成dq 坐标系下的两个直流分量。 定义αβ坐标系下的α轴与abc 三相静止坐标系下的A 轴重合,可以得到Clark 变换矩阵为: 11122230Clark T ? ?--?? ? =??? (1) 两相静止坐标系αβ到两相旋转坐标系dq 的变换为Park 变换,矩阵为:
三相光伏并网逆变器的设计毕业设计开题报告 1 选题的目的和意义 随着社会生产的曰益发展，对能源的需求量在不断增长，全球范围内的能源危机也日益突出。地球中的化石能源是有限的，总有一天会被消耗尽。随着化石能源的减少，其价格也会提高，这将会严重制约生产的发展和人民生活水平的提高。可再生能源是满足世界能源需求的一种重要资源，特别是对于我们这个人口大国来讲更加重要。其中太阳能资源在我国非常丰富，其应用具有很好的前景。 光伏并网发电系统是通过太阳能电池板将太阳能转化为电能，并通过并网逆变器将直流电变为与市电同频同相的交流电，并回馈电网。存阳光充足时，太阳能发出的电可供使用，而不使用市网电；在阳光不充足或光伏发电量达不到使用量时，由控制部分自动调节，通过市网电给予补充。此系统主要用于输电线路调峰电站以及屋顶光伏系统。 光伏并网发电系统的核心技术是并网逆变器，在本文中对于单相并网逆变器硬件进行了建摸及设计。给出了硬件主回路并对各部分的功能进行了分析，同时选用Tl公司的DSP芯片TMs320F2812作为控制CPU，阐述了芯片特点及选择的原因。并对并网逆变器的控制及软件实现进行了研究。文中对于光伏电池的最大功率跟踪(MPPT)技术作了闸述并提出了针对本设计的实现方法。最后对安全并网的相关问题进行了分析探讨。 2 本选题的国内外动向 太阳能光伏并网发电始于20世纪80年代，由于光伏并网逆变器在并网发电中所起的核心作用，世界上主要的光伏系统生产商都推出了各自商用的并网逆变器产品。这些并网逆变器在电路拓扑、控制方式、功率等级上都有其各自特点，其性能和效率也参差不齐。目前在国内外市场上比较成功的商用光伏并网逆变器主要有以下几种： 1．德国SMA公司的Sunny Boy系列光伏逆变器艾思玛太阳能技术股份公司(SMA SolarTechnology AG)是全球光伏逆变器第一大生产供应商，并引领着全球光伏领域的技术创新和发展。该公司推出的Sunny Boy系列光伏组串逆变器是目前为止并网光伏发电站最成功的逆变器，市场份额高达60％。其在国内的典型工程包括大兴天普“50kWp大型屋顶光伏并网示范电站"、深圳国际园林花卉博览园1MWp光伏并网发电工程等。 2．奥地利Fronius公司的IG系列光伏逆变器Fronius是专业生产光伏并网逆变器和控制器
课程设计 题目3KVA三相逆变电源设计学院自动化学院 专业自动化 班级 姓名 指导教师朱国荣 2014 年 1 月 2 日
课程设计任务书 学生姓名：专业班级：自动化1102 指导教师：朱国荣工作单位：自动化学院 题目: 3KVA三相逆变电源设计 初始条件： 输入直流电压110V。 要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求） 设计容量为3KVA的三相逆变器，要求达到： 1、输出380V，频率50Hz三相交流电。 2、完成总电路设计。 3、完成电路中各元件的参数计算。 时间安排： 课程设计时间为两周，将其分为三个阶段。 第一阶段：复习有关知识，阅读课程设计指导书，搞懂原理，并准备收集设计资料，此阶段约占总时间的20%。 第二阶段：根据设计的技术指标要求选择方案，设计计算。 第三阶段：完成设计和文档整理，约占总时间的40%。 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日
目录 摘要 (1) 1 设计要求、意义及思路 (2) 1.1 设计意义 (2) 1.2 设计要求 (2) 1.3 设计思路 (3) 2 方案设计及原理 (3) 2.1逆变电路 (3) 2.2 SPWM采样方法选择 (4) 2.3 LC滤波 (5) 2.4 升压变压器 (6) 3 主电路设计及参数设计 (7) 3.1 IGBT三相桥式逆变电路 (7) 3.2 脉宽控制电路的设计 (9) 3.2.1 SG3524芯片 (9) 3.2.2 调制波及载波的产生 (10) 3.3 触发电路的设计 (11) 3.3.1 IR2110芯片构成的触发 (11) 3.3.2 M57962L芯片构成的触发电路 (12) 3.4其他部分的参数设计 (13) 结束语 (15) 参考文献 (16) 附录一： (17) 附录二：主电路图 (18)
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： ①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，
