【文章內(nèi)容簡介】 控制方式，就是在信號波 Ut 的半個周期內(nèi)三角波載波 Uc 只在正極性或負極性一種極性范圍內(nèi)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(yīng)的是雙極性控制方式。 u r u c u O w t O w t u o u of u o U d U d 武漢理工大學(xué)《電力電子 裝置及系統(tǒng) 》課程設(shè)計說明書 7 雙極性 PWM 控制方式在調(diào)制信號 ur和載波信號 uc 的交點時刻控制各開關(guān)器件的通斷。 在 ur 的半個周期內(nèi)，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(nèi)，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。 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(nèi)，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(nèi)，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(diào)制信號 Ut 和載波信號 Uc的交點時刻控制各開關(guān)器件的通斷。在 Ut 的正負半周，對各個開關(guān)器件的控制規(guī)律相同。 PWM 控制就是對脈沖的寬度進行調(diào)制的技術(shù)，即通過一系列脈沖的寬度進行調(diào)制，來等效地獲得所需要的波形。 PWM 控制技術(shù)最重要的理論基礎(chǔ)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(huán)節(jié)上時，其效果基本相同。 SPWM 控制技術(shù)是 PWM 控制技術(shù)的主要應(yīng)用，即輸出脈沖的寬度按正弦規(guī)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(yīng)用系統(tǒng)，因此，一個完整的 SPWM 逆變電路應(yīng)該由控制電路、驅(qū)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(tǒng)的工作要求形成控制信號，通過驅(qū)動電路去控制主電路中電力電子器件的導(dǎo)通或者關(guān)斷，來完成整個系統(tǒng)的功能。 目前應(yīng)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(diào)制法兩種，但因為計算機法過程繁瑣，當(dāng)需要輸出的正弦波的頻率、幅值或相位發(fā)生變化時，結(jié)果都要變化，而調(diào)制法在這些方面有著無可比擬的優(yōu)勢，因此，調(diào)制法應(yīng)用最為u r u c u O w t O w t u o u of u o U d U d 武漢理工大學(xué)《電力電子 裝置及系統(tǒng) 》課程設(shè)計說明書 8 廣泛。 調(diào)制法 就是把希望輸 出的波形作為調(diào)制信號 Ut，把接收調(diào)制的信號作為載波 Uc，通過信號波的調(diào)制得到所期望的 PWM 波形。本次課程設(shè)計任務(wù)要求設(shè)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(shè)計思路 本次系統(tǒng)設(shè)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(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 24： : 圖 24 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 方案設(shè)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(yīng)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(cè)通常是并一個電容器，而電流型通常是在直流側(cè)串一個電感。 方案一（電壓型逆變）：直 流側(cè)為電壓源， 采用 并聯(lián) 大電容器來緩沖無功功率，則構(gòu)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 電流波形近似正弦調(diào)制波、載波 SPWM 波 觸發(fā)脈沖 AC220Vpk IGBT 三相橋式逆變電路 三相變壓器 SPWM 信號發(fā)生器 DC220V AC220Vrms LC 濾波電路 驅(qū)動電路 武漢理工大學(xué)《電力電子 裝置及系統(tǒng) 》課程設(shè)計說明書 9 波 。 直流側(cè)電 壓 基本無脈動，直流回路呈現(xiàn) 低 阻抗 ； 交流側(cè)輸出電 壓 為矩形波 ； 當(dāng)交流側(cè)為阻感負載時需要提供無功功率，直流側(cè)電 容 起緩沖無功能量的作用 等特點。 采用 IGBT 作為開關(guān)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(cè)通常只有一個電容器就可以了，但為了方便分析，畫作串聯(lián)的兩個電容器并標(biāo)出假想中點 39。N 。和單相半橋，全橋逆變電路相同，三相電壓型橋式逆變電路的基本工作方式也是 180? 導(dǎo)電方式，即每個橋臂的導(dǎo)電角度為 180? ，同一相上下橋臂交替導(dǎo)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(gòu)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(cè)電流基本無脈動，直流回路呈現(xiàn)高阻抗 ； 交流側(cè)輸出電流為矩形波 ； 當(dāng)交流側(cè)為阻感負載時需要提供無功功率，直流側(cè)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(guān)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 方案選擇： 電流型逆變 直流側(cè) 需加大 電感 ，價格 比較昂貴 ，而 電壓型逆變器整流武漢理工大學(xué)《電力電子 裝置及系統(tǒng) 》課程設(shè)計說明書 10 變頻裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、諧波含量少、定轉(zhuǎn)子功率因數(shù)可調(diào)等優(yōu)異特點 。且直流側(cè)只需并聯(lián)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(diào)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(guān)器件的通斷 ， 這就是自然采 樣法 。 其優(yōu)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(nèi)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(guī)則采樣法 ): 規(guī)則 采樣法 如圖 27， 規(guī)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 ， 再以階梯波與三角波的交點時刻控制開關(guān)器件的通斷 ， 從而實現(xiàn) SPWM 法 。 當(dāng)三角波只在其頂點 (或底點 )位置對正弦波進行采樣時 ， 由階梯波與三角波的交點所確定的脈寬 ， 在一個載波周期 (即采樣周期 )內(nèi)的位置是對稱的 。 圖 27 規(guī)則采樣法 方案選擇： 規(guī)則采樣法是對自然采樣法的改進 ,其主要優(yōu)點就是是計算簡單 ， 便于在線實時運算 ，尤其是利用軟件生成 SPWM 系統(tǒng)。 其中非對稱規(guī)則采樣法因階數(shù)多而更接近正弦 ， 故選擇 規(guī)則采樣法 。 ucuO turTcA DBO tuotAtDtB? ?? 39。?? 39。2?2? 武漢理工大學(xué)《電力電子 裝置及系統(tǒng) 》課程設(shè)計說明書 11 3 部分電路設(shè)計 IGBT 三相橋式逆變 電路 圖 31是 三相 逆變器 的主電路 設(shè)計圖。 圖中 Vl— V6 是逆變器的六個功率開關(guān)器件，各由一個續(xù)流二極管反并聯(lián)，整個逆變器由恒值直流電壓 U 供電。一組三相對稱的正弦參考電壓信號 由參考信號發(fā)生器提供，其頻率決定逆 變器輸出的基波頻率，應(yīng)在所要求的輸出頻率范圍內(nèi)可調(diào)。參考信號的幅值也可在一定范圍內(nèi)變化，決定輸出電壓的大小。三角載波信號 CU 是共用的，分別與每相參考電壓比較后，給出 “ 正 ” 或 “ 零 ” 的飽和輸出，產(chǎn)生 SPWM 脈 沖序列 波。 該電路采用雙極性控制方式， U、 V和 W三相的 PWM 控制通常公用一個三角載波 cu ，三相的調(diào)制信號 rUu 、 rVu 和 rWu 依 次相差 120 度。 當(dāng) 2RU UN dU U U? ? ?時，給 V4導(dǎo)通信號，給 V1 關(guān)斷信號 2UN dUU?? ，給 V V4 加導(dǎo)通信號時，可能是 V V4導(dǎo)通，也可能是 VD VD4 導(dǎo)通。 dU 和39。WNU的 PWM 波形只有 /2dU? 兩種電平。當(dāng) cRUUU? 時，給 V1導(dǎo)通信號，給 V4 關(guān)斷信號， 39。 /2UN dUU?? 。 u