【正文】 較常見的分類主要方法有兩類： a) 根據(jù)調(diào)制脈沖的極性可以分為單極性、雙極性和單極性倍頻調(diào)制三種； 單極性調(diào)制方式 單極性調(diào)制方式的特點是在一個開關(guān)周期內(nèi)兩只功率管以較高的開關(guān)頻率互補開關(guān)，保證可以得到理想的正弦輸出電壓；另兩只功率管以較低的輸出電壓基波頻率工作，從而在很大程度上減小了開關(guān)損耗。采用模擬電路和專用集成芯片的方法來產(chǎn)生 PWM 波形，調(diào)制度都在 01之間，稱為線性調(diào)制，調(diào)制度在此區(qū)間時，輸出電壓的基波分量正比于調(diào)制度。為了保證逆變器功率開關(guān)器 件安全工作，所調(diào)制的脈沖載波有最小脈寬和最小間隙限制，以保證脈沖寬度大于功率開關(guān)器件的導(dǎo)通時間 ONt 和關(guān)斷時間 OFt 。顯然這一系列脈沖波形的寬度和開關(guān)時刻可以 嚴格地用數(shù)學(xué)方法計算得到。如圖53 所 示。 DrCpCp tUTtTt ????? （ 53） cu ruptO 1t 2t ttDt2ptpt 39。 對稱規(guī)則采樣法 在采樣時，每個脈沖的中點和三角波中點（負峰點）重合，即使每個脈沖的中點都以相應(yīng)的三角波中點為對稱，使計算大為簡化，如圖 52所示，在三角波的負峰時刻 Dt 對正弦調(diào)制波采樣而得到 D 點，過 D點作一水平直線和三角波分別交于 1和 2點，在 1點的時刻 1t 和 2點的時刻 2t 分別控制功率開關(guān)器件的通和斷。 b) 規(guī)則采樣法 自然采樣法是最基本的 SPWM 波形生成法，它以 SPWM 控制的基本原理為出發(fā)點可以準確地計算出各功率開關(guān)器件的通斷時刻，所得的波形很接近正弦波。采樣法又有如下幾種： a) 自然采樣法 自然采樣法就是在正弦波和三角波的自然交點時刻控制功率開關(guān)器件的通斷，從而生成 SPWM 波形，如圖 51 所示。 依據(jù) SPWM 控制原理，可以用模擬電路構(gòu)成三角波載波和正弦調(diào)制波發(fā)生電路，用比較器來確定它們的交點，在交點時刻對功率開關(guān)器件的通斷進行控制， 就可以生成 SPWM 波形。采用脈寬調(diào)制逆變電路，可同時解決調(diào)壓和改善波形的雙重任務(wù)。 PWM 調(diào)制法基本原理 在采樣控制理論中有一個重要的結(jié)論：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) PWM( Pulse Width Modulation)控制就是對脈沖的寬度進行調(diào)制的技術(shù)，即通 過對一系列脈沖的寬度進行調(diào)制，來等效的獲得所需要的波形。 變頻電源性能的好壞取決于輸出的電壓、電流波形是否近似于正弦波，這需要采用電子技術(shù)來調(diào)制波形或幅值。 除了上述 減少 CE 之間的過電壓之外，為防止柵極電荷積累或柵源電壓出現(xiàn)尖峰損壞 IGBT、可在 CE之間設(shè)置一些保護元件，電路如圖 44 所示。 RRV2V1 圖 43 吸收回路 圖 44 柵極保護電路 設(shè)計采用充放電吸收回路，對于電路中元器件的選用，在實際工作中，電容C選用高頻低電感繞聚乙烯或聚丙烯電容，也可選用陶瓷電容，容量為 2 F? 左右。產(chǎn)生 過流的原因大致有：晶體管或二極管損壞，控制與驅(qū)動電路故障或干擾等引起誤動、輸出線接錯或絕緣損壞等形成短路、輸出端對地短路等。