三相逆变器的设计(精)

三相PWM逆变电源控制系统PID参数设计摘要：针对PWM电源控制系统中PID参数难以确定这一实际问题，提出了根据系统极点配置设计PID参数的方法。

给出了整个系统的结构，分析了采用极点配置方法设计PID控制回路的过程，保证了控制系统具有理想的动态品质。

通过对控制系统仿真验证了该方法的有效性。

关键词： PWM逆变电源；极点配置；PID参数PID控制是最早发展起来的控制策略之一，具有算法简单、易于实现、鲁棒性好且可靠性高等优点，是一种最通用的控制方法，在各种电源控制系统中得到了很好的应用。

对于PID 参数的确定，一般有经验的技术人员会根据以往的调试经验，直接设置控制系统的PID参数，最终通过不断调试来满足要求。

没有经验的多数人选择用仿真的方法预先试出一个较为合适的PID参数，然后在此基础上不断调试。

这两种方法都缺少一定的理论依据，工作量比较大，并且在系统参数变化的情况下，所选的PID参数对系统性能的影响无从得知。

虽然复杂的、非线性系统的数学模型难以确定，但是在前人所做工作的基础上，经过一定的分析和简化，最终可表示成传递函数的形式。

本文将PID控制应用于PWM电源系统中，该系统的传递函数可由零点、极点和增益因子完全确定。

零点和极点的含义是，当复频率取值在零点或极点上时，传递函数取零值或趋向无穷大。

因此，零极点必然和频率响应密切相关。

故通过零极点协调配置的方法，可以达到所期望的响应。

1 PWM逆变电源主电路结构及数学模型图1所示为三相PWM逆变器主电路原理图[1]，Vdc为直流侧电源，C2、C3两个电容为负载提供地线，Rs为IGBT开关的等效电阻，R1和L为输出滤波电感的等效电阻和电感量，C为滤波电容，ik0表示负载电流。

图1粗线所示的一相回路中，采用的PID调节产生一相的调制波，再与三角载波比较产生PWM信号。

由于三相的控制方式与此相同，因此只对一相电路分析。

主电路中功率开关管工作于“开”和“关”两种状态，桥臂中点输出电压Vdc是以Vdc/2为幅值的脉冲电压，Vk(k=a，b，c)是不连续的。

第四章三相SPWM逆变器4．１三相ＳＰＷＭ逆变器的结构ＳＰＷＭ逆变器与ＰＷＭ逆变器在主电路方面没有本质的区别，将电压型ＰＡＭ主电路结构中的晶闸管替换为ＩＧＢＴ就成了ＳＰＷＭ型逆变器的主电路结构。

ＳＰＷＭ脉宽调制时，瞬时电压以极高的速度切换方向而输出半波内不改变方向，因此，输出电压与输出电流常常方向不一致，这时就需要续流二极管来提供与电压极性相反的电流通道。

加上了续流二极管的三相逆变桥，我们就设计好了ＳＰＷＭ逆变器的基本主电路。

图４．１是ＳＰＷＭ逆变器的主电路结构，它由六只ＩＧＢＴ组成三相桥式结构，每个桥上反并联了续流二极管。

4.1 SPWM逆变器的主电路图ＩＧＢＴ器件有自己特有的驱动电路及保护电路，实际中ＩＧＢＴ通常不以单独的形式供货，而是以包括了驱动及保护电路的智能模块（ＩＰＭ）方式提供的。

ＩＰＭ不仅为ＩＧＢＴ器件提供了驱动电路及保护电路，也为整个模块提供了过热保护等。

在容量比较小的情况下，ＩＰＭ常常做成多器件结构，例如六单元或七单元结构。

六单元结构集成了一个完整的ＳＰＷＭ逆变器，图４．２就是一个六单元ＩＰＭ的结构示意图。

七单元ＩＰＭ除一个逆变器外，还把能耗制动用的斩波元器件及附属电路集成在里边了。

4.2 IPM结构从图４．２看到，六单元模块为五个主电路端子，即直流正负极输入和交流三相输出端子。

另外有驱动和保护的控制端子若干，它们是能够和常规控制芯片直接连接或者通过光耦合连接的电压型接口。

驱动端子是输入端子，接受外部触发器件，保护端子是输出端子，在保护电路封锁驱动电路的同时发出保护动作信号给外部控制器。

主电路端子通常是接线桩形式，控制端子通常是集中插口形式。

七单元ＩＰＭ增加了一个连接制动电阻的主电路端子及相应的控制端子。

当容量比较大时，如果ＩＰＭ仍然集成整个逆变器，会产生两个方面的缺点：一是模块的体积和重量加大，给安装和布置带来困难，也不利于散热；二是当模块中局部元器件损坏时需要更换整个模块，而大容量的模块的成本必然更高，因此使维护成本增加了。