②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容。 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，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=10Ω，L=15mH
设计容： 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）。
三相电压型逆变器 一．电力电子器件的发展： 1.概述： 1957年可控硅(晶闸管)的问世，为半导体器件应用于强电领域的自动控制迈出了重要的一步，电力电子开始登上现代电气传动技术舞台，这标志着电力电子技术的诞生。20世纪60年代初已开始使用电力电子这个名词，进入70年代晶闸管开始派生各种系列产品，普通晶闸管由于其不能自关断的特点，属于半控型器件，被称作第一代电力电子器件。随着理论研究和工艺水平的不断提高，以门极可关断晶闸管（GTO）、电力双极性晶体管（BJT）和电力场效应晶体管（Power-MOSFET）为代表的全控型器件迅速发展，被称作第二代电力电子器件。80年代后期，以绝缘栅极双极型晶体管（IGBT）为代表的复合型第三代电力电子器件异军突起，而进入90年代电力电子器件开始朝着智能化、功率集成化发展，这代表了电力电子技术发展的一个重要方向 电子技术被认为是现代科技发展的主力军，电力电子就是电力电子学，又称功率电子学，是利用电子技术对电力机械或电力装置进行系统控制的一门技术性学科，主要研究电力的处理和变换，服务于电能的产生、输送、变换和控制。（电力电子的发展动向）电力电子技术包括功率半导体器件与IC 技术、功率变换技术及控制技术等几个方面，其中电力电子器件是电力电子技术的重要基础，也是电力电子技术发展的“龙头”。电力电子器件(Power Electronic Device)又称为功率半导体器件，用于电能变换和电能控创电路中
的大功率(通常指电流为数十至数千安，电压为数百伏以上)电子器件。广义上电力电子器件可分为电真空器件(Electron Device)和半导体器件(Semiconductor Device)两类。 2.发展： A.整流管： 整流管是电力电子器件中结构最简单、应用最广泛的一种器件。目前主要有普通整流管、快恢复整流管和肖特基整流管三种类型。电力整流管在改善各种电力电子电路的性能、降低电路损耗和提高电源使用效率等方面发挥着非常重要的作用。目前，人们已通过新颖结构的设计和大规模集成电路制作工艺的运用，研制出集PIN整流管和肖特基整流管的优点于一体的具有MPS、SPEED和SSD等结构的新型高压快恢复整流管。它们的通态压降为IV 左右，反向恢复时间为PIN整流管的1/2，反向恢复峰值电流为PIN整流管的1/3。 B.晶闸管： 自1957年美国通用电气公司GE研制出第一个晶闸管开始，其结构的改进和工艺的改革，为新器件开发研制奠定了基础，其后派生出各种系列产品。1964年，GE公司成功开发双向晶闸管，将其应用于调光和马达控制；1965年，小功率光触发晶闸管问世，为其后出现的光耦合器打下了基础；60年代后期，出现了大功率逆变晶闸管，成为当时逆变电路的基本元件；逆导晶闸管和非对称晶闸管于1974年研制完成。 C.门极可关断晶闸管： GTO可达到晶闸管相同水平的电压、电流等级，工作频率也可扩展到
《电力电子技术》课程设计说明书三相桥式PWM逆变电路的设计院、部：电气与信息工程 学生姓名：刘远治 指导教师：桂友超职称副教授 专业：电气工程及其自动化 班级：电气本1104班 完成时间：2014年06月
摘要 本文设计了一个三相桥式PWM控制的逆变电路。PWM控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术,如果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波形。该设计包括主电路、驱动电路、SPWM信号产生电路、过流保护等方面的设计。该逆变器主电路采用的开关器件是IGBT；如需实物制作，驱动电路可采用现在大功率MOSFET、IGBT专用驱动芯片IR2110；PWM信号产生电路可采用CD4538芯片控制产生。 关键词：三相桥式；主电路；IR2110；CD4538
