电力电子课程设计 逆变电路 spwm

SPWM逆变器控制电路设计一、课程设计的目的通过电力电子计术的课程设计达到以下目的：一个单相50HZ/220V逆变电源，外部采用：交流到直流再到交流的逆变驱动格式。

在220V/50HZ外电源停电时，蓄电池就逆变供电。

在设计电路时，主要分为正负12V稳压电源到SPWM波发生器（其中载波频率5KHZ）至H逆变电路再到逆变升压变压器再由220V/50HZ输出.二、课程设计的要求1注意事项控制框图设计装置（或电路）的主要技术数据主要技术数据输入直流流电源：正负12V，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=15mH2.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3.在整个设计中要注意培养独立分析和独立解决问题的能力4.课题设计的主要内容是主电路的确定，主电路的分析说明，主电路元器件的计算和选型，以及控制电路设计。

报告最后给出所设计的主电路和控制电路标准电路图。

5.课程设计用纸和格式统一三设计内容：整流电路的设计和参数选择滤波电容参数选择逆变主电路的设计和参数选择IGBT电流、电压额定的选择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根据要求，整流电路采用二极管整流桥电容滤波电路，其电路图如图2.1所示：SPWM逆变电路的工作原理PWM控制方式就是对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不等的脉冲。

按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，既可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变逆变输出频率。

1．PWM控制的基本原理PWM控制——脉冲宽度调制技术，通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）理论基础: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。

课程设计报告（2019-2020学年第二学期）模拟电子技术课程设计学生姓名XXX学号xxxxxxx所在专业xxx所在班级xxx指导教师撰写时间 xxxx年 x 月 xx 日1 系统方案1.1 输入直流源论证和选择方案一：采用专业集成0~48V 可调电压直流源。

方案二：间接直流变流电路，如图1-1所示。

可实现输出端与输入端的隔离，适合于输入电压与输出电压之比远小于或远大于1的情形，但由于采用多次变换，电路中的损耗较大，效率较低，而且结构较为复杂。

图1-1 间接直流变流拓扑结构综上所述，我们采用方案一稳损耗低，效率高且稳定性高的集成度较高的可调直流源作为输入电压。

1.2 DC-AC 主回路方案论证和选择方案一：推挽式逆变电路。

推挽式方波逆变器的电路拓朴结构简单，两个功率管可共地驱动，但功率管承受开关电压为2倍的直流电压，因此适合应用于直流母线电压较低的场合。

另外，由于变压器具有一定的漏感，可限制短路电流，因而提高了电路的可靠性。

其缺点是变压器利用率低，带动感性负载的能力较差。

方案二：半桥式逆变电路。

半桥型逆变电路结构简单，由于两只串联电容的作用，不会产生磁偏或直流分量，非常适合后级带动变压器负载，当该电路工作在工频时，电容必须选取较大的容量，使电路的成本上升，因此该电路主要用于高频逆变场合。

方案三：全桥式逆变电路。

克服了推挽和半桥式电路的缺点，通过调节功率晶体管的输出脉冲宽度，输出交流电压的有效值即随之改变。

控制方式比较灵活。

综合分析比较三种方案，由于方案三具有变压器利用率高，带负载能力强，抗干扰、电路可靠性高，故本设计采用方案三。

1.3 三相SPWM 控制脉冲的论证和选择方案一：模拟调制法。

用硬件电路产生正弦波和三角波，其中正弦波作为调制信号，三角波作为载波，两路信号模拟比较器比较后输出 SPWM 波形，通过功率驱动全桥，完成功率放大，实现逆变。

方案二：采用专用集成SPWM 芯片，产生SPWM 信号，通过全桥驱动，实现逆变。

湖南工学院电力电子技术课程设计课程名称: 三相PWM逆变器控制电路设计姓名：专业名称：自动化班级：学号：指导老师：课程设计的目的及要求一、设计要求及技术指标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=20Ω，L=15mH二、课程设计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，和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。

