課程設計---3kva三相逆變器設計

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1概述1</b></p><p><b>　　2設計方案2</b></p><p>　　2.1主電路結構選擇2</p><p><b>　　2.2方案論證2</b><

2、/p><p><b>　　3電路分析3</b></p><p><b>　　3.1主電路3</b></p><p>　　3.2抗干擾電路4</p><p><b>　　3.3逆變電路4</b></p><p>　　4 LC濾波器參數(shù)的選取5<

3、/p><p>　　4.1 濾波電容C的設計5</p><p>　　4.2 濾波電感L的設計5</p><p>　　4.3 濾波器諧振頻率的選擇6</p><p>　　4.4 濾波器參數(shù)確定6</p><p><b>　　5 心得體會8</b></p><p><

4、b>　　參考文獻9</b></p><p>　　3KVA三相逆變器設計</p><p><b>　　1概述</b></p><p>　　隨著各行各業(yè)自動化水平及控制技術的發(fā)展和其對操作性能要求的提高，許多行業(yè)的用電設備（如通信電源、電弧焊電源、電動機變頻調速器等）都不是直接使用交流電網(wǎng)作為電源，而是通過形式對其進行變換而得到

5、各自所需的電能形式，它們所使用的電能大都是通過整流和逆變組合電路對原始電能進行變換后得到的。</p><p>　　當今世界逆變器應用非常廣泛。逆變器是將直流變?yōu)槎l定壓或調頻調壓交流電的變換器，傳統(tǒng)方法是利用晶閘管組成的方波逆變電路實現(xiàn)，但由于其含有較大成分低次諧波等缺點，近十余年來，由于電力電子技術的迅速發(fā)展，全控型快速半導體器件BJT，IGBT，GTO 等的發(fā)展和PWM 的控制技術的日趨完善，使SPWM 逆變

6、器得以迅速發(fā)展并廣泛使用。PWM 控制技術是利用半導體開關器件的導通與關斷把直流電壓變成電壓脈沖列，并通過控制電壓脈沖寬度和周期以達到變壓目的或者控制電壓脈沖寬度和脈沖列的周期以達到變壓變頻目的的一種控制技術，SPWM 控制技術又有許多種，并且還在不斷發(fā)展中，但從控制思想上可分為四類，即等脈寬PWM 法，正弦波PWM 法（SPWM 法），磁鏈追蹤型PWM 法和電流跟蹤型PWM 法，其中利用SPWM 控制技術做成的SPWM 逆變器具有以下

7、主要特點：</p><p>　　（1）逆變器同時實現(xiàn)調頻調壓，系統(tǒng)的動態(tài)響應不受中間直流環(huán)節(jié)濾波器參數(shù)的影響。</p><p>　?。?）可獲得比常規(guī)六拍階梯波更接近正弦波的輸出電壓波形，低次諧波減少，在電氣傳動中，可使傳動系統(tǒng)轉矩脈沖的大大減少，擴大調速范圍，提高系統(tǒng)性能。</p><p>　?。?）組成變頻器時，主電路只有一組可控的功率環(huán)節(jié)，簡化了結構，由于采用

8、不可控整流器，使電網(wǎng)功率因數(shù)接近于1，且與輸出電壓大小無關。</p><p>　　本次課程設計要完成的是設計容量為3KVA的三相逆變器。初始條件為：輸入直流電壓220V。要求輸出220V三相交流電，完成總電路的設計，并計算電路中各元件的參數(shù)。</p><p><b>　　2設計方案</b></p><p>　　2.1主電路結構選擇</p&

9、gt;<p>　　逆變器主電路結構的選取應該遵循以下幾個原則：應選用盡量少的開關器件，這樣可以提高系統(tǒng)的可靠性，并且降低成本；盡量減少逆變電源中的電容值、電感值和電容電感元件在逆變電源中的數(shù)量，這樣可以減小整個逆變電源設備的體積，提高其可靠性，同時也應該降低設備的成本；電路拓撲結構應該有利于逆變電源最終輸出電壓中諧波的消除，輸出電壓頻率及幅值的調節(jié)。鑒于以上諸項要求，本文所設計的逆變器主電路采用的是全橋式結構。</p