Abstract This paper designed a three-phase PWM controlled inverter bridge circuit. PWM control is on the pulse width modulation technology, if the pulse width changes according to sine law and the sine wave PWM waveform equivalent, also known as SPWM waveform. The design includes the main circuit, driver circuit, SPWM signal generation circuit, over-current protection and other aspects of design. The inverter main circuit uses IGBT; If you need make it real, driver circuit can use high-power MOSFET, IGBT dedicated driver chip IR2110; PWM signal generation circuit controlled by the CD4538 chip produced。 Key words three-phase bridge; main circuit; IR2110; CD4538
三相无源电压型SPWM逆变器的构建及其MATLAB仿真 09 电气工程及其自动化邱迪 摘要：本文简要介绍了三相无源电压型SPWM输出的逆变器的构建和工作方式及其MATLAB 仿真。 关键词：三相逆变器正弦脉宽调制(SPWM)技术MATLAB仿真 Abstract: This paper introduces briefly the construction of 3-phase inverter which output SPWM wave and the MATLAB-based simulation. Key word:Three-phase inverter Sinusoidal Pulse Width Modulation Power electronic technology 1逆变器 1.1逆变器的概念 逆变器也称逆变电源，是一种可将直流电变换为一定频率下交流电的装置。相对于整流器将交流电转换为固定电压下的直流电而言，逆变器可把直流电变换成频率、电压固定或可调的交流电，称为DC-AC变换。这是与整流相反的变换，因而称为逆变。[1] 1.2逆变器涉及的技术 逆变器的构建应用了电力电子学科中的很多关键技术。电路中电流的可控流通断开的过程中应用了多种可控硅类型的电力电子器件；开关的控制过程应用了基于微处理器的现代控制技术；对于正弦波形的仿制过程应用了正弦波脉宽调制（SPWM）技术等等。 1.3逆变器的分类 现代逆变技术的种类很多，可以按照不同的形式进行分类。其主要的分类方式如下： 1)按逆变器输出的相数，可分为单相逆变、三相逆变和多相逆变。
2)按逆变器输出能量的去向，可分为有源逆变和无源逆变。 3)按逆变主电路的形式，可分为单端式、推挽式、半桥式和全桥式逆变。 4)按逆变主开关器件的类型，可分为晶闸管逆变、晶体管逆变、场效应管逆变等等。 5)按输出稳定的参量，可分为电压型逆变和电流型逆变。 6)按输出电压或电流的波形，可分为正弦波输出逆变和非正弦波输出逆变。 7)按控制方式，可分为调频式(PFM)逆变和调脉宽式(PWM)逆变。[2] 2 三相逆变电路 三相逆变电路，是将直流电转换为频率相同、振幅相等、相位依次互差为120°交流电的一种逆变网络。 图 1 三相逆变电路 日常生活中使用的电源大都为单相交流电，而在工业生产中，由于诸多电力能量特殊要求的电气设备均需要使用三相交流电，例如三相电动机。随着科技的日新月异，很多设备业已小型化，许多原来工厂中使用的大型三相电气设备都被改进为体积小、耗能低且便于携带的小型设备。尽管这些设备外形发生了很大的变化，其使用的电源类型——三相交流电却始终无法被取代。在一些条件苛刻的环境下，电力的储能形式可能只有直流电，如若在这样的环境下使用三相交流电设备，就要求将直流电转变为特定要求的三相交流电以供使用。这就催生了三相逆变器的产生。
湘潭大学 课程设计报告书题目：三相桥式PWM逆变电路设计 学院信息工程学院 专业自动化 学生 同组成员 指导教师 课程编号 课程学分 起始日期
目录 一、课题背景 (1) 二、三相桥式SPWM逆变器的设计内容及要求 (2) 三、SPWM逆变器的工作原理 (3) 1.工作原理 (4) 2.控制方式 (5) 3.正弦脉宽调制的算法 (8) 四、MATLAB仿真分析 (17) 五、电路设计 (11) 1.主电路设计 (11) 2.控制电路设计 (12) 3.保护电路设计 (14) 4.驱动电路设计 (15) 六、实验总结 (21) 附录 (22) 参考文献 (23)
