课程设计无源三相pwm逆变器控制电路设计

目录第一章课程设计的目的及要求 (03)第二章整流电路 (05)第三章三相桥式逆变电路 (10)第四章PWM逆变电路的工作原理 (15)第五章比较电路 (19)第六章死区生成电路 (23)第七章总电路图及波形 (26)第八章个人心得 (28)参考文献 (29)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技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：单相220V，f=50Hz三角波载波频率f=2kHz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：f=20Hz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，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）。

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）。

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要求学生在教师的指导下，独力完成所设计的系统主电路、控制电路等详细的设计（包括计算和器件选型）。

严禁抄袭，严禁两篇设计报告基本相同，甚至完全一样。

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课程设计用纸在学校印刷厂统一购买和装订，封面为学校统一要求。

要求图表规范，文字通顺，逻辑性强。

设计报告不少于20页.第二章整流电路根据要求，整流电路采用二极管整流桥电容滤波电路，电路图如下：图2.1电容滤波的单相桥式不可控整流电路及其工作波形a 电路b 波形一、工作原理及波形分析图 2.1（b ）为电路工作波形。

假设该电路已工作于稳态，同时由于实际中作为负载的后级电路稳态时消耗的直流平均电流是一定的，所以分析中以电阻R 作为负载。

该电路的基本工作过程是，1.在U 2正半周过零点至wt=0期间，因为u 2<u d ，故二极管均不导通，此阶段电容C 向R 放电，提供负载所需电流，同时u d 下降。

2.至wt=0之后，u2将要超过ud ，使得VD1和VD4开通，ud=u2，交流电源向电容充电，同时向负载R 供电。

3.电容被充电到t=θ时，ud=u2，VD1和VD4关断。

电容开始以时间常数RC 按指数函数放电。

4.当t=π，即放电经过π-θ角时，ud 降至开始充电时的初值，另一对二极管VD2和VD3导通，此后u2又向C 充电，与u2正半周的情况一样。

由于二极管导通后u2开始向C 充电时的ud 与二极管关断后C 放点结束时的ud 相等，故下式成立：δδθωθπsin 2)sin(222U eU RC=⋅+--二、主要数量关系（1）输出电压平均值 空载时，R=∞，放电时间常数为无穷大，输出电压最大，Ud=2U2。

整流电压平均值Ud 推导繁琐，故此处直接给出Ud 与输出到负载的电流平均值I R之间的关系式。

空载时，U d=2U2；重载时，R很小，电容放电很快，几乎失去储能作用，Ud逐渐趋近于0.9U2，即趋近于电阻负载时的特性。

通常在设计时根据负载的情况选电容C值，使RC>(3～5)T/2,T为交流电源的周期，。

此时输出电压为Ud=1.2U2（2）电流平均值输出电流平均值IR为 IR=Ud/R在稳态时，电容C在一个电源周期内吸收的能量和释放的能量相等，其电压平均值保持不变。

相应的，流经电容的电流在一个周期内的平均值为零，又有id=ic+iR得出 Id=IR。

在一个电源周期中，id有两个波头，分别轮流流过VD1、VD4和VD2、VD3。

反过来说，流过某个二极管的电流iVD只是两个波头中的一个，故其平均值为idVD=Id/2=IR/2。

（3）二极管承受的电压二极管承受的反向电压最大值为变压器二次电压最大值，即2U2。

以上讨论过程中，忽略了电路中诸如变压器漏抗、线路电感等的作用。

另外，实际应用中为了抑制电流冲击，常在直流侧串入较小的电感，成为感容滤波的电路，如图2.2a所示。

此时输出电压和输入电流的波形如图2.2b所示，由波形可见，ud波形更平直，而电流i2的上升段平缓了许多，这对于电路的工作是有利的。

当L与C的取值变化时，电路的工作情况会有很大的不同。

图2.2感容滤波的单相桥式不可控整流电路及其工作波形a电路b波形三、二极管与电容的选择1.电容电流的有效值和平均值的关系与波形有关，在平均值相同的情况下，波形越尖，有效值越大。

在纯电阻负载时，变压器副边电流的有效值I2 = 1.11I L，而有电容滤波时（2）负载平均电压V L升高，纹波（交流成分）减小，且R越大，电容放电速度越慢，则负载电压中的纹波成分越小，负载平均电压越高。