電源電壓的極限值為+18V/15V，一般取 +15V/10V； c)信號傳輸延遲時間短，低電平 — 高電平的傳輸延時時間以及高電平 — 低電平的傳輸延遲時間都在 s? 以下； d)具有過流保護功能， M57962L 通過檢測 IGBT 的飽和壓降來判斷 IGBT 是否過流，一旦過流， M57962L 將對 IGBT 實施軟關(guān)斷，并輸出過流故障信號。若過載或短路， IGBT 的集電極電位升高，經(jīng)外接二極管流入檢測電路的電流增加，柵極關(guān)斷電路動作，切斷 IGBT 的柵極驅(qū)動信號，同時在 8 腳輸出電平“過載 /短路”指示信號。 M57962L的主要參數(shù)列于附表 41中。為解決這個問題，目前市場上已推出了一些專用集成驅(qū)動電路模塊，使得電路設(shè)計簡單、可靠。 b)串聯(lián)柵極電阻 RG 選擇適當(dāng)?shù)臇艠O串聯(lián)電阻對 IGBT 柵極驅(qū)動相當(dāng)重要。 4 功率器件的驅(qū)動和保護電路設(shè)計 對 IGBT 驅(qū)動電路的主要要求如下： a)柵極驅(qū)動電壓 IGBT開通時，正向柵極電壓的值足夠使 IGBT產(chǎn)生飽和，并使通態(tài)損耗減至最小，同時也應(yīng)限制短路電流和它所帶來的功率應(yīng)力。因此在本課題的變頻電源電路中，整流電路接濾波電容，以減小整流電壓的脈動程度，來滿足電路的需要。濾波電路的主要任務(wù)是將整流后的單向脈動直流電 壓中的紋波濾除掉，使其變成平滑的直流電。圖中的虛線 ofu 表示 ou 中的基波分量。在 ru 和 cu 的交點時刻控制 IGBT 的通斷。這樣， ou 總可以得到 dU 和零兩種電平。 負載+V d cZ 1Z 2Z 3Z 4R 1R 2R 3R 4C 1C 2C 3C 4C fCDL fAB 圖 33 單相全橋正弦逆變電路 具體的控制規(guī)律如下：在輸出電壓 ou 的正半周，讓 V1 保持通態(tài)， V2 保 持斷態(tài)， V3和 V4交替通斷。 PWM 控制逆變電路的工作原理 PWM 控制技術(shù)在逆變電路中的應(yīng)用十分廣泛，目前中小功率的逆變電路幾乎都采用了 PWM 技術(shù)。 b)IGBT 的額定電流 eI 電源的額定輸出電流 Ion為 1A，由此可知流過每個 IGBT 的平均電流為 I=1A。額定電壓要考慮電網(wǎng)電壓峰值、允許電壓波動范圍、開關(guān)電流 引起的電壓尖峰等，一般電壓取 2倍裕量，即 MCES VV 2? （ VM ， IGBT 上的最高電壓）。在電壓控制型器件中， IGBT 具有優(yōu)良的性能，它集 MOSFET 和 IGBT 的優(yōu)點于一身：既有輸入阻抗高、速度快、熱穩(wěn)定好和驅(qū)動電路簡單的優(yōu)點，又有通態(tài)電壓低、耐壓高的優(yōu)點，在此特選用 IGBT 作為功率管子。濾波電容一般采用電解電容，使用時注意極性不能接反，電容器的耐壓應(yīng)大于它實際工作中所承受的最大電壓，通常?。?～ 2） U1 ，所以該 系統(tǒng)的濾波電容耐壓值取為 400V。為解決以上問題，則應(yīng)根據(jù)負載電阻和輸出電流的大小來合理地選擇濾波電容 C的值 。所以流過整流二極管的電流有效值為 ,由于二極管電流定額是根據(jù)正弦半波電流平均值來定的，且考慮 2倍裕量，則整流二極管的電流 定額可選為 ?? A。依據(jù)輸入最高電壓時輸出最大電流的要求來確定其電壓與 電流等級，并預(yù)留 ～ 2 倍的電壓和2～ 3 倍的電流裕量。空載時， 22Uud ? 。前者等于該時刻 2u 導(dǎo)致的絕對值，而后者等于該時刻 du 與 RC? 的比值。 二極管 VD1 和 VD4 關(guān)斷的時刻，即 t? 