三相桥式SPWM逆变电路设计 一、课题背景 随着电力电子技术的飞速发展，正弦波输出变压变频电源已被广泛应用在各个领域中，与此同时对变压变频电源的输出电压波形质量也提出了越来越高的要求。对逆变器输出波形质量的要求主要包括两个方面：一是稳态精度高；二是动态性能好。因此，研究开发既简单又具有优良动、静态性能的逆变器控制策略，已成为电力电子领域的研究热点之一。 在现有的正弦波输出变压变频电源产品中，为了得到SPWM波，一般都采用双极性调制技术。该调制方法的最大缺点是它的6个功率管都工作在较高频率(载波频率)，从而产生了较大的开关损耗，开关频率越高，损耗越大。本实验针对正弦波输出变压变频电源SPWM 调制方式及数字化控制策略进行了研究，以SG3525为主控芯片，以期得到一种较理想的调制方法，实现逆变电源变压、变频输出。 正弦逆变电源作为一种可将直流电能有效地转换为交流电能的电能变换装 置被广泛地应用于国民经济生产生活中 ,其中有:针对计算机等重要负载进行断电保护的交流不间断电源 UPS (Uninterruptle Power Supply) ;针对交流异步电动机变频调速控制的变频调速器;针对智能楼宇消防与安防的应急电源 EPS ( Emergence Power Supply) ;针对船舶工业用电的岸电电源 SPS(Shore Power Supply) ;还有针对风力发电、太阳能发电等而开发的特种逆变电源等等.随着控制理论的发展与电力电子器件的不断革新 ,特别是以绝缘栅极双极型晶体管 IGBT( Insulated Gate Bipolar Transistor)为代表的自关断可控型功率半导体器件出现 ,大大简化了正弦逆变电源的换相问题 ,为各种 PWM 型逆变控制技术的实现提供了新的实现方法 ,从而进一步简化了正弦逆变系统的结构与控制. 电力电子器件的发展经历了晶闸管（SCR）、可关断晶闸管（GTO）、晶体管（BJT）、绝缘栅晶体管（IGBT）等阶段。目前正向着大容量、高频率、易驱动、低损耗、模块化、复合化方向发展，与其他电力电子器件相比，IGBT具有高可靠性、驱动简单、保护容易、不用缓冲电路和开关频率高等特点，为了达到这些高性能，采用了许多用于集成电路的工艺技术，如外延技术、离子注入、精细光刻等。 IGBT最大的优点是无论在导通状态还是短路状态都可以承受电流冲击。它的并联不成问题，由于本身的关断延迟很短，其串联也容易。尽管IGBT模块在大功率应用中非常广泛，但其有限的负载循环次数使其可靠性成了问题，其主要失效机理是阴极引线焊点开路和焊点较低的疲劳强度，另外,绝缘材料的缺陷也是一个问题。
一个新的全桥零电压开关移相DC-DC转换器的工作周期和ZVS范围扩大 摘要： 本文提出了完整的理论分析, 有LCC辅助电路的全桥零电压移相开关（fb-zvs-ps）DC-DC转换器的模拟和的优化设计,在250kHz的频率下工作，输出功率1kW。该变换器采用电容分压器在辅助电感一端创建一半的输入电压。因此在电感两端的电压会在–VI / 2 到+ VI / 2之间摆动，并在被动-主动转换的过程中产生一个额外的增强的初级电流，并增加适合产生ZVS的能量。用这种方法是可能在不使用换向电感的条件下在一系列电力变压器中设计出fb-ps-zvs直流/直流变换器从而避免减少有效占空比的相关问题。更进一步，通过适当的LCC的电路设计，我们发现在整体没有明显损害的前提下ZVS范围和有效工作周期可以优化。 1.介绍： 由于其优越的特性，采用全桥零电压开关移相器已成为首选的拓扑结构的DC-DC转换，用于几百瓦的功率与高输入电压的应用。fb-zvs-ps转换器的主要优点是由于零电压开关和恒定频率操作效率高，允许一个简单的控制，类似于硬开关PWM全桥变换器。 传统的fb-zvs-ps转换器的主要缺点是对负载的依赖，当负载过轻时ZVS 的条件便会不满足。因此，在一系列的电力变压器中，几乎每一个应用程序为了使ZVS的负载范围加宽都需要一个大的换向电感。这个大的电感，当负载很大时不仅会产生高的不可接受的导通损耗，并且会防止初级电流极慢的变化，这将会对有效占空比的降低负责。所以，必须要有一个折衷的设计，考虑到输入电压规格、负载范围、工作周期和效率。 为了解决这个问题，一些新的技术已经开始被提出和开发。引用[5]定义的fb-zvs-ps转换器和采用饱和电抗器与初级绕组和次级整流二极管系列具有局限性。这个过程可以使运行下的零电压开关范围更大，没有显著的导通损耗增加，但始终存在消除多余能量时发生饱和的问题。 参考[ 6 ]描述了一种方法，用一个主换向电感器与终端连接在一个转换被动与主动的腿的中点，其他通过两个钳位二极管连接到输入电压源。通过这种方法，ZVS将会因为桥管获得一个较宽的负载范围。然而，为P-A腿提供正的连续电流钳位二极管，会遭受硬开关，因此将会带来换向损失和召回缓冲。 一种减少上述问题的方法是采用一二绕组电感箝位到输出，如[7–9]所描述：
