无源三相PWM逆变器控制电路设计-参考模板

无源三相PWM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

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

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

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

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：

图2.1 考虑电感时电容滤波的三相桥式整流电路及其波形

a ）电路原理图

b ）轻载时的交流侧电流波形

c ）重载时的交流侧电流波形

1. 其工作原理如下所示：

该电路中，当某一对二级管导通时，输入直流电压等于交流

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。

当没有二级管导通时，由电容向负载放电，u d 按指数规律下降。

设二极管在局限电路电压过零点δ角处开始导通，并以二极

管VD 6和VD 1开始同时导通的时刻为时间零点，则线电压为

a)c)R 462

i i

u ab =6U 2sin （ωt+δ） 而相电压为

u a =2U 2sin(ωt+δ－6

π) 在ωt=0时，二极管VD 6和VD 1开始同时导通，直流侧电压

等于u ab ；下一次同时导通的一对管子是VD 1和VD 2，直流侧电

压等于u ab 。这两段导通过程之间的交替有两种情况，一种是在

VD 1和VD 2同时导通之前VD 6和VD 1是关断的，交流侧向直流

侧的充电电源i d 是断续的；另一种是VD 1一直导通，交替时由

VD 6导通换相至VD 2导通，i d 是连续的。介于二者之间的情况是，

VD 1和VD 6同时导通的阶段与VD 1和VD 2同时导通的阶段在 ω

t+δ=3

2π出恰好连接起来，i d 恰好连续。由 “电压下降速度相等”的原则，可以确定临界条件。假设在wt +d =2p /3的时刻“速度相

等”恰好发生，则有

可得 wRC =

这就是临界条件。 wRC > 和 wRC < 分别使电流i d

32

=+t )]-32(-t [RC 1m 3

2=+t m t)(32sin E )()]+t sin([E πθωθπωωπθωωπωθωd e d t d d ??????=

-333

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=wC。

考虑实际电路中存在的交流侧电感以及为抑制冲击电流而串联的电感时的工作情况：电流波形的前沿平缓了许多，有利于电路的正常工作。随着负载的加重，电流波形与电阻负载时的交流

侧电流波形逐渐接近。

2．由电容滤波电路的原理分析可知，该电路的特点如下所示：（1）二极管的导电角θ<π，流过二极管的瞬时电流很大

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，如图1所示。

C值一定，当，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

V L=(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。

2.3 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。

根据要求，逆变电路采用三相桥式电压型逆变电路，其电路图如图3.1所示：

图3.1

1.1其工作原理如下：

（1）该电路是采用双极性控制方式。U,V,W三相的PWM

控制通常公用一个三角载波u c,三相的调制信号u rU,u Rv和u rW 依次相差120°。U,V和W各相功率开关器件的控制规律相同，现以U相为例来说明。当u rU大于u c时，给上桥臂V1导通信号，给下桥臂V4以关断信号，则U相相对于直流电源假象中点N’的输出电压u Un’=U d/2。当u rU小于u c时，给V4一导通信号，给V1上桥臂关断信号时，则u UN=2d U。V1和V4的驱动信号始终是互补的。当给V1（V4）以导通信号，也可能是二极管VD1(VD4)续流导通这要由阻感负载中电流方向来决定。这是因为阻感负载中电流的方向来决定的。V相及W相的控制方式都相同。电路波形如图所示。可以得出，的PWM波形都只有两种电平，当臂1臂6导通时u UV=U d，当臂3和臂4导通时u UV=－U d，当臂1和臂3或臂4和臂6导通时u UV=0。因此，逆变器的输出线电压PWM波由 U d和0三种电平构成。而且负载相电压PWM 波由(±2/3)Ud、(±1/3)Ud和0共5种电平组成，其波形图如图3.2所示。