達到 ? 的時刻，還可用另一種方法確定。 將 2u 代入并求解得 )c o s (2 2 ??? ?? tCUiC （ 33） 而負載電流為 )s i n(2 22 ?? ??? tRURuiR （ 34） 于是 )s i n(2)c os (2 22 ????? ?????? tRUtCUiii RCd （ 35） 設(shè) VD1 和 VD4 的導(dǎo)通角為 ? ，則當(dāng) 0?t? 時， VD1 和 VD4 關(guān)斷。 1u 2uV D 1 V D 2V D 3 V D 4cR2i Rici 22 iuu d2i du??2?? 2u t?o a)電路 b)波形 圖 31 電容濾波的單相橋式不可控整流電路及其工作波形 工作原理及波形分析 假設(shè)該電路已工作于穩(wěn)態(tài)，同時由于實際中作為負載的后級電路穩(wěn)態(tài)時消耗的直流平均電流是一定的，所以分析中以電阻 R作為負載?？刂齐娐钒▎纹瑱C系統(tǒng)、驅(qū)動保護電路、信號檢測電路以及顯示電路。設(shè)計時采用 LC濾波器。根據(jù)單片機提供的輸出 PWM 控制波形的信息，產(chǎn)生相應(yīng)的驅(qū)動信號。二極管不可控單相整流電路輸出的直流電含有紋波，通過大電容將帶有紋波的電壓波形濾得比 較平滑。做為控制器的單片機是整個控制系統(tǒng)的大腦，它要完成對取樣反饋回來的電壓模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，決定 PWM 產(chǎn)生器 SG3525 輸出 PWM 控制信號的任務(wù)，并通過顯示電路顯示出系統(tǒng)的最新運行狀態(tài)。一般的交 — 交變壓變頻裝置雖然沒有濾波電容，但供電電源的低阻抗使它具有電壓源的性質(zhì)，也屬于電壓源型變頻器。對于交一直一交變頻裝置，兩類變頻器的主要區(qū)別在于中間直流環(huán)節(jié)采用什么樣的濾波器。 (b) 器件熱漂移問題的存在，導(dǎo)致系統(tǒng)輸出性能變差。 數(shù)字式是在微控制器的作用下，通過一定的方法，根據(jù)所設(shè)定的周期逐點輸出正弦波的每個樣值，再通過數(shù)模轉(zhuǎn)換，從而形成連續(xù)平滑的波形。 模擬式是采用 反饋振蕩電路，利用自激振蕩和選頻作用，通過正反饋機制建立連續(xù)的正弦波輸出。 PWM逆變器需要全控式電力電子器件，其輸出諧波減少的程度取決 PWM 的開關(guān)頻率，而開關(guān)頻率則受器件的開關(guān)時間限制。 如圖 b所示的裝置中，整流環(huán)節(jié)采用二極管不控整流器，只整流不調(diào)壓，再單獨設(shè)置斬波器，用脈寬調(diào)壓。如圖 23所示。然后采用開關(guān)器件令它們輪流切換導(dǎo)通，則在負載上 得到頻率可調(diào)的交流電壓 Vo。 b）間接變壓變 頻裝置則是先將工頻交流電通過整流器變成直流電，再經(jīng)過逆變器將直流電變換成可控頻率的交流電，因此又稱為有中間直流環(huán)節(jié)的變壓變頻裝置，或交 — 直 — 交變壓變頻裝置。如果控制角 a 一直不變，則輸出平均電壓是方波，要得到正弦波，就必須在每一組整流器導(dǎo)通期間不斷改變其控制角。 A C A CV V V FC V C F~ 5 0 H Z交 — 交 變 壓 變 頻 圖 21 直接（交 — 交）變壓變頻裝置 這種裝置只有一個環(huán)節(jié)，就可以把恒頻恒壓 (CVCF)的交流電源變換成 VVVF電源，因此，稱之為直接（或交 — 交）變壓變頻裝置。