基于STM32单片机的三相逆变器设计作者：陈日恒唐杰王贵龙来源：《山东工业技术》2019年第04期摘要：针对当前电网需要能输出高质量的交流电，且需具备较好的负载适应性及调压、调频等问题。

设计了基于STM32F103C8T6单片机控制的DC-AC三相正弦波逆变器。

文章详细分析了三相逆变器硬件电路各个模块的工作原理及相关参数的设计，分析了用于控制三相逆变器的SPWM调制技术、基于数字PI控制的功率变换技术，同时进行了硬件电路设计、软件设计，制作了三相逆变器实物。

通过对逆变器调压、调频测试，结果表明所制作的三相逆变器调压、调频控制方案的可行性与有效性。

关键词：三相逆变器;SPWM;STM32F103C8T6单片机DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2019.04.1390 引言当前电力电子技术已经成为了工业与科学技术的飞速发展过程中，提高电网供电性能，保障并网系统安全运行时一项非常关键的技术，而并网逆变器控制又是其中非常重要的技术[1]。

随着时代的进步，各行业对于供电电能质量有了更高的要求，如电网频率稳定、电压稳定等电能指标。

逆变控制技术能显著改善工作环境、减少开支、提高效率，同时减少了化石燃料的使用，对减少污染、节约能源有着巨大的帮助。

本文以应用于模拟微电网系统的三相并网逆变器为研究对象，设计以STM32单片机为主控电路的三相逆变器，给出了详细的硬件和软件设计过程，并提供了控制器的测试结果，测试结果表明所制作的基于STM32单片机的三相逆变器调压、调频方案的可行性与有效性。

1 系统总体方案设计先给出系统整体的结构框架，设计出逆变器主电路、控制电路、驱动电路、信号调理电路以及保护电路。

其中控制电路设计包含单片机最小系统、显示电路、信号调理电路的设计，对各个电路的工作原理作了详细分析。

程序设计主要是以STM32单片机为控制单元，通过对系统控制方法和调压、调频程序等的设计，系统的整体结构框图如下图1所示：从三相正弦波逆变电源系统的总体框图中可以看出，STM32控制单元发出SPWM信号，通过驱动电路的隔离和放大来控制三相逆变器主电路，最后输出频率和幅值可调的三相交流电。

一、引言： (2)二、交-直-交变压变频器的基本结构 (2)1、三相电压型桥式逆变电路拓扑图 (3)2、交-直-交变压变频器的工作原理 (3)三、三相电压型桥式逆变电路的Simulink建立及模型： 4四、仿真参数及仿真波形设置： (5)1．对脉冲触发器进行参数设置： (5)2. 用subplot作图： (6)3.仿真波形： (7)五、实验结果及分析： (13)六、结论及拓展： (13)七、设计心得： (14)八、参考文献： (14)交-直-交变压变频器中逆变器的仿真一、引言：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。

逆变电路的作用是将直流电压转换成梯形脉冲波，经低通滤波器滤波后，从而使负载上得到的实际电压为正弦波。

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。

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。

三相PWM逆变器输出LC滤波器设计方法一、本文概述随着可再生能源和电力电子技术的快速发展，三相PWM（脉宽调制）逆变器在电力系统中得到了广泛应用。

为了改善逆变器的输出波形质量，降低谐波对电网的污染，LC滤波器被广泛应用于逆变器的输出端。

本文旨在探讨三相PWM逆变器输出LC滤波器的设计方法，分析滤波器的主要参数对滤波效果的影响，为工程师提供一套实用的滤波器设计流程和指导原则。

本文将首先介绍三相PWM逆变器的基本工作原理和LC滤波器的功能特点，然后详细阐述LC滤波器的设计步骤，包括电感、电容参数的选取，滤波器截止频率的计算等。

接着，本文将通过仿真和实验验证所设计的LC滤波器的性能，分析滤波效果与滤波器参数之间的关系。

本文将总结滤波器设计的关键因素，并给出一些实用建议，以帮助工程师在实际应用中更好地设计和优化LC滤波器。

通过本文的阅读，读者可以全面了解三相PWM逆变器输出LC滤波器的设计原理和方法，掌握滤波器参数的选择和优化技巧，为提升逆变器输出波形质量和电网稳定性提供有力支持。

