陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)三相SPWM逆變器的仿真與研究[摘要]隨著電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)的迅速發(fā)展，PWM技術(shù)得到了迅速發(fā)展，SPWM正弦脈寬調(diào)制法這項(xiàng)技術(shù)的特點(diǎn)是原理簡單，通用性強(qiáng)，具有開關(guān)頻率固定，控制和調(diào)節(jié)性能好，能消除諧波使輸出電壓只含有固定頻率的高次諧波分量，設(shè)計(jì)簡單等一系列優(yōu)點(diǎn)，是一種比較好的波形改善法。它的出現(xiàn)為中小型逆變器的發(fā)展起了重要的推動作用。SPWM技術(shù)成為目前應(yīng)用最為廣泛的逆變用PWM技術(shù)。因此，研究SPWM逆變器的基本工作原理和作用特性意義十分重大。本論文介紹了三相電壓型SPWM逆變器的工作原理，仿真電路及matlab仿真。文中還給出了用此逆變器構(gòu)成的三相交流電動機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)，并對仿真結(jié)果進(jìn)行分析。[關(guān)鍵詞]正弦脈寬調(diào)制，逆變器，電機(jī)變頻調(diào)速，matlab仿真Three-phaseSPWMinvertersimulationandresearchAuthor:HuangFei(Grade9,Class1,MajorAutomation,ElectricalEngineeringDept,ShaanxiUniversityofTechnology,Hanzhong723003，Shaanxi)Instructor:ZhangPengChao[AbstracWith]thepowerelectronicstechnology,computertechnology,therapiddevelopmentofautomaticcontroltechnology,PWMtechnologyisdevelopingrapidly,SPWMsinepulsewidthmodulationprincipleofthistechnologyischaracterizedbysimple,versatile,withafixedswitchingfrequency,controlandregulationperformance,eliminateharmonicsthatcontainonlyafixedoutputvoltageofhighfrequencyharmoniccomponents,simpledesignandaseriesofadvantages,isagoodwaveformimprovementAct.Itwasasmallinverterplayedanimportantrole.SPWMtechnologybecomethemostwidelyusedinverterwithPWMtechnology.Therefore,thestudyofSPWMinvertercharacteristicsofthebasicworkingprincipleandtheroleofgreatsignificance.Thispaperdescribesthethree-phasevoltageSPWMinverterworks,simulatecircuitsandmatlabsimulation.Thearticlealsogivesthecompositionwiththisthree-phaseACinvertermotorfrequencycontrolsystems,andsimulationresultswereanalyzed.[Keywords]Sinusoidalpulsewidthmodulation,inverters,motorspeed,matlabsimulation畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作者簽名：日期：指導(dǎo)教師簽名：日期：使用授權(quán)說明本人完全了解大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。作者簽名：日期：I學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名：日期：年月日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名：日期：年月日導(dǎo)師簽名：日期：年月日I引言經(jīng)過大約30多年的發(fā)展，交流調(diào)速電氣傳動已經(jīng)上升為電氣調(diào)速傳動的主流。在電氣調(diào)速領(lǐng)域內(nèi)，可以相信在不久的將來交流調(diào)速將會完全取代直流調(diào)速傳動?，F(xiàn)在要求性能較高的中、小容量的交流調(diào)速傳動，主要使用電子式電力變換器對交流電動機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速。除變頻以外的另一些簡單的調(diào)速方案，如變極調(diào)速、定子調(diào)壓調(diào)速、轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速等，它們只有在特定場合有一定的應(yīng)用。由于電力電子學(xué)和微電子技術(shù)的發(fā)展，使變頻調(diào)速技術(shù)近年來獲得了飛速的發(fā)展，各種變頻調(diào)速控制方式、PWM脈寬調(diào)制技術(shù)以及MCU微處理器和以大規(guī)模集成電路為基礎(chǔ)的全數(shù)字化控制技術(shù)等均在變頻調(diào)速中獲得了成功應(yīng)用。SPWM正弦脈寬調(diào)制法這項(xiàng)技術(shù)的特點(diǎn)是原理簡單，通用性強(qiáng)，具有開關(guān)頻率固定，控制和調(diào)節(jié)性能好，能消除諧波使輸出電壓只含有固定頻率的高次諧波分量，設(shè)計(jì)簡單等一系列優(yōu)點(diǎn)，是一種比較好的波形改善法。它的出現(xiàn)為中小型逆變器的發(fā)展起了重要的推動作用。SPWM技術(shù)成為目前應(yīng)用最為廣泛的逆變用PWM技術(shù)。根據(jù)生成SPWM波形的實(shí)現(xiàn)方式可以分為模擬控制和數(shù)字控制兩種形式。傳統(tǒng)的模擬控制在逆變器中應(yīng)用廣泛，技術(shù)成熟，控制性能優(yōu)良，但模擬控制也存在一些缺陷：元件眾多，設(shè)計(jì)周期長，調(diào)試復(fù)雜，不易管理維護(hù)等。隨著數(shù)字信號處理技術(shù)的蓬勃發(fā)展，數(shù)字控制技術(shù)已經(jīng)成功地應(yīng)用到電力電子與電力傳動控制領(lǐng)域中來，逆變器的數(shù)字控制逐漸成為研究熱點(diǎn)。PWM技術(shù)的應(yīng)用1.1PWM控制技術(shù)的研究意義PWM控制技術(shù)一直是變頻技術(shù)的核心技術(shù)之一。1964年A.Schonung和H.stemmler首先在<<BBC>>評論上提出把這項(xiàng)通訊技術(shù)應(yīng)用到交流傳動中，從此為交流傳動的推廣應(yīng)用開辟了新的局面。從最初采用模擬電路完成三角調(diào)制波和參考正弦波比較，產(chǎn)生正弦脈寬調(diào)制SPWM信號以控制功率器件的開關(guān)開始，到目前采用全數(shù)字化方案，完成優(yōu)化的實(shí)時(shí)在線的PWM信號輸出，可以說直到目前為止，PWM在各種應(yīng)用場合仍占主導(dǎo)地位,并一直是人們研究的熱點(diǎn)。由于PWM可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)變頻變壓反抑制諧波的特點(diǎn)，由此在交流傳動乃至其它能量變換系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。PWM控制技術(shù)大致可以分為三類，正弦PWM（包括電壓，電流或磁通的正弦為目標(biāo)的各種PWM方案，多重PWM也應(yīng)歸于此類），優(yōu)化PWM及隨機(jī)PWM。