目录第一章整流和逆变电路原理及路图.................................................................................... - 0 -1.1．电容滤波的三相不可控整流电路原理..................................................................... - 0 - 第二章三相无源PWM逆变电路及原理................................................................................ - 2 -2.1 三相无源逆变电路及原理......................................................................................... - 2 - 第三章驱动电路........................................................................................................................ - 3 - 第四章保护电路设计.............................................................................................................. - 4 -4.1 过电流保护电路........................................................................................................ - 4 -4.2 过电压保护电路........................................................................................................ - 4 - 第五章仿真电路和波形.......................................................................................................... - 4 -5.1 三相桥式整流仿真电路及波形................................................................................. - 4 - 参考文献 .................................................................................................................................... - 6 - 课程设计的心得.......................................................................................................................... - 6 -第一章整流和逆变电路原理及路图1.1．电容滤波的三相不可控整流电路原理三相桥式不可控整流电路是由三相半波不可控整流电路演变而来的阴极连接在一起的3个二极管（VD1，VD3，VD5）称为共阴极组；阳极连接在一起的3个晶闸管（VD4，VD6，VD2）称为共阳极组。

实验报告课程名称：现代电力电子技术实验项目：单相正弦波脉宽调制（SPWM）逆变电路验实验时间：实验班级：总份数：指导教师：朱鹰屏自动化学院电力电子实验室二〇〇年月日广东技术师范学院实验报告学院：自动化学院专业：电气工程及其自动化班级：成绩：姓名：学号：组别：组员：实验地点：电力电子实验室实验日期：指导教师签名：实验（六）项目名称：单相正弦波脉宽调制（SPWM）逆变电路实验1.实验目的和要求(1)熟悉单相交直交变频电路原理及电路组成。

(2)熟悉ICL8038的功能。

(3)掌握SPWM波产生的基理。

(4)分析交直交变频电路在不同负载时的工作情况和波形，并研究工作频率对电路工作波形的影响。

2.实验原理采用SPWM正弦波脉宽调制，通过改变调制频率，实现交直交变频的目的。

实验电路由三部分组成：即主电路, 驱动电路和控制电路。

主电路部分:AC/DC (整流) DC/AC (逆变)图4-1 主电路结构原理图如图4-1所示, 交直流变换部分（AC/DC）为不可控整流电路（由实验挂箱DJK09提供）；逆变部分（DC/AC）由四只IGBT管组成单相桥式逆变电路，采用双极性调制方式。

输出经LC低通滤波器，滤除高次谐波，得到频率可调的正弦波（基波）交流输出。

本实验设计的负载为电阻性或电阻电感性负载，在满足一定条件下,可接电阻启动式单相鼠笼式异步电动机。

(2)驱动电路:如图4-2（以其中一路为例）所示，采用IGBT管专用驱动芯片M57962L，其输入端接控制电路产生的SPWM信号，其输出可用以直接驱动IGBT管。

其特点如下：①采用快速型的光藕实现电气隔离。

②具有过流保护功能，通过检测IGBT管的饱和压降来判断IGBT是否过流,过流时IGBT 管CE结之间的饱和压降升到某一定值，使8脚输出低电平，在光藕TLP521的输出端OC1呈现高电平，经过流保护电路（见图4-3），使4013的输出Q端呈现低电平，送控制电路，起到了封锁保护作用。

电力电子技术课程设计单极性SPWM单相桥式逆变电路的设计与仿真院、部：电气信息工程学院学生姓名：李旺指导教师：杨万里职称助教专业：自动化班级：1401班学号：1430740107完成时间：2017.6湖南工学院电力电子技术课程设计课题任务书学院:电气与信息工程学院专业：自动化摘要20世纪80年代以来，信息电子技术和电力电子技术在各自发展的基础上相结合而产生了一代高频化、全控型的电力电子器件，典型代表有门极可关断晶闸管、电力晶体管、电力场效应晶体管和绝缘栅双极型晶体管。

逆变电路是PWM控制技术最为重要的应用场合。

这里在研究单相桥式PWM逆变电路的理论基础上，采用Matlab的可视化仿真工具Simulink建立单相桥式单极性控制方式下PWM逆变电路的仿真模型，通过动态仿真，研究了调制深度、载波度对输出波形的影响。