二、三相PWM逆变器基础知识三相PWM（脉冲宽度调制）逆变器是一种电力电子设备，用于将直流（DC）电源转换为三相交流（AC）电源。

它是许多现代电力系统中不可或缺的一部分，特别是在可再生能源领域，如太阳能和风能系统中。

了解三相PWM逆变器的基础知识是设计其输出LC滤波器的前提。

三相PWM逆变器的基本结构包括三个独立的半桥逆变器，每个半桥逆变器都连接到一个交流相线上。

每个半桥由两个开关设备（通常是绝缘栅双极晶体管IGBT或功率MOSFET）组成，它们以互补的方式工作，以产生所需的输出电压波形。

PWM控制是逆变器的核心。

它涉及快速切换开关设备，以便在平均意义上产生所需的输出电压。

通过调整每个开关设备的占空比（即它在任何给定时间内处于“开”状态的时间比例），可以精确地控制输出电压的大小和形状。

三相PWM逆变器的一个关键特性是它能够产生近似正弦波的输出电压。

TECHNOLOGY AND INFORMATION88 科学与信息化2023年6月下光伏发电三相并网逆变器的设计曾庆龙 常虎国网淮南市潘集区供电公司 安徽 淮南 232082摘 要 目前，在光伏发电行业中，并网逆变器的研究主要集中在硬件开发、电路控制算法等方面。

基于对近几年来的发展情况的搜集与研究,本文对电路控制算法和Matlab仿真进行深入探讨。

设计中的三相光伏并网逆变器主要由DC-DC直流变换电路和并网逆变电路构成。

前部分的DC-DC电路为多支路并联，各支路独立进行最大功率跟踪，满足了直流电压宽输入的要求，可用于各种各样的光伏产业系统；后部分的并网逆变电路采用SVPWM矢量控制进行逆变，提高电压利用率，减少电网的输入谐波。

本文在分析了三相光伏逆变器原理的基础上，利用Matlab进行仿真，观察整个系统的可行性及不同变量对输出电压的影响。

关键词 光伏发电；并网逆变器；最大功率点跟踪；SVPWMDesign of a Three-Phase Grid-Connected Inverter for Photovoltaic Power Generation Zeng Qing-long, Chang HuState Grid Huainan City Panji District Power Supply Company, Huainan 232082, Anhui Province, ChinaAbstract In the photovoltaic power generation industry, the current research on grid-connected inverters is mainly focused on hardware development and circuit control algorithms. Based on the collection and study of the developments in recent years, this paper provides an in-depth discussion of circuit control algorithms and Matlab simulation. The three-phase photovoltaic grid-connected inverter in the design mainly consists of a DC-DC direct current converter circuit and a grid-connected inverter circuit. The DC-DC circuit in the front part is a multi-branch parallel connection with each branch independently for maximum power tracking, which meets the requirement of wide input of direct current voltage and can be used in various photovoltaic industry systems; The grid-connected inverter circuit in the rear part is inverted using SVPWM vector control to improve voltage utilization rate and reduce input harmonics to the grid. In this paper, based on the analysis of the three-phase photovoltaic inverter principle, Matlab is used for simulation to observe the feasibility of the whole system and the effect of different variables on the output voltage.Key words photovoltaic power generation; grid-connected inverter; maximum power point tracking; SVPWM引言目前我国已初步建立起一套比较完善的太阳能与风能的协同与互补工作系统，而对于光伏并网逆变系统的控制试验则缺乏深入的探讨[1-2]。

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内容。

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文献的基础上，经过剖析、提炼，设计出所要求的电路（或装置）。

• 201•本文介绍了以STM32F407处理器为核心的三相SPWM 逆变器的系统总体设计方案，对系统主电路、驱动电路、控制电路、采样电路、通信电路和辅助电源电路等硬件系统进行设计，在硬件设计的基础上完成了系统软件设计，最后完成了实验样机的实物制作。