正弦PWM已為人們所熟知，而旨在改善輸出電壓、電流波形，降低電源系統(tǒng)諧波的多重PWM技術(shù)在大功率變頻器中有其獨(dú)特的優(yōu)勢（如ABBACS1000系列和美國ROBICON公司的完美無諧波系列等）；而優(yōu)化PWM所追求的則是實(shí)現(xiàn)電流諧波畸變率（THD）最小，電壓利用率最高，效率最優(yōu)，及轉(zhuǎn)矩脈動最小以及其它特定優(yōu)化目標(biāo)。在70年代開始至80年代初，由于當(dāng)時(shí)大功率晶體管主要為雙極性達(dá)林頓三極管，載波頻率一般最高不超過5KHZ，電機(jī)繞組的電磁噪音及諧波引起的振動引起人們的關(guān)注。為求得改善，隨機(jī)PwM方法應(yīng)運(yùn)而生。其原理是隨機(jī)改變開關(guān)頻率使電機(jī)電磁噪音近似為限帶白噪聲（在線性頻率坐標(biāo)系中，各頻率能量分布是均勻的），盡管噪音的總分貝數(shù)未變，但以固定開關(guān)頻率為特征的有色噪音強(qiáng)度大大削弱。正因?yàn)槿绱耍词乖贗GBT已被廣泛應(yīng)用的今天，對于載波頻率必須限制在較低頻率的場合，隨機(jī)PWM仍然有其特殊的價(jià)值（DTC控制即為一例）；另一方面則告訴人們消除機(jī)械和電磁噪音的最佳方法不是盲目地提高工作頻率，因?yàn)殡S機(jī)PWM技術(shù)提供了一個(gè)分析、解決問題的全新思路。在電力拖動領(lǐng)域，解決好電動機(jī)的無級調(diào)速問題有著十分重要的意義，電機(jī)調(diào)速性能的提高可以大大提高工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的加工精度、工藝水平以及工作效率，從而提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量;對于風(fēng)機(jī)、水泵負(fù)載，如果采用調(diào)速的方法改變其流量，節(jié)電效率可達(dá)20%-60%。眾所周知，直流調(diào)速系統(tǒng)具有較為優(yōu)良的靜、動態(tài)性能指標(biāo)。在很長的一個(gè)歷史時(shí)期內(nèi)，調(diào)速傳動領(lǐng)域基本上被直流電機(jī)調(diào)速所壟斷，這是和實(shí)際中交流電機(jī)的廣泛使用是一對存在的矛盾，許多應(yīng)用交流電機(jī)的設(shè)備為了達(dá)到調(diào)節(jié)被控對象的目的，只能采用物理的方法，例如采用風(fēng)門，閥門控制流量等，這樣浪費(fèi)能源的問題就很突出，費(fèi)用就大。而且在采用直流調(diào)速的方面由于直流電機(jī)固有的缺點(diǎn)—換相器和電刷的存在，使得維修工作量大，事故率高，電機(jī)的大容量使用受到限制，在易燃易爆的場合無法使用，因此開發(fā)交流調(diào)速勢在必行。變頻調(diào)速具有高效率、寬范圍和高精度等特點(diǎn)，是目前運(yùn)用最廣泛且最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。交流電動機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的種類很多，從早起提出的電壓源型變頻器開始，相繼發(fā)展了電流源型，脈寬調(diào)制等各種變頻器。目前變頻調(diào)速的主要方案有：交-交變頻調(diào)速，交直-交變頻調(diào)速，同步電動機(jī)自控式變頻調(diào)速，正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）變頻調(diào)速，矢量控制變頻調(diào)速等。這些變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展很大程度上依賴于大功率半導(dǎo)體器件的制造水平。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，特別是可關(guān)斷晶閘管GT0，電力晶體管GTR，絕緣門極晶體管IGBT，MOS晶閘管及MTC等具有自關(guān)斷能力全控功率元件的發(fā)展，再加上控制單元也從分離元件發(fā)展到大規(guī)模數(shù)字集成電路及采用微機(jī)控制，從而使變頻裝置的快速性，可靠性及經(jīng)濟(jì)性不斷提高，變頻調(diào)速系統(tǒng)的性能也得到不斷完善。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)。常用的PWM技術(shù)主要包括：正弦脈寬調(diào)制(SPWM)、選擇諧波調(diào)制（SHEPWM）、電流滯環(huán)調(diào)制（CHPWM）和電壓空間矢量調(diào)制（SVPWM）。PWM技術(shù)用于變頻器的控制，可以改善變頻器的輸出波形，降低諧波并減小轉(zhuǎn)矩脈動。同時(shí)也簡化了變頻器的結(jié)構(gòu)，加快了調(diào)節(jié)速度，提高了系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)。隨著電力電子器件制造技術(shù)的發(fā)展和新型電路變換器的不斷出現(xiàn)，現(xiàn)代控制理論向交流調(diào)速領(lǐng)域的滲透，特別是微型計(jì)算機(jī)及大規(guī)模集成電路的發(fā)展，交流電動機(jī)調(diào)速技術(shù)正向高頻化、數(shù)字化和智能化方向發(fā)展?？刂撇呗缘膽?yīng)用：由于電力電子電路良好的控制特性及現(xiàn)代微電子技術(shù)的不斷進(jìn)步，使幾乎所有新的控制理論，控制方法都得以在交流調(diào)速裝置上應(yīng)用和嘗試。從最簡單的轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制發(fā)展到基于動態(tài)模型按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制和基于動態(tài)模型保持定子磁鏈恒定的直接轉(zhuǎn)矩控制1.2PWM控制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀一、課題背景正弦逆變電源作為一種可將直流電能有效地轉(zhuǎn)換為交流電能的電能變換裝置被廣泛地應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)生活中,其中有:針對計(jì)算機(jī)等重要負(fù)載進(jìn)行斷電保護(hù)的交流不間斷電源UPS(UninterruptlePowerSupply);針對交流異步電動機(jī)變頻調(diào)速控制的變頻調(diào)速器;針對智能樓宇消防與安防的應(yīng)急電源EPS(EmergencePowerSupply);針對船舶工業(yè)用電的岸電電源SPS(ShorePowerSupply);還有針對風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電等而開發(fā)的特種逆變電源等等.隨著控制理論的發(fā)展與電力電子器件的不斷革新,特別是以絕緣柵極雙極型晶體管IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)為代表的自關(guān)斷可控型功率半導(dǎo)體器件出現(xiàn),大大簡化了正弦逆變電源的換相問題,為各種PWM型逆變控制技術(shù)的實(shí)現(xiàn)提供了新的實(shí)現(xiàn)方法,從而進(jìn)一步簡化了正弦逆變系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與控制.電力電子器件的發(fā)展經(jīng)歷了晶閘管（SCR）、可關(guān)斷晶閘管（GTO）、晶體管（BJT）、絕緣柵晶體管（IGBT）等階段。目前正向著大容量、高頻率、易驅(qū)動、低損耗、模塊化、復(fù)合化方向發(fā)展，與其他電力電子器件相比，IGBT具有高可靠性、驅(qū)動簡單、保護(hù)容易、不用緩沖電路和開關(guān)頻率高等特點(diǎn)，為了達(dá)到這些高性能，采用了許多用于集成電路的工藝技術(shù)，如外延技術(shù)、離子注入、精細(xì)光刻等。