三相PWM逆变电路.docx

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三相PWM逆变电路

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。

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。

共阴极组中和a，b，c三相电源相接的3个二极管分别为VD1，VD3，VD5，共阳极组中和a，b，c三相电源相接的3个二极管分别为VD4，VD6，VD2。

二极管的导通顺序为VD1-VD2-VD3-VD4-VD5-VD6。

根据要求，整流电路采用二极管整流桥电容滤波电路，电路图如图1-1所示

图1-1三相桥式不可控整流电路

该电路中，当某一对二极管导通时，输出直流电压等于交流侧线电压中最大的一个，该线电压既向电容供电，也向负载供电。

当没有二极管导通时，由电容向负载放电，ub按指数规律下降。

设二极管在距线电压过零点δ角处开始导通，并以二极管VD6和VD1开始导通的时刻为时间零点，则线电压为

Uab=U2sin（ωτ＋δ）

而相电压为

Ua=U2sin（ωτ＋δ－π/6）

在ωt=0时，二极管VD6和VD1开始同时导通，直流侧电压等于uab；下一次同时导通的一对管子是VD1和VD2，直流侧电压等于uac。

这两段导通过程之间的交替有两种情况，一种是在VD1和VD2同时导通之前VD6和VD1是关断的，交流侧向直流侧的充电电流id是断续的，如图1所示，另一种是VD1一直导通，交替时由VD6导通换相至VD2导通，id是连续的。

介于二者之间的临界情况是，VD6和VD1同时导通的阶段和VD1和VD2在ωt＋δ＝2π/3处恰好衔接了起来，id恰好连续。

由前面所述“电压下降速度相等”的原则，可以确定临界条件。

假设在ωt＋δ＝2π/3的时刻“速度相等”恰好发生，则有：

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，临界条件，ωRC>和ωRC≤分别是电流id断续和连续的条件。

对一个确定的装置来讲，通常只有R是可变的，它的大小反映了负载的轻重。

因此可以说，在轻载时直流侧获得的充电电流是断续的，重载时是连续的，

分界点就是R=／（ωC）。

第二章三相无源PWM逆变电路及原理

2.1三相无源逆变电路及原理

主电路如图2-1所示

图2-1三相无源逆变电路的主电路

三个单相逆变电路可组合成一个三相逆变电路。

一．三相桥式逆变电路

1.基本工作方式是180°导电方式。

2.同一相（即同一半桥）上下两臂交替导电，各相开始导电的角度差120°，任一瞬间有三个桥臂同时导通。

3.每次换流都是在同一相上下两臂之间进行，也称为纵向换流。

工作波形

4.对于U相输出来说，当桥臂1导通时，uUN’=Ud/2，当桥臂4导通时，uUN’=-Ud/2，uUN’的波形是幅值为Ud/2的矩形波，V、W两相的情况和U相类似。

5.负载线电压uUV、uVW、uWU可由下式求出

第三章驱动电路

由于三相桥式电压型逆变电路中采用的IJBT管，它在使用的时候需要驱动电路，才能使IGBT管子正常地开通和关断。

IGBT的驱动电路必须具备2个功能：

一是实现控制电路和被驱动IGBT栅极的电隔离；二是提供合适的栅极驱动脉冲。

实现电隔离可采用脉冲变压器、微分变压器及光电耦合器。

根据设计要求，采用芯片M57962L及其附件组成的驱动电路，其电路图如图3-1所示：

图3-1驱动电路

第四章保护电路设计

4.1过电流保护电路

电力电子电路运行不正常或者发生故障时，可能会发生过电流。

过电流分为过载和短路两种情况。

通常采用的保护措施有：

快速熔断器、直流快速断路器和过电流继电器。

一般电力电子装置均同时采用集中过流保护措施，以提高保护的可靠性和合理性。

综合本次设计电路的特点，采用快速熔断器，即给晶闸管串联一个保险丝实施电流保护。

如图4-1电流保护电路所示。

对于所选的保险丝，遵从

值小于晶闸管的允许

值。

图4-1三相PWM逆变电路的过流保护电路

4.2过电压保护电路

电力电子装置中可能发生的过电压分为外因过电压和内因过电压两类。

外因过电压主要来自雷击和系统中的操作过程等外部原因。

本设计主要用于室内，为了使用方便不考虑来自雷击的威胁。

根据以上产生过电压的的各种原因，设计相应的保护电路。

如图4-2过压保护电路所示。

其中：

图中是利用一个电阻加电容进行电压抑制，当电压过高时，保护电路中的电容会阻碍其电压的上升，从而使得电力电子器件IGBT管因电压的的过高厄尔损坏。

图4-2中的电阻可以是1KΩ左右的电阻，而电容的值可以为100µF左右，

这样形成一个保护电路

图4-2三相PWM逆变电路过电压保护电路。

第五章仿真电路和波形

5.1三相桥式整流仿真电路及波形

三相桥式整流电容滤波电路如图5-1所示，仿真时用三个相位互差120°的交流电压源构成三相交流电源，其相电压幅值为311V、频率为50Hz，D1—D6构成三相桥式整流电路，C2为滤波电容。

负载上得到的始终是正向电压，C2起到减小纹波的作用。

对该电路进行瞬态分析可得到输出的电压波形如图5-1-2所示。

图5-1三相桥式整流电容滤波电路

图5-1-2电压波形

电源相电压均值U2=220V

输出电压均值Ui=2.34U2=514.8

参考文献

[1]《电力电子技术》王兆安黄俊西安机械工业出版社

[2]《Protel2004》神龙工作室北京人民邮电出版社

[3]《ProtelDXP电路设计制版入门和提高》雪茗斋电脑教育研究室人民邮电出版社

[4]《电子技术基础模拟部分（第五版）》康华光高等教育出版社

[5]《电路设计和制板ProtelDXP典型实例》老虎工作室倪泽峰江中华人民邮电出版社

[6]田健，郭会军，王华民，等大功率IGBT瞬态保护研究

课程设计的心得

通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。

在整个设计过程中，我得体会们通过这个方案包括设计了一套电路原理和连接图，和器件上的选择。

通过这次课程设计使我懂得了理论和实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识和实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。

这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多专业知识问题，最后在老师的辛勤指导下，终于游逆而解。

同时，在老师的身上我们学也到很多实用的知识，在次我们表示感谢！

同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！

此次课程设计，学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题，出现差错的随机应变，和和人合作共同提高，都受益非浅，今后的制作应该更轻松，自己也都能扛的起并高质量的完成项目。

在此，感谢桂老师的细心指导，也同样谢谢其他各组同学的无私帮助！