10、><p><b>　　2.2方案論證</b></p><p>　　在逆變器電路的設計中，控制方法是核心技術。早期的控制方法使得輸出為矩形波，諧波含量較高，濾波困難，而SPWM技術較好地克服了這些缺點。</p><p>　　SPWM（Sinusoidal Pulse Width Modulation）正弦脈寬調制技術：通過對一系列寬窄不等的脈沖進行調

11、制，來等效正弦波形（幅值、相位和頻率）</p><p>　　SPWM 容易實現(xiàn)對電壓的控制，控制線性度好，本文所設計的逆變電源采用SPWM控制方式。</p><p><b>　　3電路分析</b></p><p><b>　　3.1主電路</b></p><p>　　圖3.1是SPWM逆變器的主電路

12、，圖中Vl—V6是逆變器的六個功率開關器件，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，應在所要求的輸出頻率范圍內可調。參考信號的幅值也可在一定范圍內變化，決定輸出電壓的大小。三角載波信號Uc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，產生SPWM脈沖序列波 Uda，Udb，Udc作為逆變器功率開關器件的驅動控制信號

13、。</p><p><b>　　3.1電源電路</b></p><p>　　當Uru<Uun=-Ud/2時，給V4導通信號，給V1關斷信號Uun=-Ud/2,給V1(V4)加導通信號時，可能是V1(V4)導通，也可能是VD1(VD4)導通。Ud和Uwn’的PWM波形只有±Ud/2兩種電平。當Uru>Uc時，給V1導通信號，給V4關斷信號，Uun’

14、 =-Ud/2。Uuv的波形可由Uun’- Uvn’得出，當1和6通時，Uuv=Ud，當3和4通時，Uuv=-Ud，當1和3或4和6通時，Uuv=0。輸出線電壓PWM波由±Ud和0三種電平構成負載相電壓PWM波由(±2/3)Ud,(±1/3) Ud和0共5種電平組成。</p><p>　　防直通的死區(qū)時間同一相上下兩臂的驅動信號互補，為防止上下臂直通而造成短路，留一小段上下臂都施加關

15、斷信號的死區(qū)時間。死區(qū)時間的長短主要由開關器件的關斷時間決定。死區(qū)時間會給輸出的PWM波帶來影響，使其稍稍偏離正弦波。</p><p><b>　　3.2抗干擾電路</b></p><p>　　本設計采用了光電隔離器，光電隔離器可以很簡單將主回路的強電和控制回路的弱電相隔離，使主回路和控制回路更好的結合。光電隔離器的電路示意圖如圖3.3所示。</p>&

16、lt;p>　　3.3逆變電路 </p><p>　　逆變電路的作用是將直流電壓轉換成梯形脈沖波，經(jīng)低通濾波器濾波后，從而使負載上得到的實際電壓為正弦波，逆變電路是由4個IGBT管（VT1、VT2、VT3、VT4）組成的全橋式逆變電路組成，如圖3.5所示。</p><p>

17、;<b>　　圖3.3 逆變電路</b></p><p>　　4 LC濾波器參數(shù)的選取</p><p>　　4.1 濾波電容C的設計</p><p>　　濾波電容C的作用是和濾波電感一起來濾除輸出電壓中的高次諧波，保證輸出電壓的THD要求，從減小輸出電壓THD的角度考慮，C越大越好。但從另一個角度來看，在輸出電壓不變的情況下，濾波電容C增大意味

18、著無功電流的增加，增加了逆變器的電流容量，同時也將導致體積重量增加，降低系統(tǒng)效率。因此，濾波電容的選取原則是在保證輸出電壓的THD滿足要求的情況下，取值盡量小。</p><p>　　在濾波電容的選取中，一般取其無功電流,為輸出電流最大有效值。按單相輸出3300VA，則輸出電流最大有效值為：</p><p><b>　　可得： </b></p>&

19、lt;p><b>　　由于： </b></p><p><b>　　可得： </b></p><p>　　4.2 濾波電感L的設計</p><p>　　輸出濾波電路之所以能提高輸出波形的質量，是因為逆變橋輸出調制波形中的高次諧波主要降在濾波電感兩端。因此要保證電容兩端的諧波含量較低，濾波電感的高頻阻抗