仿真结果表明建模的正确性，并证明了该模型具有快捷、灵活、方便、直观等一系列特点，从而为电力电子技术教学和研究中提供了一种较好的辅助工具。

关键词:PWM控制技术；逆变电路；单极性SPWM；SimulinkAbstractSince 1980s, the electronic information technology and power electronics technology combined to produce a generation of high frequency phase in their development, full controlled power electronic devices, a typical gate turn off thyristor, power transistor, power MOSFET and insulated gate bipolar transistor.The inverter circuit is one of the most important applications of PWM control technology. Here in the theoretical basis of the single-phase bridge inverter circuit of the PWM, the simulation model of PWM inverter using Matlab visual simulation tool Simulink to establish the single-phase bridge unipolar control mode, through dynamic simulation, studied the modulation depth, the carrier frequency of the output voltage. Influence of load current; and analyzes the harmonic characteristics of output voltage, load current. The simulation results show that the model is correct, and it is proved that the model is fast, flexible, convenient, intuitive and a series of characteristics, so as to power electronic technology teaching Study and research provides an effective tool.Key words:PWM control technology; inverter circuit; SPWM waveform; Simulink目录1绪言 (1)1.1电力电子技术的概况 (1)1.2课程学习情况简介 (1)1.3设计要求及总体方案设计 (2)2主电路设计 (3)2.1主电路原理图及原理分析 (3)2.2器件选择及参数计算 (4)3控制与驱动电路设计 (5)3.1控制电路设计 (5)3.2驱动电路设计 (6)4保护电路设计 (7)4.1过电流保护 (7)4.2过电压保护 (7)5仿真分析 (8)5.1仿真软件介绍 (8)5.2仿真模型的建立 (8)5.3仿真结果分析 (10)6设计总结 (13)参考文献 (14)致谢 (15)附录 (16)1绪言1.1电力电子技术的概括随着电力电子技术的高速发展，逆变电路的应用非常广泛，蓄电池、干电池、太阳能电池等都是直流电源，当我们使用这些电源向交流负载供电时，就需要用到逆变电路了。

摘要本次课程设计题目要求为三相电压源型SPWM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部分电路以及元器件的取舍，比如驱动电路、抗干扰电路、正弦信号产生电路等，其中部分电路的绘制采用了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：三相电压源型逆变电路 Matlab 仿真目录摘要 (1)1 设计原理 (3)1.1 SPWM控制原理分析 (3)1.1.1 PWM的基本原理 (3)1.1.2 SPWM逆变电路及其控制方法 (3)1.2 IGB T简介 (4)1.3 逆变电路 (5)1.4 三相电压型桥式逆变电路 (6)2 设计方案 (9)2.1 逆变器主电路设计 (9)2.2 脉宽控制电路的设计 (10)2.2.1 SG3524芯片 (10)2.2.2 利用SG3524生成SPWM信号 (11)2.3 驱动电路的设计 (13)2.3.1 IR2110芯片 (13)2.3.2 驱动电路 (14)3 软件仿真 (14)3.1 Matlab软件 (14)3.2 建模仿真 (15)4 心得体会 (19)参考文献 (20)附录 (21)三相电压源型SPWM逆变器的设计1 设计原理1.1 SPWM控制原理分析1.1.1 PWM的基本原理PWM(Pulse Width Modulation)控就是对脉冲的宽度进行调制的技术，即通过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控制技术最重要的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。

单极性Spwm课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解单极性SPWM（正弦波脉冲宽度调制）的基本概念，掌握其工作原理及数学表达方式。