实验样机测试结果验证了系统设计的正确性。

逆变技术是一种与人们日常生活生产密切相关的实用技术。

随着电力电子技术和半导体制造技术以及计算机控制技术的飞速发展，各行各业中逆变器的应用日益广泛，且向大功率、高集成度、高频化、数字化的方向在发展。

本文的课题研究是要设计一套能够产生幅值相等、频率相等、相位相互之后120º的三相逆变器。

本文首先确定了三相逆变器的系统总体设计方案，然后对逆变主电路、驱动电路、反馈采样电路等硬件进行设计，最后完成系统硬软件的联合调试。

1 系统方案设计1.1 系统总体设计方案逆变系统的组主要包括以下几个模块：逆变主电路、启停电路、控制电路、驱动电路、采样电路、通信电路。

系统的总体设计方案如图1所示。

图1 系统总体方案设计1.2 模块功能介绍(1)主控制器：按照要求产生一系列控制脉冲作为隔离和驱动电路的输入，控制三相逆变电路开关器件的导通和关闭；(2)直流电源：作为DC/AC 变换的输入母线电压来源，来自整流器的输出，若电压纹波较大，需要并联大电容滤除纹波；(3)启动电路：控制直流母线的输入与否，可以与主控制器结合实现过压、过流、过热的保护；(4)驱动电路：用于驱动逆变器，由于逆变器电路的拓扑均为半桥组合的模式，而一般大功率电路都是使用N 沟道增强型的MOSFET ，故而上半桥的栅极电压需要自举悬浮驱动；(5)隔离电路：用于控制电路和功率变换电路的电气隔离，实现高压侧和低压侧互不干扰以及保护控制电路的作用；(6)电压检测电路：通过互感器从输出端采集输出电压，在经过线性的调理送入主控制器ADC 端口作为电压反馈值；(7)电流检测电路：通过互感器从输出端采集输出电流，在经过线性的调理送入主控制器ADC 端口作为电流反馈值；(8)频率检测电路：通过互感器从输出端采集输出电压，在经过线性的调理送入主控制器CAP 端口作为频率反馈值；(9)滤波电路：通过三相逆变桥的输出方波电压，经低通滤波电路滤波得到基波电压；(10)RS232电平转换电路：用于与其他上位机的串口通信，实现按键和显示等人为控制调节功能；(11)开关电路：用于控制系统的启停。

三相逆变器设计与仿真首先，三相逆变器的设计需要考虑的关键技术包括：控制策略、功率电子器件选择和电路拓扑结构设计。

控制策略是三相逆变器设计的核心。

常用的控制策略包括：SPWM （Sinusoidal Pulse Width Modulation）控制和SVPWM（Space Vector Pulse Width Modulation）控制。

SPWM控制是将正弦波进行离散采样，计算每个采样点的占空比，从而实现输出交流电流的控制。

而SVPWM控制则是通过对三相电压向量空间的矢量合成来实现电压输出的控制。

在设计过程中，需要根据具体应用场景和系统要求选择合适的控制策略。

功率电子器件的选择对逆变器的性能和效率有很大影响。

目前常用的功率器件有IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）和MOSFET （Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）。

IGBT具有工作电压高、开关速度快等优点，适用于高功率逆变器设计。

而MOSFET则具有开关速度快、体积小等优点，适用于低功率逆变器设计。

在设计过程中，应根据具体应用场景和逆变器功率需求选择合适的功率电子器件。

电路拓扑结构设计对逆变器的效率和可靠性有很大影响。

常见的三相逆变器拓扑包括：全桥逆变器、半桥逆变器和三电平逆变器。

全桥逆变器拓扑结构简单，适用于小型逆变器设计；半桥逆变器则可以减小功率器件的开关压力，提高能量转换效率；三电平逆变器则可以实现更高质量的输出电压波形。

在设计过程中，需要根据具体需求选择合适的电路拓扑结构。

针对三相逆变器的设计和仿真，可以借助于电路设计和仿真软件进行。

常见的软件包括PSIM、MATLAB/Simulink等。

通过使用这些软件，可以进行电路搭建、参数设置和性能仿真，从而验证设计方案的可行性和优劣。

在进行三相逆变器的设计和仿真时，还需注意以下几个方面。