3kva逆變器設計課程設計任務書(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 以準確計算出來。按照計算結果控制逆變電路中各開關器件的通斷，就可以得到所需要的 PWM波形， 把上述脈沖序列利用相同數量的等幅而不等寬的矩形脈沖代替，使矩形脈沖的中點和相應正弦波部分的中點重合，且使矩形脈沖和相應的正弦波部分面積（沖量）相等，這就是 PWM波形。對于正弦波的負半周，也可以用同樣的方法得到 PWM波形。脈沖的寬度按正弦規律變化而和正弦波等效的 PWM波形，也稱 SPWM（Sinusoidal PWM）波形。 PWM 波形可分為等幅 PWM波和不等幅 PWM波兩種，由直流電源產生的 PWM波通常是等幅 PWM波。其用 PWM波代替正弦波的說明圖如圖 21所示。武漢理工大學《電力電子裝置及系統》課程設計說明書6圖 21 SPWM波形圖把希望輸出的波形作為調制信號，把接受調制的信號作為載波，通過信號波的調制得到所期望的 PWM波形。 通常采用等腰三角波或鋸齒波作為載波，其中等腰三角波應用最多。SPWM 控制方法有單極性和雙極性之分。 單極性 PWM控制方式 調制信號 ur為正弦波，載波 uc在 ur的正半周為正極性的三角波，在 ur的負半周為負極性的三角波。其單極性 PWM控制方式圖如圖 22所示。u ru cuO w tO w tu ou ofu oU d U d圖 22 單極性 PWM控制方式單相橋式電路既可以采取單極性調制，也可以采用雙極性調制，而三相橋式 PWM逆變電路，一般采用雙極性控制方式。所為單極性控制方式，就是在信號波 Ut的半個周期內三角波載波 Uc只在正極性或負極性一種極性范圍內變化，所得到的 PWM波形也只在單個極性范圍變化的控制方式，和單極性 PWM控制方式相對應的是雙極性控制方武漢理工大學《電力電子裝置及系統》課程設計說明書7式。雙極性 PWM控制方式在調制信號 ur和載波信號 uc的交點時刻控制各開關器件的通斷。 在 ur的半個周期內，三角波載波有正有負，所得的 PWM波也是有正有負，在 ur的一個周期內，輸出的 PWM波只有177。Ud 兩種電平。其雙極性 PWM控制方式圖如圖 23所示。 u r u cuO w tO w tu ou ofu oU d U d圖 23 雙極性 PWM控制方式采用雙極性方式時，在 Ut的半個周期內，三角波載波不再是單極性的，而是有正有負，所得到的 PWM波也是有正有負。在 Ut的一個周期內，輸出的 PWM波只有正負 Ud兩種電平，而不像單極性控制時還有零電平。仍然在調制信號 Ut和載波信號 Uc的交點時刻控制各開關器件的通斷。在 Ut的正負半周，對各個開關器件的控制規律相同。PWM控制就是對脈沖的寬度進行調制的技術，即通過一系列脈沖的寬度進行調制，來等效地獲得所需要的波形。PWM 控制技術最重要的理論基礎是面積等效原理，即沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環節上時，其效果基本相同。SPWM控制技術是 PWM控制技術的主要應用，即輸出脈沖的寬度按正弦規律變化而和正弦波等效。SPWM逆變電路屬于電力電子器件的應用系統，因此，一個完整的 SPWM逆變電路應該由控制電路、驅動電路和以電力電子器件為核心的主電路組成。由信息電子電路組成的控制電路按照系統的工作要求形成控制信號，通過驅動電路去控制主電路中電力電子器件的導通或者關斷，來完成整個系統的功能。