IGBT最大的優(yōu)點(diǎn)是無論在導(dǎo)通狀態(tài)還是短路狀態(tài)都可以承受電流沖擊。它的并聯(lián)不成問題，由于本身的關(guān)斷延遲很短，其串聯(lián)也容易。盡管IGBT模塊在大功率應(yīng)用中非常廣泛，但其有限的負(fù)載循環(huán)次數(shù)使其可靠性成了問題，其主要失效機(jī)理是陰極引線焊點(diǎn)開路和焊點(diǎn)較低的疲勞強(qiáng)度，另外,絕緣材料的缺陷也是一個(gè)問題。隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，正弦波輸出變壓變頻電源已被廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域中，與此同時(shí)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。對逆變器輸出波形質(zhì)量的要求主要包括兩個(gè)方面：一是穩(wěn)態(tài)精度高；二是動態(tài)性能好。因此，研究開發(fā)既簡單又具有優(yōu)良動、靜態(tài)性能的逆變器控制策略，已成為電力電子領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。在現(xiàn)有的正弦波輸出變壓變頻電源產(chǎn)品中，為了得到SPWM波，一般都采用雙極性調(diào)制技術(shù)。該調(diào)制方法的最大缺點(diǎn)是它的6個(gè)功率管都工作在較高頻率(載波頻率)，從而產(chǎn)生了較大的開關(guān)損耗，開關(guān)頻率越高，損耗越大。本文針對正弦波輸出變壓變頻電源SPWM調(diào)制方式及數(shù)字化控制策略進(jìn)行了研究，以SG3525為主控芯片，以期得到一種較理想的調(diào)制方法，實(shí)現(xiàn)逆變電源變壓、變頻輸出。交流傳動與控制技術(shù)是目前發(fā)展最為迅速的技術(shù)之一，這是和電力電子器件制造技術(shù)、變流技術(shù)控制技術(shù)以及微型計(jì)算機(jī)和大規(guī)模集成電路的飛速發(fā)展密切相關(guān)。通用變頻器作為早個(gè)商品開始在國內(nèi)上市，是近十年的事，銷售額逐年增加，于今全年有超過數(shù)十億元（RMB）的市場。其中．各種進(jìn)口品牌居多，功率小至百瓦大至數(shù)千千瓦；功能簡易或復(fù)雜；精度低或高；響應(yīng)慢或快：有PG（測速機(jī)）或無PG;有噪音或無噪音等等。對于許多用戶來說,這十年中經(jīng)歷了多次更新，現(xiàn)所使用的變頻器大都屬于目前最為先進(jìn)的機(jī)型如果從應(yīng)用的角度來說，我們的水準(zhǔn)與發(fā)達(dá)國家沒有什么兩樣。作為國內(nèi)制造商,通過這十年來對國外的先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行銷化，也正在積極地進(jìn)行國產(chǎn)變頻器的自主開發(fā)．努力追趕世界發(fā)達(dá)國家的水平?；仡櫧陙韲馔ㄓ米冾l器技術(shù)的發(fā)展對于深入了解交流傳動與控制技術(shù)的走向，以及如何站在高起點(diǎn)上結(jié)合我國國情開發(fā)我國自己的產(chǎn)品應(yīng)該說具有十分積極的意義.通用變頻器大都為電壓型交-直-交變頻器。三相交流電首先通過二極管不控整流橋得到脈動直流電，再經(jīng)電解電容濾波穩(wěn)壓，最后經(jīng)無源逆變輸出電壓、頻率可調(diào)的交流電給電動機(jī)供電。這類變頻器功率因數(shù)高、效率高、精度高、調(diào)速范圍寬，所以在工業(yè)中獲得廣泛應(yīng)用。但是通用變頻器不能直接用于需要快速起、制動和頻繁正、反轉(zhuǎn)的調(diào)速系統(tǒng)，如高速電梯、礦用提升機(jī)、軋鋼機(jī)、大型龍門刨床、卷繞機(jī)構(gòu)張力系統(tǒng)及機(jī)床主軸驅(qū)動系統(tǒng)等。因?yàn)檫@種系統(tǒng)要求電機(jī)四象限運(yùn)行，當(dāng)電機(jī)減速、制動或者帶位能性負(fù)載重物下放時(shí)，電機(jī)處于再生發(fā)電狀態(tài)。由于二極管不控整流器能量傳輸不可逆，產(chǎn)生的再生電能傳輸?shù)街绷鱾?cè)濾波電容上，產(chǎn)生泵升電壓。而以GTR、IGBT為代表的全控型器件耐壓較低，過高的泵升電壓有可能損壞開關(guān)器件、電解電容，甚至?xí)茐碾姍C(jī)的絕緣，從而威脅系統(tǒng)安全工作，這就限制了通用變頻器的應(yīng)用范圍。PWM控制技術(shù)2.1PWM（脈沖寬度調(diào)制）PWM控制方式就是對逆變電路開關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制，使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不等的脈沖。按一定的規(guī)則對各脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，既可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可改變逆變輸出頻率。PWM控制——脈沖寬度調(diào)制技術(shù)，通過對一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來等效地獲得所需要波形（含形狀和幅值）理論基礎(chǔ):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。f(f(t)(t)tOtOtOtOf(t)f(t) a b c d 圖2.1形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖PWM波形可等效的各種波形，例如：直流斬波電路可以等效直流波形；PWM波可以等效正弦波形；還可以等效成其他所需波形，如等效所需非正弦交流波形等，其基本原理和SPWM控制相同，也基于等效面積原理。用一系列等幅不等寬的脈沖來代替一個(gè)正弦半波的方法：⑴正弦半波N等分，可看成N個(gè)彼此相連的脈沖序列，寬度相等，但幅值不等；⑵用矩形脈沖代替，等幅，不等寬，中點(diǎn)重合，面積（沖量）相等。這樣就可得到PWM波形。由上方法可知各脈沖的幅值相等，而寬度按正弦規(guī)律變化。對于正弦波的負(fù)半周，也可用同樣的方法得到PWM波形。像這種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波形。要改變等效輸出正弦波幅值時(shí)，只要按照同一比例系數(shù)改變上述各脈沖的寬度即可。2.2PWM的控制方法及其比較2.2.1單極性正弦脈寬調(diào)制調(diào)制信號u為正弦波,載波u在u的正半周為正極性的三角波，在u的負(fù)半周為負(fù)極 r c r r性的三角波。在u和u的交點(diǎn)時(shí)刻控制IGBT的通斷。在u的半個(gè)周期內(nèi)三角波載波只在正極性或負(fù)極性一極范圍內(nèi)變化，所得到的PWM波形也在單個(gè)極性范圍變化的控制方式稱為單極性PWM控制方式。單極性正弦脈寬調(diào)制用幅值為U的參考信號波U與幅值為f,頻率為f的三角波Ur r o o c比較，產(chǎn)生功率開關(guān)信號。其原理波形如圖2.2所示。圖2.2是用單相正弦波全波整流電壓信號與單向三角形載波交截，再通過倒相產(chǎn)生功率開關(guān)驅(qū)動信號。參考波頻率fr決定了輸出頻率fo，每半周期的脈沖數(shù)P決定于載波頻率fc。即:fP=c(2-1)2fa用參考電壓信號的幅值Ur，與三角形載波信號的幅值Uc的比值，即調(diào)制度m=Ur/Uc，來控制輸出電壓變化。當(dāng)調(diào)制度由0~1變化時(shí)，脈寬由0~π/p變化，輸出電壓由0~E變化。如果每個(gè)脈沖寬度為θ，則輸出電壓的傅里葉級數(shù)展開式為:UtAcosnBsinn（2-2)0 n nn1系數(shù)An和Bn由每個(gè)脈寬為θ，起始角為α的正脈沖來決定和對應(yīng)的負(fù)脈沖起始角π+α來決定。