2. 学生能够描述单极性SPWM在电力电子技术中的应用，如逆变器、电机调速等。

3. 学生能够通过分析单极性SPWM的波形特点，解释其对电机性能的影响。

技能目标：1. 学生能够运用所学知识，通过计算和实际操作，设计简单的单极性SPWM 控制电路。

2. 学生能够利用仿真软件对单极性SPWM波形进行模拟，观察并分析不同参数变化对波形及其影响。

3. 学生通过小组合作，动手搭建并测试单极性SPWM实验电路，提高实际操作能力和团队合作能力。

情感态度价值观目标：1. 学生通过学习单极性SPWM技术，培养对电力电子技术的兴趣，激发探索精神和创新意识。

2. 学生在小组合作中学会尊重他人，培养良好的团队协作精神和沟通能力。

3. 学生通过了解单极性SPWM在绿色能源中的应用，增强环保意识和责任感。

课程性质：本课程为电子信息工程及相关专业高年级的专业课程，旨在帮助学生掌握电力电子技术中的关键知识点。

学生特点：高年级学生已具备一定的电子技术和数学基础，具有较强的逻辑思维能力和实际操作能力。

教学要求：结合学生特点，采用理论教学与实践操作相结合的方式，注重培养学生的动手能力和实际应用能力，使学生在掌握知识的同时，提升综合素养。

通过对课程目标的分解，使教学设计和评估更具针对性。

二、教学内容1. 单极性SPWM基本理论：- 正弦波脉冲宽度调制原理- 单极性SPWM的数学表达及推导- 单极性SPWM波形特点及其与电机性能的关系2. 单极性SPWM应用：- 逆变器、电机调速等电力电子设备中的应用- 单极性SPWM在新能源领域的应用案例3. 单极性SPWM控制电路设计：- SPWM控制电路的组成及工作原理- 参数计算与电路搭建方法- 仿真软件应用与实验操作指导4. 教学大纲：- 第一周：单极性SPWM基本概念及原理- 第二周：单极性SPWM数学表达及推导- 第三周：单极性SPWM波形特点及其应用- 第四周：单极性SPWM控制电路设计及仿真- 第五周：实验操作及小组报告5. 教材章节：- 教材第四章：电力电子技术基础- 教材第五章：正弦波脉冲宽度调制技术- 教材第六章：电力电子装置及其应用教学内容安排和进度：按照教学大纲，逐步开展理论教学和实验操作，每周安排一次课内讨论，以巩固所学知识。

课程名称：电力电子技术指导老师：马皓成绩：__________________ 实验名称：单相正弦波（SPWM）逆变电路实验类型：____________同组学生姓名：__________ 一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得一、实验目的与要求熟悉单相桥式SPWM逆变电路的工作原理，对工作情况及其波形作全面的分析，并研究正弦波的频率和幅值及三角波载波频率的关系。

二、实验内容1. 测量SPWM波形产生过程中各点波形；2. 测量逻辑延时电路的延时时间；3. 观察不同负载时变频电路的输出波形。

三、实验仪器与设备1. MPE-I电力电子探究性实验平台2. NMCL-10B单相SPWM逆变实验箱3. NMCL-03D可调电阻4. NMCL-31B交直流仪表5. 万用表6. 示波器四、实验方法及操作步骤1.SPWM波形的观察(1) 观察“SPWM波形发生电路”输出的正弦波波形，改变正弦波频率调节电位器，测试其频率可调范围，改变正弦波幅值调节电位器，测试其幅值变化范围。

(2) 观察“SPWM波形发生电路”输出的三角形载波波形，改变三角波频率调节电位器，测试其频率可调范围，并观察三角波与正弦波波形的对应关系。

(3) 观察“SPWM波形发生电路”经过三角波和正弦波比较后得到的SPWM波形。

2. 逻辑延迟时间的测试将“SPWM波形发生电路”的输出SPWM波与“DLD逻辑延时”的输入端相连（以下实验均需保持连接），用双踪示波器同时观察“DLD逻辑延迟”的“1”和“2”与“SPWM波形发生电路”接地端之间电压波形，并记录延迟时间T d。

3. 同一桥臂上下开关管驱动信号死区时间测试分别将IGBT驱动芯片IR2110输出E1和E2，E3与E4相连，用双踪是比起分别测量G1、E1和G2、E2，G3、E3和G4、E4两端的波形，并测量死区时间。