目前應用最為廣泛的是電壓型 PWM逆變電路,脈寬控制方法主要有計算機法和調制法兩種，但因為計算機法過程繁瑣，當需要輸出的正弦波的頻率、幅值或相位發生變武漢理工大學《電力電子裝置及系統》課程設計說明書8化時，結果都要變化，而調制法在這些方面有著無可比擬的優勢，因此，調制法應用最為廣泛。調制法就是把希望輸出的波形作為調制信號 Ut，把接收調制的信號作為載波 Uc，通過信號波的調制得到所期望的 PWM波形。本次課程設計任務要求設計三相電壓源型逆變電路，輸出 PWM電壓波形等效為正弦波，因而信號波采用正弦波，載波采用最常用的等腰三角形。 設計思路本次系統設計的是一個輸入 220V直流電壓，輸出 220V三相交流電，容量為 3KVA的三相逆變器，因此，先將輸入直流電進行逆變，采用三相橋式 PWM型逆變電路，得到 PWM波，再通過濾波得到交流電壓，最后通過三相變壓器升壓得到 220V交流電壓。系統結構圖如圖 24： :圖 24 系統結構圖 方案設計與選擇 逆變電路選擇用三個單相逆變電路可以組合成一個三相逆變電路，但在三相逆變電路中，應用最廣的還是三相橋式逆變電路。他可分為三相電壓型逆變電路和電流型逆變電路，其中電壓型的直流側通常是并一個電容器，而電流型通常是在直流側串一個電感。方案一（電壓型逆變）：直流側為電壓源，采用并聯大電容器來緩沖無功功率，調制波、載波SPWM 波觸發脈沖AC220VpkIGBT 三相橋式逆變電路 三相變壓器SPWM 信號發生器DC220V AC220VrmsLC 濾波電路驅動電路武漢理工大學《電力電子裝置及系統》課程設計說明書9則構成電壓型逆變器。電壓型逆變電路輸出電壓波形為矩形波，輸出電流波形近似正弦波。直流側電壓基本無脈動，直流回路呈現低阻抗；交流側輸出電壓為矩形波；當交流側為阻感負載時需要提供無功功率，直流側電容起緩沖無功能量的作用等特點。采用 IGBT 作為開關器件的三相電壓型橋式逆變電路如圖 25 所示： 圖 25 三相電壓型橋式逆變電路電路中的直流側通常只有一個電容器就可以了，但為了方便分析，畫作串聯的兩個電容器并標出假想中點 。和單相半橋，全橋逆變電路相同，三相電壓型橋式逆變39。N電路的基本工作方式也是 導電方式，即每個橋臂的導電角度為 ，同一相上下180? 180?橋臂交替導通。因為每次換流都是在上下橋臂之間進行，因此也被稱為縱向換流。方案二（電流型逆變）：采用大電抗器來緩沖無功功率，則構成電流源型變頻器。電流型逆變電路則為電流波形為矩形波電壓波形為近似正弦波。直流側電流基本無脈動，直流回路呈現高阻抗；交流側輸出電流為矩形波；當交流側為阻感負載時需要提供無功功率，直流側電感起緩沖無功能量的作用，反饋無功能量時直流電流并不反向等特點。采用 IGBT 作為開關器件的三相電流型橋式逆變電路如圖 26 所示：圖 26 三相電流型橋式逆變電路武漢理工大學《電力電子裝置及系統》課程設計說明書10方案選擇：電流型逆變直流側需加大電感，價格比較昂貴，而電壓型逆變器整流變頻裝置具有結構簡單、諧波含量少、定轉子功率因數可調等優異特點。且直流側只需并聯一個電容，故選擇電壓型逆變電路。 SPWM采樣方法選擇方案一(自然采樣法) ：自然采樣法以正弦波為調制波，等腰三角波為載波進行比較，在兩個波形的自然交點時刻控制開關器件的通斷，這就是自然采樣法。其優點是所得SPWM 波形最接近正弦波，但由于三角波與正弦波交點有任意性，脈沖中心在一個周期內不等距，從而脈寬表達式是一個超越方程，計算繁瑣，難以實時控制。方案二(規則采樣法): 規則采樣法如圖 27，規則采樣法一般采用三角波作為載波，其原理就是用三角波對正弦波進行采樣得到階梯波，再以階梯波與三角