如果第j個(gè)脈沖的起始角為αj則有p4E nAnj1nsin2cosnaj2(2-3a)Bp4Esinnsinnaj2(2-3b)nn2j1由式(2-3a)、式(2-3b)可計(jì)算輸出電壓的傅里葉級數(shù)的系數(shù)p2Esinnajjsinnaj(2-4a)n nj1p2Ecosnajcosnajj(2-4b)n nj1圖雙極性正弦脈寬調(diào)制 用雙極性方式時(shí)，在u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)，所得的PWM形也是有正有負(fù)在u的一個(gè)周期內(nèi)，輸出的PWM波只有±U兩種電平，而不像單極性控制時(shí)還有零電平。仍u和載波信號u的交點(diǎn)時(shí)刻制各開關(guān)的通斷。r c在u的正負(fù)半周，對各開關(guān)器件的控制規(guī)律相同。r雙極性正弦脈寬調(diào)制的輸出電壓u0(t)波形在0~2π區(qū)間關(guān)于中心對稱、在0~π區(qū)間關(guān)于軸對稱，其傅里葉級數(shù)展開式為UtBsinnt 0 n n1,3,5...2utsinntdt(2-5) B0 0 n式（2-5）中輸出電壓u0（t）可看成是幅值為E，頻率為fo的方波與幅值為2E、頻率為fc的負(fù)脈沖序列(起點(diǎn)和終點(diǎn)分別為的疊加。因此1123212,,,...,,pp21215,3,141coscospjjnjEnananurucwuouofod(2-6) O t則輸出電壓為uU Ut sinnt(2-7) 0 O wt -Ud輸出電壓基波分量U(t)為01Ut4E1pcosnacosnasinnt(2-8) 01 nj1 2j1 2jEsinntdta2EsinntdtBn20a4Esinntdta1a2pEsinntdt a a 3 2p14Epcosnacosna1nj1 2j1 2j圖2.3雙極性PWM控制方式波形2.1.3單極性調(diào)制和雙極性調(diào)制的比較 雙極性調(diào)制和單極性調(diào)制都通過調(diào)制波和載波比較，在交點(diǎn)處產(chǎn)生驅(qū)動信號。改變調(diào)制波u的幅值，則改變了調(diào)制正弦波和三角波的交點(diǎn)位置，可以調(diào)節(jié)矩形脈沖的寬度，從而f，使交流電的頻率，也同時(shí)變化，因此調(diào)節(jié)調(diào)制波的頻率和幅值就可以調(diào)節(jié)交流輸出電的大小和頻率，調(diào)壓和調(diào)頻（VVVF控制）同時(shí)在逆變器的控制中完成，不再需要調(diào)控直流電源電壓，因此電壓型PWM控制的直流電源都采用不控整流器為直流電源。為了反映載波和調(diào)制波的關(guān)系，定義調(diào)制比M為調(diào)制波幅值和載波幅值之比：U0M1MUrmCm改變M即調(diào)節(jié)了交流輸出電壓，M也稱為調(diào)制度。定義載波比N（即頻率比）為載波頻率與調(diào)制波頻率之比：ffTNfcfcTr r 0 c載波比N決定了一周期中組成輸出交流電的脈沖個(gè)數(shù)。單極性調(diào)制在輸出交流半周期內(nèi)只有單一極性的脈沖，因此輸出電壓較高。（基波值）較高；雙極性調(diào)制在輸出交流的半周內(nèi)有正負(fù)脈沖，因此輸出電壓（基波值）比較單極性較低，但是雙極性調(diào)制靈敏度較高，使用也較多，可以證明雙極性調(diào)制，如果載波比N足夠大，調(diào)制比M1，則基波電壓幅值UMU，輸出交流電壓基波有效值為 1m dUU20.707MU，而采用180O方波調(diào)制時(shí)輸出交流電壓基波有效值可01 1md以達(dá)到U0.9U，U為直流電源電壓。 01 d d采用PWM調(diào)制時(shí)，在輸出電壓中可以消除(N-2)次以下諧波，N為載波比，因此除基波外，其最低次諧波為(N-2)次。例如N=15時(shí)最低次諧波為13次諧波，而15次諧波幅值最大，U2U2π=0.9U。如果逆變器輸出頻率為50H，載波頻率為2KH，則N=40，U15 d d z z這時(shí)可以消除38次以下的諧波，而殘存的高次諧波則較易濾除。雙極性調(diào)制同相上下橋臂的開關(guān)器件交替導(dǎo)通，較易產(chǎn)生直通現(xiàn)象，因此同相上下橋臂開關(guān)的關(guān)斷和導(dǎo)通之間要有一定的時(shí)間間隔，稱為“死區(qū)”，以確保不產(chǎn)生直通現(xiàn)象。插入死區(qū)使輸出電壓波形產(chǎn)生一定的畸變，輸出電壓也略有降低，并使輸出電壓含有低次諧波，并且主要產(chǎn)生的是奇次諧波，而單極性調(diào)制則沒有這個(gè)問題。2.2SPWM（正弦脈沖寬度調(diào)制）2.2.1SPWM的工作原理PWM的全稱是PulseWidthModulation（脈沖寬度調(diào)制），它是通過改變輸出方波的占空比來改變等效的輸出電壓。廣泛地用于電動機(jī)調(diào)速和閥門控制，比如我們現(xiàn)在的電動車電機(jī)調(diào)速就是使用這種方式。所謂SPWM，就是在PWM的基礎(chǔ)上改變了調(diào)制脈沖方式，脈沖寬度時(shí)間占空比按正弦規(guī)率排列，這樣輸出波形經(jīng)過適當(dāng)?shù)臑V波可以做到正弦波輸出。它廣泛地用于直流交流逆變器等，比如高級一些的UPS就是一個(gè)例子。三相SPWM是使用SPWM模擬市電的三相輸出，在變頻器領(lǐng)域被廣泛的采用。SPWM(SinusoidalPWM)法是一種比較成熟的，目前使用較廣泛的PWM法.前面提到的采樣控制理論中的一個(gè)重要結(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(shí),其效果基本相同。SPWM法就是以該結(jié)論為理論基礎(chǔ),用脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆變電路中開關(guān)器件的通斷，使其輸出的脈沖電壓的面積與所希望輸出的正弦波在相應(yīng)區(qū)間內(nèi)的面積相等，通過改變調(diào)制波的頻率和幅值則可調(diào)節(jié)逆變電路輸出電壓的頻率和幅值。三角波變化一個(gè)周期，它與正弦波有兩個(gè)交點(diǎn)，控制逆變器中開關(guān)元件導(dǎo)通和關(guān)斷各一次。要準(zhǔn)確的生成SPWM波形，就要精確的計(jì)算出這兩個(gè)點(diǎn)的時(shí)間。開關(guān)元件導(dǎo)通時(shí)間是脈沖寬度，關(guān)斷時(shí)間是脈沖間隙。正弦波的頻率和幅值不同時(shí)，這些時(shí)間也不同，但對計(jì)算機(jī)來說，時(shí)間由軟件實(shí)現(xiàn)，時(shí)間的控制由定時(shí)器完成，是很方便的，關(guān)鍵在于調(diào)制算法。調(diào)制算法主要有自然采樣法、規(guī)則采樣法、等面積法等。2.2.2SPWM的調(diào)制算法1.自然采樣法按照SPWM控制的基本原理，在正弦波與三角波的交點(diǎn)進(jìn)行脈沖寬度和間隙的采樣，去生成SPWM波形，成為自然采樣法。如圖2-8所示圖2.4自然采樣法原理圖2.規(guī)則采樣法為使采樣法的效果既接近自然采樣法，沒有過多的復(fù)雜運(yùn)算，又提出了規(guī)則采樣法。其出發(fā)點(diǎn)是設(shè)法使SPWM波形的每個(gè)脈沖都與三角波中心線對稱。這樣，圖2.5中的法。計(jì)算就大大簡化了。圖2.5規(guī)則采樣法原理圖3.雙極性正弦波等面積法正弦波等面積算法的基本原理為:將一個(gè)正弦波等分成H個(gè)區(qū)段，區(qū)段數(shù)H一定是6的整數(shù)倍，因?yàn)槿嗾也?，各?xiàng)相位互差120，要從一相正弦波方便地得到其他兩相，l必須把一個(gè)周期分成6的整數(shù)倍。H越大，輸出波形越接近正弦波。在每一個(gè)區(qū)段，等分成若干個(gè)等寬脈沖(N)，使這N個(gè)等脈沖面積等于這一區(qū)段正弦波面積。采用這種方法既可以提高開關(guān)頻率，改善波形，又可以減少計(jì)算新脈沖的數(shù)量，節(jié)省計(jì)算機(jī)計(jì)算時(shí)間。