单极性PWM控制方式调制信号ur为正弦波，载波uc在ur的正半周为正极性的三角波，在ur的负半周为负极性的三角波。

在ur的正半周，V1保持通态，V2保持断态。

当ur>uc时使V4导通，V3关断，uo=Ud。

当ur<uc时使V4关断，V3导通，uo=0。

在ur的负半周，V1保持断态，V2保持通态。

当ur<uc时使V3导通，V4关断uo=-Ud。

当ur>uc时使V3关断，V4导通，uo=0。

主电路在每个开关周期内输出电压在正和零（或负和零）间跳变，正、负两种电平不会同时出现在一个开关周期内，故称为单极性SPWM。

七、单极性SPWM调制分析载波比和调制深度的定义与双极性SPWM相同。

它不适于半桥电路，而双极性SPWM在半桥、全桥电路中都可以使用。

与双极性SPWM相同，在m<=1和fc>>f的条件下，单极性SPWM逆变电路输出的基波电压u1的幅值U1m满足如下关系：U1m=mUd 即输出电压的基波幅值随调制深度m线性变化，故其直流电压利用率与双极性时也相同。

就基波性能而言，单极性SPWM和双极性SPWM完全一致，但在线性调制情况下它的谐波性能优于双极性调制：开关次整数倍谐波消除，值得考虑的最低次谐波幅值较双极性调制时小得多，所需滤波器也较小。

八、建立单极性SPWM仿真模型单极性SPWM触发信号产生图：触发电路中三角载波（Triangle）参数设置：“Time V alues”为[0 1/fc/2 1/fc]，“Output V alues”为[1 0 1]。

对脉冲电路进行封装：单极性SPWM主电路：触发电路参数设置：Ud=300v，R=1欧，L=2mH九、进行单极性SPWM仿真1、仿真时间设为0.06s 键入MATLAB语言命令：>> subplot(4,1,1)>> plot(b.time,b.signals(1).values)>> subplot(4,1,2)>> plot(b.time,b.signals(2).values)>> subplot(4,1,3)>> plot(b.time,b.signals(3).values)>> subplot(4,1,4)>> plot(b.time,b.signals(4).values)>> subplot(3,1,1)>> plot(c.time,c.signals(1).values)>> subplot(3,1,2)>> plot(c.time,c.signals(2).values)>> subplot(3,1,3)>> plot(c.time,c.signals(3).values)仿真结果如下：单极性SPWM单相逆变器m=0.8，N=15时的仿真波形图仿真结果分析：输出电压为单极性SPWM型电压，脉冲宽度符合正弦变化规律。

《电力电子技术》逆变电路实验一、实验目的1、掌握基本型单相方波逆变电路的基本组成。

2、熟悉基本型单相方波逆变电路的基本特性。

3、掌握基本型三相SPWM逆变电路的基本组成。

4、熟悉基本型三相SPWM逆变电路的基本特性。

二、实验内容1、验证基本型单相方波逆变电路的工作特性。

2、观测基本型单相方波逆变电路的工作波形。

3、验证基本型三相SPWM逆变电路的工作特性。

4、观测基本型三相SPWM逆变电路的工作波形。

三、实验设备与仪器计算机；MATLAB仿真软件。

四、实验电路的组成及实验原理1、实验电路的组成（1）单相电压型桥式逆变电路见图1，由4个桥臂组成，每一个桥臂由一个晶闸管和一个脉冲器组成，桥臂1和3一对，桥臂2、4一对。

图1、单相电压型桥式逆变电路（2）三相电压型桥式逆变电路见图2，其主电路由六只全控型功率开关管IGBT 各自反并联一个二极管构成三相全控逆变桥。

图2 三相电压型桥式逆变电路图2、实验原理（1）单相电压型桥式方波逆变电路当S1、S3逆交电路输出电压U0等于Ud ，当S2、S4导通，U0等于Ud 因此U0可作为一个信导同频率、正负幅值均为Ud 的交变方波电压。

将输入侧的单相交流电变换成输出侧的直流电。

（2）三相电压型桥式SPWM 逆变电路通过调节触发角（控制角）α来调节整流输出的平均值d U ，将输入侧的三相交流电变换成输出侧的直流电。

（1）电阻负载：60α≤2322336sin d() 2.34cos d U U t t U παπαωωαπ++==⎰ ， [0,60]α∈ （1）d d L U I R = （2）（2）电阻负载：60α>22336sin d() 2.34[1cos()]3d U U t t U ππαπωωαπ+==++⎰，[60,180]α∈（3） d d LU I R = （4） （3）阻感负载：2322336sin d() 2.34cos d U U t t U παπαωωαπ++==⎰ ， [0,90]α∈ （5）dd L U I R （6）稳态时电感两端电压平均值为0，因此平均电流d I 只由负载电阻L R 决定。