为了得到平滑的负载电压，一般取≥(3～5)式中T为电源交流电压的周期。

（3）负载直流电压随负载电流增加而减小。

V L随I L的变化关系称为输出特性或外特性。

当C值一定，当R=∞，即空载时当C=0，即无电容时在整流电路的内阻不太大（几欧）和放电时间常数满足式≥(3～5) 的关系时，电容滤波电路的负载电压V L V2的关系约为VL=(1.1～1.2)V2总之，电容滤波电路简单，负载直流电压V L较高，纹波也较小，它的缺点是输出特性较差，故适用于负载电压较高，负载变动不大的场合。

2.二极管的选择在选择整流二极管时，主要考虑两个参数，即最大整流电流和反向击穿电压。

在桥式整流电路中，二极管D1、D3和D2、D4是两两轮流导通的，所以流经每个二极管的平均电流为在选择整流管时应保证其最大整流电流I F>I D。

二极管在截止时管子两端承受的最大反向电压可以从桥式整流电路的工作原理中得出。

在v2正半周时，D1、D3导通，D2、D4截止。

此时D2、D4所承受的最大反向电压均为v2的最大值，即同理，在v2的负半周，D1、D3也承受到同样大小的反向电压。

所以，在选择整流管时应取其反向击穿电压V BR>V RM四、工作电路图仿真分析。

图2.电容为3200uF，电感为15mH时负载电压电流波形分析（V AMPL为电压峰值FREQ为电压频率）交流电压的波形电容为3200uF时，负载电压波形电容为3200uF时，负载电流波形第三章三相桥式逆变电路根据要求，逆变电路采用三相桥式电压型逆变电路，采用IGBT作为开关器件的三相桥式逆变电路其电路图如图3.1所示：一、工作原理电路的直流侧通常只有一个电容器就可以了，但为了方便分析，画作串联的两个电容器并标出假想中点N`。

1.180o导电方式三相电压型桥式逆变电路的基本工作方式也是180o导电方式，即每个桥臂的导电角度为180o，同一相（即同一半桥）上下两个桥臂交替导电，各相开始导电图3.1a 三相桥式PWM型逆变电路图3.1b 三相桥式逆变电路仿真图的角度依次差120o。

这样，在任一瞬间，将有三个桥臂同时导通。

可能是上面一个臂下面两个臂，也可能是上面两个臂下面一个臂同时导通。

因为每次换流都是在同一相上下两个桥臂之间进行，因此也被称为纵向换流。

2.波形分析对于U相输出来说，当桥臂1导通时，U UN`=U d/2，当桥臂4导通时，U UN`=-U d/2。

因此，U UN`的波形幅值为Ud/2的矩形波。

V、W两相的情况和U相类似，U VN`、U WN`的波形形状和U UN`相同，只是相位依次差120o 。

U VN`、U WN`、U UN`的波形如图3.2a 、b 、c 所示。

图3.2 三相电压型桥式逆变电路的工作波形O O O OO O O Oa)b)c)d)e)f)g)h)u UN' u UN u UViU id u VN' u WN' u NN'负载线电压U UV 、U VW 、U WU 可由下式求出UV UN'VN'VW VN'WN'WU WN'UN' u u u u u u u u u =-⎫⎪=-⎬⎪=-⎭图3.2d 是依照上式画出的U UV 的波形。

设负载中点N 与直流电源假想点N`之间的电压为U NN`，则负载各相的相电压分别为UN UN' NN' VN VN' NN' WN WN' NN 'u u u u u u u u u =-⎫⎪=-⎬⎪=-⎭把上式各式相加并整理可求得)(31)(31''''WN VN UN WN VN UN NN u u u u u u u ++-++= 设负载为三相对称负载，则有0=++WN VN UN u u u ，故可得)(31'''''WN VN UN UN UN u u u u u ++-=负载已知时，可由UN u 波形求出U i 波形。

桥臂1、3、5的电流相加可得直流侧电流i d 的波形，i d 每60°脉动一次，直流电压基本无脉动，因此逆变器从交流侧向直流侧传送的功率是脉动的，这是电压型逆变电路的一个特点。

一相上下两桥臂间的换流过程和半桥电路相似。

下面对三相桥式逆变电路的输出电压进行定量分析。

把输出线电压展开成傅里叶级数得：⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+=∑n kd UV t n n t U u ωωπsin )1(1sin 32 式中，16±=k n ，k 为自然数。