正弦波面積為A=s2UsintdtUcostcostnn12s1nn12s1與區(qū)段數(shù)lH，每個(gè)區(qū)段脈沖數(shù)N及脈沖周期us1f。HNT106l3三相橋式逆變器3.1IGBT的動態(tài)特性分析ttUttUGEMICMUCEMtfv1tfv2tofftontfi1tfi2tdo(ff)tftd(on)trUCE(on) 90%UGEM 10%U GEMI0 90%ICMC 10%ICM0 UCE O t圖3.1與MOSFET的相似，因?yàn)殚_通過程中IGBT在大部分時(shí)間作為MOSFET運(yùn)行uCE的下降過程分為tfv1和tfv2兩段。tfv1——IGBT中MOSFET單獨(dú)工作的電壓下降過程；tfv2——MOSFET和PNP晶體管同時(shí)工作的電壓下降過程。電流下降時(shí)間又可分為tfi1和tfi2兩段。tfi1——IGBT內(nèi)部的MOSFET的關(guān)斷過程，iC下降較快；tfi2——IGBT內(nèi)部的PNP晶體管的關(guān)斷過程，iC下降較慢IGBT中雙極型PNP晶體管的存在，雖然帶來了電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)的好處，但也引入了少子儲存現(xiàn)象，因而IGBT的開關(guān)速度低于電力MOSFET。3.1.2IGBT的特性和參數(shù)特點(diǎn)(1)開關(guān)速度高，開關(guān)損耗小。在電壓1000V以上時(shí)，開關(guān)損耗只有GTR的1/10，與電力MOSFET相當(dāng)。(2)相同電壓和電流定額時(shí)，安全工作區(qū)比GTR大，且具有耐脈沖電流沖擊能力。(3)通態(tài)壓降比VDMOSFET低，特別是在電流較大的區(qū)域。(4)輸入阻抗高，輸入特性與MOSFET類似。(5)與MOSFET和GTR相比，耐壓和通流能力還可以進(jìn)一步提高，同時(shí)保持開特點(diǎn)。3.2三相PWM逆變器的工作原理和結(jié)構(gòu)電路3.2.1三相橋式PWM逆變器電路三相橋式逆變電路如圖所示，圖中應(yīng)用V1-V6作為逆變開關(guān)，也可用其它全控型器件構(gòu)成逆變器，若用晶閘管時(shí)，還應(yīng)有強(qiáng)迫換流電路。圖3.2從電路結(jié)構(gòu)上看，如果把三相負(fù)載看成三相整流變壓器的三個(gè)繞組，那么三相橋式逆變電路猶如三相橋式可控整流電路與三相二極管整流電路的反并聯(lián)，其中可控電路用來實(shí)現(xiàn)直流到交流的逆變，不可控電路為感性負(fù)載電流提供續(xù)流回路，完成無功能量的續(xù)流和反饋，因此VD～VD稱為續(xù)流二極管或反饋二極管。 1 63.2.2逆變器的工作原理在三相橋式逆變電路中，各管的導(dǎo)通次序同整流電路一樣，也是T、T、T??T、T?? 1 2 3 6 1各管的觸發(fā)信號依次互差60。根據(jù)各管的導(dǎo)通時(shí)間可以分為180導(dǎo)通型和120導(dǎo)通型兩種工作方式，在180導(dǎo)通型的逆變電路中，任意瞬間都有三只管子導(dǎo)通，各管導(dǎo)通時(shí)間為180，同一橋臂中上下兩只管子輪流導(dǎo)通，稱為互補(bǔ)管。在120導(dǎo)通型逆變電路中，各管導(dǎo)通120，任意瞬間只有不同相的兩只管子導(dǎo)通，同一橋臂中的兩只管子不是瞬時(shí)互補(bǔ)導(dǎo)通，而是有60的間隙時(shí)間，當(dāng)某相中沒有逆變管導(dǎo)通時(shí)，其感性電流經(jīng)該相中的二極管流通。圖3.3圖3.3中的u`、u`與u`是逆變器輸出端a、b、c分別與直流電源中點(diǎn)o`之間的電壓，o`點(diǎn)并不定是等電位的，u`等并不代表負(fù)載上的相電壓。令負(fù)載零點(diǎn)o與直流電源中點(diǎn)o`之間的電壓為u`，則負(fù)各相的相電壓分別為oo(3-1)將式(3-1)中各式相加并整理后得一般負(fù)載三相對稱，則u+u+u=0，故有aoboco(3-2)由此可求得a相負(fù)載電壓為(3-3)在圖3.3中繪出了相應(yīng)的負(fù)載a相電壓波形，u和u波形與此相似。 bo co3.2.3spwm波的基波電壓對電動機(jī)來說，有用的是電壓的基波，希望spwm波形中基波的成分越大越好。為了找出基波電壓，須將spwm脈沖序列波u(t)展開成傅氏級數(shù)，由于各相電壓正、負(fù)半波及其左、右均對稱，它是一個(gè)奇次正弦周期函數(shù)，其一般表達(dá)式為式中(3-4)要把包含n個(gè)矩形脈沖的u(t)代入上式，必須先求得每個(gè)脈沖的起始相位和終了相位。在圖3-5中，由于在原點(diǎn)處三角波是從負(fù)的頂點(diǎn)開始出現(xiàn)的，所以第i個(gè)脈沖中心點(diǎn)的相位應(yīng)為(3-5)于是，第i個(gè)脈沖的起始相位為終了相位為其中δ是第i個(gè)脈沖的寬度。把各脈沖起始和終了相位代入式(3-4)中，可得i f2f2 5580Hz3720Hz(3-6)tmin 3 3tmax故(3-7)以k=1代入式(3-7)，可得輸出電壓的基波幅值。當(dāng)半個(gè)周期內(nèi)的脈沖數(shù)n不太少時(shí)，各脈沖的寬度δ都不大，可以近似地認(rèn)為sinδ/2≈δ/2，因此i i i(3-8)可見輸出基波電壓幅值u與各段脈寬δ有著直接的關(guān)系，它說明調(diào)節(jié)參考信號的幅值從而改器輸出電壓基波幅值的平滑調(diào)節(jié)。根據(jù)脈沖與相關(guān)段正弦波面積相等的等效原則可以導(dǎo)出(3-9)將式(3-5)、式(3-9)代入式(3-8)，得(3-10)可以證明，除n=1以外，有限項(xiàng)三角級數(shù)而n=1是沒有意義的，因此由式(3-10)可得u=u也就是說，spwm逆壓正是調(diào)制時(shí)所要求的正弦波幅值電壓。當(dāng)然，這個(gè)結(jié)論是在作出前述的近似條件下得到的，即n不太少，sinπ/2n≈π/2n，且sinδ/2≈δ/2。當(dāng)這些條件成立時(shí)，spwm變壓變頻器能很好地滿足異步電動機(jī)變壓變頻調(diào)速i i的要求。要注意到，spwm逆變器輸出相電壓的基波和常規(guī)六拍階梯波的交-直-交變壓變頻器相比要小一些，據(jù)有關(guān)資料介紹，僅為其86%90%，這樣就影響了電機(jī)額定電壓的充分利用。為了彌補(bǔ)這個(gè)不足，在spwm逆變器的直流路中常并聯(lián)相當(dāng)大的濾波電容，以抬高逆變器的直流電源電壓u。d3.2.4脈寬調(diào)制的制約條件根據(jù)脈寬調(diào)制的特點(diǎn)，逆變器主電路的功率開關(guān)器件在其輸出電壓半周內(nèi)要開關(guān)n次。如果把期望的正弦波分段越多，則n越大，脈沖波序列的脈寬δ越小，上述分析結(jié)論的準(zhǔn)確i性越高，spwm波的基波就更接近期望的正弦波。但是，功率開關(guān)器件本身的開關(guān)能力是有限的，因此，在應(yīng)用脈寬調(diào)制技術(shù)時(shí)必然要受到一定條件的制約，這主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面。3.2.5功率開關(guān)器件的開關(guān)頻率各種電力電子器件的開關(guān)頻率受到其固有的開關(guān)時(shí)間和開關(guān)損耗的限制，全控型器件常用的開關(guān)頻率如下：雙極型電力晶體管(bjt)開關(guān)頻率可達(dá)15khz，可關(guān)斷晶閘管(gto)開關(guān)頻率為12khz，功率場效應(yīng)管(p-mosfet)開關(guān)頻率可達(dá)50k，而目前最常用的絕緣柵雙極晶~體管(igbt)開關(guān)頻率為5～20khz。定義載波頻率f與參考調(diào)制波頻率f之比為載波比n(carrierratio)，即t r(3-11)相對于前述spwm波形半個(gè)周期內(nèi)的脈沖數(shù)n來說，應(yīng)有n=2n。為了使逆變器的輸出盡量接近正弦波，應(yīng)盡可能增大載波比，但若從功率開關(guān)器件本身的允許開關(guān)頻率來看，載波比又不能太大。