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。

SPWM全桥逆变器主功率电路设计一、课程设计目的本课程是自动化专业的学生在掌握所学习的专业基础课和专业课的基础上一次较全面的实践训练，通过完成一个具有较完善功能的设计课程题，达到训练学生综合运用所学知识的能力。

通过本科电力电子技术学习，熟悉无源逆变的概念。

二、任务采用全桥拓扑并用全控器件MOSFET形成主电路拓扑，设计逆变器硬件电路，并能开环工作。

输入：48Vdc, 输出：40Vac/400Hz要求：1.掌握全桥逆变的概念，分析全桥逆变器中每个元件的作用：2分析正弦脉宽调制（SPWM）原理，及硬件电路实现形式；3.应用protel制作SPWM逆变器线路图；4.根据线路图制作硬件，并调试；三．原理图1设计框图逆变电路是指将低电压变为高电压,把直流电变为交流电的电路,它与整流电路相对应,是通用变频器的核心部件之一,有非常重要的作用.它的基本作用是在控制电路的控制下,将中间的直流电路输出的直流电源转换为频率和电压都任意可调的交流电源。

如图所示1 设计的主要原理是，通过逆变电路对输入的直流电源进行逆变，在控制电路的作用下，使之输出想要的正弦信号。

PWM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波形(含形状和幅值)。

当采用正弦波作为调制信号来控制输出PWM脉冲的宽度，使其按照正弦波的规律变化，这种脉冲宽度调制控制策略就称为正弦脉冲宽度调制，产生SPWM脉冲，采用最多的载波是等腰三角波；因为等腰三角波上任一点的水平宽度和高度成线性关系且左右对称，当它与任何一个平缓变化的调制信号波相交时，如果在交点时刻对电路中开关器件的通断进行控制，就可以得到宽度正比于信号波幅值的脉冲。

在调制信号波为正弦波时，所得到的就是SPWM波形。

四主电路设计桥式逆变结构：基本的电压源桥式逆变结构，两组功率开关串联跨接于电源，成为一个桥臂，以其串联中点为输出点。

这样的结构不允许串联开关同时导通，按照不同开关的通断组合，桥臂可以将它所跨接的两个不同电位作为输出，合理安排这些不同的桥臂输出电位可能生成有正有负的输出电压，这是桥式逆变电路实现电源极性变换的基本原理。

实验九 单相正弦波脉宽调制（SPWM ）逆变一．实验目的1．熟悉单相交直交变频电路原理及电路组成2．熟悉ICL8038的功能。

3．掌握SPWM 波产生的基理。

4．分析交直交变频电路在不同负载时的工作情况和波形，并研究工作频率对电路工作波形的影响。

二．实验所需挂件及附件 序号型号 备注 1DJK01电源控制屏 该控制屏包含“三相电源输出”等模块 2DJK09单相调压与可调负载 该挂件包含“单相自耦调压器”等模块 3DJK14 单相交直交变频原理 4双踪示波器 5 万用表三．实验线路及原理采用SPWM 正弦波脉宽调制，通过改变调制频率，实现交直交变频的目的。

实验电路由三部分组成：即主电路，驱动电路和控制电路。

1．主电路部分如图3-20所示，交直流变换部分(AC/DC)为不可控整流电路（由实验挂箱DJK09提供）； 逆变部分(DC/AC)由四只IGBT 管组成单相桥式逆变电路，采用双极性调制方式。

输出经LC 低通滤波器，滤除高次谐波，得到频率可调的正弦波（基波）交流输出。

本实验设计的负载为电阻性或电阻电感性负载，在满足一定条件下，可接电阻启动式单相鼠笼式异步电动机。

1．驱动电路如图3-21（以其中一路为例）所示，采用IGBT 管专用驱动芯片M57962L ，其输入端接控制电路产生的SPWM 信号，其输出可用以直接驱动IGBT 管。