20、與濾波電容的高頻阻抗相比不能過低，即濾波電感的感量不能太小。此外濾波電感的增大，還會使電流變化變慢，系統(tǒng)的動態(tài)響應時間變長。而減小濾波電感，則可以改善電路的動態(tài)性能，但是會增大電感電流的脈動量。故選取電感值，要綜合考慮。</p><p>　　根據(jù)電路原理，若在電感兩端施加一時間為的電壓，則電感的電流變化量可表示 為：</p><p>　　當正弦調制信號瞬時值為是，輸出脈沖寬度為：</

21、p><p>　　在穩(wěn)定后的理想系統(tǒng)中，輸出電壓可表示為:</p><p>　　在時間內S1或D1導通，濾波電感的電流上升，其脈動量為</p><p>　　從上式可以看出當時，電流脈動最大。最大電流脈動可以用下式算得：</p><p>　　從上式可以看出，濾波電感上的最大諧波電流和電感L的值成反比。 根據(jù)工程經(jīng)驗一般取電感的最大脈動

22、量不超過電感電流最大值的20%，即：</p><p>　　4.3 濾波器諧振頻率的選擇</p><p>　　對于單相雙極性SPWM半橋逆變器而言，橋臂輸出電壓中含有高次諧波，且它的最低次位于開關頻率的下邊帶處。濾波器的主要作用是濾除輸出電壓中的高次諧波，為了更好的濾除開關頻率及附近頻帶的諧波，LC濾波器的轉折頻率通常取在1/10開關頻率一下；同時將濾波器的轉折頻率設在10倍基波頻率以上，以

23、保證輕載時不會在基波分量處發(fā)生諧振。本文中開關頻率為fs=16kHz.基波頻率為f1=50Hz,故Lc濾波器的轉折頻率fn應滿足：</p><p>　　500Hz1.6kHz</p><p>　　4.4 濾波器參數(shù)確定</p><p>　　綜合考慮以上各因素，最后選出的濾波電感和電容的值如下:</p><p><b>　　濾波電感L

24、=2mH</b></p><p>　　濾波電容C=24.7uf</p><p>　　濾波電感上最大電流脈動為：</p><p>　　考慮極限情況，當逆變器帶榮性滿載時，在輸出電壓過零時刻，流過電感的點流瞬時值最大，該值為：</p><p>　　電感電流最大脈動量占電流最大值的百分比為：</p><p>　　

25、可見，該值超過了20%（工程經(jīng)驗值），即電感的取值還應稍微偏大。</p><p><b>　　5 心得體會</b></p><p>　　兩個周的電力電子課程設計—3KVA三相電壓型逆變器設計就要結束了，雖然課程設計的時間比較短，但我卻收獲了很多值得總結和值得我銘記于心的知識和認識。通過本次課程設計，我進一步了解了PWM控制技術的基本原理，以及它在逆變器中所起的作用。&

26、lt;/p><p>　　開始課程設計的時候，由于我們學的都是一些嵌入式方面的理論知識，牽涉到實際的我們幾乎一無所知，所以我們組的成員都不知道該怎么入手，我們通過請教老師，以及上網(wǎng)查詢等通道，終于順利的完成數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)的各方面設計。這樣一個過程使我的理論知識得到了試驗和應用，使我的理論知識得到了進一步的提高，對逆變器的基本工作原理和控制方法有較為清晰的認識。</p><p>　　總之，這次課程設

27、計不但讓我學到了很多的東西，提高和鞏固了多方面的知識，這些并不是在課堂上可以學到的。在完成課程設計后,我發(fā)現(xiàn)我還有許多不足,所學到的知識還遠遠不夠，在以后的時間里我將繼續(xù)對各方面的知識的學習。</p><p>　　這次課程設計順利地完成了，在此期間，雖然我遇到了這樣或那樣的問題，但經(jīng)過自己的努力和不懈探求，最終克服了種種難關。同時，它讓我明白學習知識，不僅要掌握書本上的基本內容，還要靈活思考，善于變換，這樣才能找

28、到最優(yōu)設計，達到事半功倍的效果。而這是日后最實用的，真的是受益匪淺。要面對社會的挑戰(zhàn)，只有不斷的學習、實踐，再學習、再實踐；才能使自己不被社會淘汰。要將理論和實踐牢牢地結合在一起，只有這樣我們才能取得更輝煌的成績。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 林渭勛，現(xiàn)代電力電子技術，機械工業(yè)出版社[2] 王兆安，劉進軍 電力電子技