n值應(yīng)受到下列條件的制約：(3-12)式(3-12)中的分母實(shí)際上就是spwm變頻器的最高輸出頻率。3.2.6最小間歇時(shí)間與調(diào)制度為保證主電路開關(guān)器件的安全工作，必須使調(diào)制的脈沖波有個(gè)最小脈寬與最小間歇的限制，以保證最小脈沖寬度大于開關(guān)器件的導(dǎo)通時(shí)間ton，而最小脈沖間歇大于器件的關(guān)斷時(shí)間toff。在脈寬調(diào)制時(shí)，若n為偶數(shù)，調(diào)制信號的幅值urm與三角載波相交的兩點(diǎn)恰好是一個(gè)脈沖的間歇。為了保證最小間歇時(shí)間大于toff，必須使urm低于三角載波的峰值utm。為此，定義urm與utm之比為調(diào)制度m，即(3-13)在理想情況下，m值可在01之間變化，以調(diào)節(jié)逆變器輸出電壓的大小。實(shí)際上，m總是小于1的，在n較大時(shí)，一取最高的m=0.80.9。~3.2.7同步調(diào)制與異步調(diào)制在實(shí)行spwm時(shí)，視載波比n的變化與否，有同步調(diào)制與異步調(diào)制之分同步調(diào)制：在同步調(diào)制方式中，n＝常數(shù)，變頻時(shí)三角載波的頻率與正弦調(diào)制波的頻率同步改變，因而輸出電壓半波內(nèi)的矩形脈沖數(shù)是固定不變的。如果取n等于3的倍數(shù)，則同步調(diào)制能保證輸出波形的正、負(fù)半波始終對稱，并能嚴(yán)格保證三相輸出波形間具有互差120°的對稱關(guān)系。但是，當(dāng)輸出頻率很低時(shí)，由于相鄰兩脈沖間的間距增大，諧波會顯著增加，使負(fù)載電動機(jī)產(chǎn)生較大脈動轉(zhuǎn)矩和較強(qiáng)的噪聲，這是同步調(diào)制方式的主要缺點(diǎn)。異步調(diào)制：為了消除同步調(diào)制的缺點(diǎn)，可以采用異步調(diào)制方式。顧名思義，異步調(diào)制時(shí)，在變壓變頻器的整個(gè)變頻范圍內(nèi)，載波比n不等于常數(shù)。一般在改變調(diào)制波頻率fr時(shí)保持三角載波頻率ft不變，因而提高了低頻時(shí)的載波比。這樣輸出電壓半波內(nèi)的矩形脈沖數(shù)可隨輸出頻率的降低而增加，從而減少負(fù)載電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動與噪聲，改善了系統(tǒng)的低頻工作性能。有一利必有一弊，異步調(diào)制方式在改善低頻工作性能的同時(shí)，又失去了同步調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)載波比n隨著輸出頻率的降低而連續(xù)變化時(shí)，它不可能總是3的倍數(shù)，勢必使輸出電壓波形及其相位都發(fā)生變化，難以保持三相輸出的對稱性，可能引起電動機(jī)工作的不平穩(wěn)。分段同步調(diào)制：為了揚(yáng)長避短，可將同步調(diào)制和異步調(diào)制結(jié)合起來，成為分段同步調(diào)制方式，實(shí)用的spwm變壓變頻器多采用這種方式。在一定頻率范圍內(nèi)采用同步調(diào)制，可保持輸出波形對稱的優(yōu)點(diǎn)，但頻率降低較多時(shí)，如果仍保持載波比n不變，輸出電壓諧波將會增大。為了避免這個(gè)缺點(diǎn)，可以采納異步調(diào)制的長處，使載波比分段有級地加大，這就是分段同步調(diào)制方式。具體地說，把整個(gè)變頻范圍劃分成若干頻段，在每個(gè)頻段內(nèi)都維持載波比n恒定，而對不同的頻段取不同的n值，頻率低時(shí)，n值取大些，一般大致按等比級數(shù)安排。表3-1給出了一個(gè)系統(tǒng)的頻段和載波比的分配，以資參考。三相電壓型SPWM逆變器的仿真4.1三相電壓型SPWM逆變器的仿真設(shè)計(jì)三相電壓型SPWM逆變器的系統(tǒng)電路圖4.14.2三相電壓型SPWM逆變器的各模塊電路4.2.1電源模塊圖4.2整流橋參數(shù)設(shè)置圖SPWM波形發(fā)生電路圖4.5圖4.5圖4.4SPWM參數(shù)設(shè)置2.3濾波電路 圖圖4.6濾波電容參數(shù)設(shè)置圖逆變電路圖圖4.8逆變器參數(shù)設(shè)置圖4.94.3三相電壓型SPWM逆變器的電動機(jī)調(diào)速仿真圖圖4.10圖4.10電機(jī)參數(shù)設(shè)置圖4.11圖4.11多路測量儀參數(shù)設(shè)置多路測量儀參數(shù)設(shè)置圖.125結(jié)果分析及研究5.1SPWM波形分析圖圖5.1PWM模塊的三角波頻率為600ZH，正弦波頻率為50ZH。5.2三相電壓型SPWM逆變器的波形分析圖5.2圖5.3Ua.Ub,Uc為三相互差120°的310v交流電(1)圖5-2、5-3中U、U、U為負(fù)載電壓的波形，ra rb rcU為逆變器1橋臂的電壓波形，sw1I為逆變器中1橋臂的電流波形，sw1I為負(fù)載上電流的波形，bU、U、U為三相逆變器的兩相間的電壓波形bc ab ac（2）圖5.3為整流后的電壓5.3三相電壓型SPWM逆變器電機(jī)調(diào)速的波形分析圖5.4圖5.5圖5.4為PWM模塊的三角波頻率為600H，正弦波頻率為50HZ時(shí)的電機(jī)轉(zhuǎn)子電流、定子電流、電機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩的波形圖。此時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速n=1500r/min圖5.5為PWM模塊的三角波頻率為600H，正弦波頻率為30H時(shí)的電機(jī)轉(zhuǎn)子電流、Z定子電流、電機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩的波形圖。此時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速n=900r/min。通過改變pwm模塊的正弦波頻率能實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化?？梢酝ㄟ^改變SPWM的調(diào)制比和占空比來達(dá)到改變逆變器輸出電壓的電壓和頻率?？偨Y(jié)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)歷時(shí)三個(gè)月左右，通過這三個(gè)月的學(xué)習(xí)，發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足，自己知識的很多漏洞，看到了自己的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)還是比較缺乏，理論聯(lián)系實(shí)際的能力還急需提高。畢業(yè)設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識,發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實(shí)際問題鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程?；仡櫞舜卧O(shè)計(jì)，至今我們?nèi)愿锌H多，的確，從選題到定稿，從理論到實(shí)踐，在整整三月的日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的的東西，同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。在設(shè)計(jì)的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，比如有時(shí)候被一些小的，細(xì)的問題擋住前進(jìn)的步伐，讓我們總是為了解決一個(gè)小問題而花費(fèi)很長的時(shí)間。最后還要查閱其他的書籍才能找出解決的辦法。自己看起來多完美的設(shè)計(jì)在實(shí)踐下就漏洞百出了。