其特点如下： ①采用快速型的光耦实现电气隔离。

②具有过流保护功能，通讨检测IGBT 管的饱和压降来判断IGBT 是否过流，过流时AC/DC （整流） DC/AC （逆变）图3-20 主电路结构原理图IGBT 管CE 结之间的饱和压降升到某一定值，使8脚输出低电平，在光耦TLP521的输出端OC1呈现高电平，经过流保护电路(见图3-22)，使4013的输出Q 端呈现低电平，送控制电路，起到了封锁保护作用。

3．控制电路控制电路如图3-23所示，它是由两片集成函数信号发生器ICL8038为核心组成，其中一片8038产生正弦调制波U r ，另一片用以产生三角载波U c ，将此两路信号经比较电路LM311异步调制后，产生一系列等幅，不等宽的矩形波U m ，即SPWM 波。

SPWM逆变电源设计
一、任务
设计并制作一个基于SPWM的逆变电源，用于产生一定频率和幅度的正弦信号输出。

二、要求
1.基本要求
（1）制作一个基于SPWM的逆变电源，其输出信号频率可调，频率范围为100Hz~1kHz。

（2）输出幅度可调，范围为0.1V~2V，幅度误差不超过5%（空载）。

（3）在上述条件下总谐波失真(THD)不大于5%。

（4）逆变电源效率不低于80%。

2.提高要求
（1）提高电源的输出频率范围为50Hz~5kHz，电源的输出幅度范围为0.1V~5V（带载）。

（2）电源输出电流（阻性负载上的电流有效值）不小于1A。

（3）在上述条件下总谐波失真（THD）不大于5%，逆变电源效率不低于85%。

三、评分标准。

实验三单相正弦波脉宽调制SPWM逆变电路实验实验者：学号：系年级：同组者：一、实验目的1.掌握电压型单相全桥逆变电路的工作原理。

2.了解正弦脉宽调制SPWM调频、调压原理。

3.分析SPWM逆变电路在不同负载时的工作情况和波形，研究工作频率对电路工作波形的影响。

二、实验内容1.控制信号观测；2.观测逆变电路输出在不同负载下的波形及参数。

三、实验设备1.电源控制屏DZ01:包括三相电源输出、交直流电压表和电流表等单元。

2.单相调压与可调负载:包括整流与滤波、单相自耦调压器等单元。

3.单相交一直一交变频原理:包括由4个IGBT管和LC滤波电路组成的主电路、驱动电路、控制电路等。

4.示波器、万用表。

四、实验步骤（一）控制信号的观测主电路不连通电源，打开控制电源开关，将控制电路面板上的开关拨至“测试”或“运行”位置。

观察正弦波信号uc 的波形，测试其频率可调范围；观察三角载波ur的波形，测试其波形；并观察uc与ur的关系。

改变正弦调制波信号的频率，在测量三角载波的频率，判断是同步调制还是异步调制。

比较“PWM+”“PWM-”和“SPWM1”“SPWM2”的区别，观测同一相上下两管驱动信号之间的死区延迟时间。

（二）带电阻及阻感负载时观测负载电压和负载电流的波形及参数将控制电路面板上的钮子开关拨至“运行”位置，将正弦波调制信号的频率调到最小。

按照主电路接线，单相自耦变压器输入测接电源线电压，输出测接整流电路，调节自耦变压器使整流电路输出电压为200V，然后将其接到单相交直交变频原理挂件上的主电路输入端。

逆变电路分别接电阻负载（灯泡）和阻感负载（挂箱上的灯泡和电感串联组成），调节正弦调制波信号uc的频率值，记录逆变器输出电压有效值和频率。

U d =200VU c频率（Hz）304050U o频率（Hz）有效值（V）电阻负载29.17Hz 118.79V 41.29Hz 114V 51.14Hz 118.02V 阻感负载29.84Hz 120.21V40.12Hz 115.5V50.05Hz 119V五、思考题1、分析电阻负载和阻感负载的实验数据和波形图从数据来看，阻感负载时的输出电压频率和有效值均与电阻负载下的输出电压频率和有效值相差不大，波形近似一致。