在實際運行中，這些電源需要隨機改變電源電壓、頻率，或者電源電壓和頻率之間按照一定規(guī)律進行變化，以使負載或者對象按照一定的規(guī)律運轉(zhuǎn)。 小型逆變器還可利用汽車、輪船、便攜供電設(shè)備，在野外提供交流電源 。儀器儀表、通信設(shè)備和家用電器中。雖然因為價格和控制技術(shù)等方面的原因目前采用 PWM 整流電路的變頻電源尚未得到推廣，但是，隨著變頻技術(shù)的發(fā)展和人們對環(huán)境問題的重視，不斷減少變頻電源對環(huán)境的影響，直至推出真正的無公害變頻電源。隨著 IGBT 的低噪聲變頻電源的出現(xiàn)，這個問題已經(jīng)基本上得到了解決。 隨著變頻電源市場的不斷擴大，如何進一步提高變頻電源的易操作性，使普通的技術(shù)人員甚至非技術(shù)人員也能很快地掌握變頻電源的使用技術(shù)已經(jīng)成為廠家必須考慮的問題。從技術(shù)方面來看，隨著變頻電源市場的進一步擴大，今后變頻技術(shù)將會隨著有關(guān)的技術(shù)發(fā)展，在下面幾個方面也會有進一步的提高： a)大容量和小體積化； b)高性能和多功能化； c)易操作性的提高； d)壽命和可靠性增加； e)無公害化。 目前有些變頻器己經(jīng)有了能量回饋制動單元，但這些制動單元一般采用單片機控制，如 51 系列單片機。因為這種系統(tǒng)要求電機四象限運行，當(dāng)電機減速、制動或者帶位能性負載重物下放時，電機處于再生發(fā)電狀態(tài)。 目前應(yīng)用最為廣泛的是通用變頻器，通用變頻器大都為電壓型交 — 直 — 交變頻器。盡管目前的 IPM 在功率等級上還很有限，但在各個應(yīng)用領(lǐng)域中顯示出顯著的優(yōu)點。 除了器件本身性能的不斷提高，器件模塊化和集成技術(shù)也相繼發(fā)展起來。研制復(fù)合器件的主要目的是實現(xiàn)器件的高壓、大電流參數(shù)同動態(tài)參 數(shù)之間的最合理的折中，使其兼有MOS 器件和雙極型器件的突出優(yōu)點，即具有 MOSFET 的輸入特性、開關(guān)頻率和晶體管的輸出特性、開關(guān)容量，從而產(chǎn)生出較為理想的高頻、高壓和天電流器件。比較而言，功率場效 應(yīng)晶體管 MOSFET 是一種電壓控制型自關(guān)斷器件，具有驅(qū)動功率低、安全工作區(qū)寬 (幾乎不存在二次擊穿問題 )、漏極電流為負溫度特性 (易并聯(lián) )、輸入阻抗高等優(yōu)點，同時又是一種高頻器件，能夠在高頻硬開關(guān)環(huán)境中工作。經(jīng)過60年代的工藝完善和應(yīng)用開發(fā)，到了 70年代，晶閘管己形成從低壓小電流到高壓大電流的 系列產(chǎn)品。 frequencyvariable power supplier。 在闡述單相全橋式變頻電源原理的基礎(chǔ)上，討論了變頻電源主電路主要器件參數(shù)的設(shè)計。畢業(yè)設(shè)計 單相變頻電源設(shè)計 專業(yè) 電氣工程及其自動化 學(xué)生姓名 倪玲 班級 B 電氣 041 學(xué)號 0410610121 指導(dǎo)教師 陳榮 完成日期 2021 年 6 月 17 日 單相變頻電源設(shè)計 摘 要 ：隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，變壓變頻電源已被廣泛應(yīng)用在各種領(lǐng)域中，與此同時，系統(tǒng)對變壓變頻電源的輸出電壓波形質(zhì)量也提出了越來越高的要求。為了提高輸出波形質(zhì)量，采用了基于脈寬調(diào)制器 SG3525 芯片的閉環(huán)控制電路，詳細