3kva逆變器設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(編輯修改稿)
2025-06-11 03:59 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 以準(zhǔn)確計(jì)算出來。按照計(jì)算結(jié)果控制逆變電路中各開關(guān)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(shù)量的等幅而不等寬的矩形脈沖代替，使矩形脈沖的中點(diǎn)和相應(yīng)正弦波部分的中點(diǎn)重合，且使矩形脈沖和相應(yīng)的正弦波部分面積（沖量）相等，這就是 PWM波形。對(duì)于正弦波的負(fù)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(guī)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(chǎn)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(xué)《電力電子裝置及系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說明書6圖 21 SPWM波形圖把希望輸出的波形作為調(diào)制信號(hào)，把接受調(diào)制的信號(hào)作為載波，通過信號(hào)波的調(diào)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(yīng)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(diào)制信號(hào) 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(fù)半周為負(fù)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(diào)制，也可以采用雙極性調(diào)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(hào)波 Ut的半個(gè)周期內(nèi)三角波載波 Uc只在正極性或負(fù)極性一種極性范圍內(nèi)變化，所得到的 PWM波形也只在單個(gè)極性范圍變化的控制方式，和單極性 PWM控制方式相對(duì)應(yīng)的是雙極性控制方武漢理工大學(xué)《電力電子裝置及系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說明書7式。雙極性 PWM控制方式在調(diào)制信號(hào) ur和載波信號(hào) uc的交點(diǎn)時(shí)刻控制各開關(guān)器件的通斷。 在 ur的半個(gè)周期內(nèi)，三角波載波有正有負(fù)，所得的 PWM波也是有正有負(fù)，在 ur的一個(gè)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。 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(shí)，在 Ut的半個(gè)周期內(nèi)，三角波載波不再是單極性的，而是有正有負(fù)，所得到的 PWM波也是有正有負(fù)。在 Ut的一個(gè)周期內(nèi)，輸出的 PWM波只有正負(fù) Ud兩種電平，而不像單極性控制時(shí)還有零電平。仍然在調(diào)制信號(hào) Ut和載波信號(hào) Uc的交點(diǎn)時(shí)刻控制各開關(guān)器件的通斷。在 Ut的正負(fù)半周，對(duì)各個(gè)開關(guān)器件的控制規(guī)律相同。PWM控制就是對(duì)脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)，即通過一系列脈沖的寬度進(jìn)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(shí)，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(gè)完整的 SPWM逆變電路應(yīng)該由控制電路、驅(qū)動(dòng)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(hào)，通過驅(qū)動(dòng)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(gè)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(jì)算機(jī)法和調(diào)制法兩種，但因?yàn)橛?jì)算機(jī)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)生變武漢理工大學(xué)《電力電子裝置及系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說明書8化時(shí)，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(shì)，因此，調(diào)制法應(yīng)用最為廣泛。調(diào)制法就是把希望輸出的波形作為調(diào)制信號(hào) Ut，把接收調(diào)制的信號(hào)作為載波 Uc，通過信號(hào)波的調(diào)制得到所期望的 PWM波形。本次課程設(shè)計(jì)任務(wù)要求設(shè)計(jì)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(hào)波采用正弦波，載波采用最常用的等腰三角形。 設(shè)計(jì)思路本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)的是一個(gè)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(jìn)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(jì)與選擇 逆變電路選擇用三個(gè)單相逆變電路可以組合成一個(gè)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(gè)電容器，而電流型通常是在直流側(cè)串一個(gè)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，調(diào)制波、載波SPWM 波觸發(fā)脈沖AC220VpkIGBT 三相橋式逆變電路 三相變壓器SPWM 信號(hào)發(fā)生器DC220V AC220VrmsLC 濾波電路驅(qū)動(dòng)電路武漢理工大學(xué)《電力電子裝置及系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說明書9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波。直流側(cè)電壓基本無脈動(dòng)，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(fù)載時(shí)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(diǎn)。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(gè)電容器就可以了，但為了方便分析，畫作串聯(lián)的兩個(gè)電容器并標(biāo)出假想中點(diǎn) 。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(dǎo)電方式，即每個(gè)橋臂的導(dǎo)電角度為 ，同一相上下180? 180?橋臂交替導(dǎo)通。因?yàn)槊看螕Q流都是在上下橋臂之間進(jìn)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(dòng)，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(fù)載時(shí)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(shí)直流電流并不反向等特點(diǎn)。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武漢理工大學(xué)《電力電子裝置及系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說明書10方案選擇：電流型逆變直流側(cè)需加大電感，價(jià)格比較昂貴，而電壓型逆變器整流變頻裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、諧波含量少、定轉(zhuǎn)子功率因數(shù)可調(diào)等優(yōu)異特點(diǎn)。且直流側(cè)只需并聯(lián)一個(gè)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(jìn)行比較，在兩個(gè)波形的自然交點(diǎn)時(shí)刻控制開關(guān)器件的通斷，這就是自然采樣法。其優(yōu)點(diǎn)是所得SPWM 波形最接近正弦波，但由于三角波與正弦波交點(diǎn)有任意性，脈沖中心在一個(gè)周期內(nèi)不等距，從而脈寬表達(dá)式是一個(gè)超越方程，計(jì)算繁瑣，難以實(shí)時(shí)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(duì)正弦波進(jìn)行采樣得到階梯波，再以階梯波與三角
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