湖南文理学院课程设计报告 课程名称：专业设计 系部：电气与信息工程学院 专业班级：自动化07103班 学生姓名：姚金兵 学好：200716010324 指导教师：敖章鸿 完成时间：2010.12.30 评阅意见： 评阅教师日期
目录 一、设计要求 ------------------------------------------------------------------------------------------ - 3 - 二、设计的目的 ---------------------------------------------------------------------------------------- - 3 - 三、设计的具体 ---------------------------------------------------------------------------------------- - 3 - （1）、系统概述 -------------------------------------------------------------------------------------- - 3 - 1、三相pwm逆变器工作原理----------------------------------------------------------------- - 3 - 2、单元电路设计---------------------------------------------------------------------------------- - 4 - （2）、控制电路设计 ------------------------------------------------------------------------------- - 6 - 1、触发电路 ---------------------------------------------------------------------------------------- - 6 - （3）、双闭环控制电路的工作原理---------------------------------------------------------- - 8 - 1、电流调节器------------------------------------------------------------------------------------- - 8 - （4）、检测电路 ------------------------------------------------------------------------------------ - 10 - 1、电流互感器----------------------------------------------------------------------------------- - 10 - 2、电压互感器----------------------------------------------------------------------------------- - 11 - 3、给定电压 -------------------------------------------------------------------------------------- - 11 - 4、仿真与分析----------------------------------------------------------------------------------- - 12 - 四．心得体会及建议 ------------------------------------------------------------------------------ - 12 - 五、参考文献 ------------------------------------------------------------------------------------------------------ - 14 - 六、附录--------------------------------------------------------------------------------------------------- - 15 -