并且我在做設(shè)計(jì)的過程中發(fā)現(xiàn)有很多東西，也知道自己的很多不足之處，知道自己對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固.以前認(rèn)為學(xué)了沒用的課程現(xiàn)在也用到了。所謂“態(tài)度決定一切”，于是偶然又必然地收獲了諸多，概而言之，大約以下幾點(diǎn)：溫故而知新。設(shè)計(jì)開始的時(shí)候思緒全無，舉步維艱，對于理論知識學(xué)習(xí)不夠扎實(shí)的我們深感“書到用時(shí)方恨少”，于是想起圣人之言“溫故而知新”，便重拾教材與實(shí)驗(yàn)手冊，對知識系統(tǒng)而全面進(jìn)行了梳理，遇到難處先是苦思冥想再向同學(xué)請教，終于熟練掌握了基本理論知識，而且領(lǐng)悟諸多平時(shí)學(xué)習(xí)難以理解掌握的較難知識，學(xué)會了如何思考的思維方式，找到了設(shè)計(jì)的靈感。思路即出路。當(dāng)初沒有思路，誠如舉步維艱，茫茫大地，不見道路。在對理論知識梳理掌握之后，茅塞頓開。實(shí)踐出真知。到今天，畢業(yè)設(shè)計(jì)基本告成，才切身領(lǐng)悟“實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”學(xué)海無涯，學(xué)無止境。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)終于順利完成了，在設(shè)計(jì)中遇到了很多問題，最后在努力下終于迎刃而解。同時(shí)發(fā)現(xiàn)了還有很多工具及理論以后亟待學(xué)習(xí)。它培養(yǎng)了我們嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的思維，通過它架起理論與實(shí)踐橋梁。致謝本課題是在張鵬超老師的精心指導(dǎo)下完成的。他嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的治學(xué)態(tài)度和兢兢業(yè)業(yè)的敬業(yè)精神，給了我深刻的影響，促使我不斷完善自己。在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)階段，張老師在學(xué)習(xí)、科研等方面提供了許多便利條件，使我在各方面都取得了進(jìn)步。感謝導(dǎo)師的關(guān)心、指導(dǎo)。在我的畢業(yè)論文即將完成之際，向我的指導(dǎo)老師表示深深的致謝和敬意。張老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度、嚴(yán)格認(rèn)真的工作作風(fēng)，都深深的影響著我。老師的悉心的指導(dǎo)和幫助，鼓勵我克服了畢業(yè)設(shè)計(jì)中的種種困難，并得以順利完成學(xué)業(yè)。在生活中，老師親切、和善、熱情助人，是我的良師益友。同時(shí)我還要感謝在畢業(yè)期間給予我?guī)椭耐瑢W(xué)們。最后，我要感謝我的父母，他們對我的關(guān)心和鼓勵是我求學(xué)路上最大的動力和支持，我的任何成績都應(yīng)歸功于他們的教育、關(guān)心和支持。由于本人水平有限，不妥之處在所難免，懇請所有讀到這篇論文的老師和同學(xué)不吝賜教。參考文獻(xiàn)洪乃剛,陳堅(jiān).《電力電子技術(shù)》.清華大學(xué)出版社2008年1月..《電力電子技術(shù)手冊》(精).國外電氣工程名著譯叢.機(jī)械工業(yè)出版社2004年1月.康華光.《電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分(第五版)》.高等教育出版社2006年1月.李先允,姜寧秋.《電力電子技術(shù)》.中國電力出版社2008年1月.李傳琦,盛義發(fā),鄒其洪.《電力電子技術(shù)基選集仿真實(shí)驗(yàn)》.電子工業(yè)出版社2006年6月.葉云云,《三相SPWM控制器的研究設(shè)計(jì)》.《中國教育技術(shù)裝備》2009年09期.王正,潘高強(qiáng),《三相SPWM逆變電源輸出電壓的諧波抑制綜合方法》.《電氣技術(shù)》2010年01期.張鵬超,《三相電壓型PWM逆變器研究》.《電力電子技術(shù)》2010年12期.董鋒斌,皇金鋒,鐘彥儒,《一種三相SPWM逆變器的建模和控制方法》.《電機(jī)與控制學(xué)報(bào)》2010年08.英文翻譯InverterIntroductionAninverterisanelectricaldevicethatconvertsdirectcurrent(DC)toalternatingcurrent(AC);theconvertedACcanbeatanyrequiredvoltageandfrequencywiththeuseofappropriatetransformers,switching,andcontrolcircuits.Solid-stateinvertershavenomovingpartsandareusedinawiderangeofapplications,fromsmallswitchingpowersuppliesincomputers,tolargeelectricutilityhigh-voltagedirectcurrentapplicationsthattransportbulkpower.InvertersarecommonlyusedtosupplyACpowerfromDCsourcessuchassolarpanelsorbatteries.Therearetwomaintypesofinverter.Theoutputofamodifiedsinewaveinverterissimilartoasquarewaveoutputexceptthattheoutputgoestozerovoltsforatimebeforeswitchingpositiveornegative.Itissimpleandlowcostandiscompatiblewithmostelectronicdevices,exceptforsensitiveorspecializedequipment,forexamplecertainlaserprinters.Apuresinewaveinverterproducesanearlyperfectsinewaveoutput(<3%totalharmonicdistortion)thatisessentiallythesameasutility-suppliedgridpower.ThusitiscompatiblewithallACelectronicdevices.Thisisthetypeusedingrid-tieinverters.Itsdesignismorecomplex,andcosts5or10timesmoreperunitpowerTheelectricalinverterisahigh-powerelectronicoscillator.ItissonamedbecauseearlymechanicalACtoDCconvertersweremadetoworkinreverse,andthuswere"inverted",toconvertDCtoAC.Theinverterperformstheoppositefunctionofarectifier.ApplicationsDCpowersourceutilizationAninverterconvertstheDCelectricityfromsourcessuchasbatteries,solarpanels,orfuelcellstoACelectricity.Theelectricitycanbeatanyrequiredvoltage;inparticularitcanoperateACequipmentdesignedformainsoperation,orrectifiedtoproduceDCatanydesiredvoltageGridtieinverterscanfeedenergybackintothedistributionnetworkbecausetheyproducealternatingcurrentwiththesamewaveshapeandfrequencyassuppliedbythedistributionsystem.Theycanalsoswitchoffautomaticallyintheeventofablackout.Micro-invertersconvertdirectcurrentfromindividualsolarpanelsintoalternatingcurrentfortheelectricgrid.Theyaregridtiedesignsbydefault.UninterruptiblepowersuppliesAnuninterruptiblepowersupply(UPS)usesbatteriesandaninvertertosupplyACpowerwhenmainpowerisnotavailable.Whenmainpowerisrestored,arectifiersuppliesDCpowertorechargethebatteries.InductionheatingInvertersconvertlowfrequencymainACpowertoahigherfrequencyforuseininductionheating.Todothis,ACpowerisfirstrectifiedtoprovideDCpower.TheinverterthenchangestheDCpowertohighfrequencyACpower.HVDCpowertransmissionWithHVDCpowertransmission,ACpowerisrectifiedandhighvoltageDCpoweristransmittedtoanotherlocation.Atthereceivinglocation,aninverterinastaticinverterplantconvertsthepowerbacktoAC.Variable-frequencydrivesAvariable-frequencydrivecontrolstheoperatingspeedofanACmotorbycontrollingthefrequencyandvoltageofthepowersuppliedtothemotor.Aninverterprovidesthecontrolledpower.Inmostcases,thevariable-frequencydriveincludesarectifiersothatDCpowerfortheinvertercanbeprovidedfrommainACpower.Sinceaninverteristhekeycomponent,variable-frequencydrivesaresometimescalledinverterdrivesorjustinverters.ElectricvehicledrivesAdjustablespeedmotorcontrolinvertersarecurrentlyusedtopowerthetractionmotorsinsomeelectricanddiesel-electricrailvehiclesaswellassomebatteryelectricvehiclesandhybridelectrichighwayvehiclessuchastheToyotaPriusandFiskerKarma.Variousimprovementsininvertertechnologyarebeingdevelopedspecificallyforelectricvehicleapplications.[2]Invehicleswithregenerativebraking,theinverteralsotakespowerfromthemotor(nowactingasagenerator)andstoresitinthebatteries.2.7ThegeneralcaseAtransformerallowsACpowertobeconvertedtoanydesiredvoltage,butatthesamefrequency.Inverters,plusrectifiersforDC,canbedesignedtoconvertfromanyvoltage,ACorDC,toanyothervoltage,alsoACorDC,atanydesiredfrequency.Theoutputpowercanneverexceedtheinputpower,butefficienciescanbehigh,withasmallproportionofthepowerdissipatedaswasteheat.Circuitdescription3.1BasicdesignsInonesimpleinvertercircuit,DCpowerisconnectedtoatransformerthroughthecentretapoftheprimarywinding.AswitchisrapidlyswitchedbackandforthtoallowcurrenttoflowbacktotheDCsourcefollowingtwoalternatepathsthroughoneendoftheprimarywindingandthentheother.Thealternationofthedirectionofcurrentintheprimarywindingofthetransformerproducesalternatingcurrent(AC)inthesecondarycircuit.Theelectromechanicalversionoftheswitchingdeviceincludestwostationarycontactsandaspringsupportedmovingcontact.Thespringholdsthemovablecontactagainstoneofthestationarycontactsandanelectromagnetpullsthemovablecontacttotheoppositestationarycontact.Thecurrentintheelectromagnetisinterruptedbytheactionoftheswitchsothattheswitchcontinuallyswitchesrapidlybackandforth.Thistypeofelectromechanicalinverterswitch,calledavibratororbuzzer,wasonceusedinvacuumtubeautomobileradios.Asimilarmechanismhasbeenusedindoorbells,buzzersandtattooguns.Astheybecameavailablewithadequatepowerratings,transistorsandvariousothertypesofsemiconductorswitcheshavebeenincorporatedintoinvertercircuitdesigns3.2OutputwaveformsTheswitchinthesimpleinverterdescribedabove,whennotcoupledtoanoutputtransformer,producesasquarevoltagewaveformduetoitssimpleoffandonnatureasopposedtothesinusoidalwaveformthatistheusualwaveformofanACpowersupply.UsingFourieranalysis,periodicwaveformsarerepresentedasthesumofaninfiniteseriesofsinewaves.Thesinewavethathasthesamefrequencyastheoriginalwaveformiscalledthefundamentalcomponent.Theothersinewaves,calledharmonics,thatareincludedintheserieshavefrequenciesthatareintegralmultiplesofthefundamentalfrequency.Thequalityofoutputwaveformthatisneededfromaninverterdependsonthecharacteristicsoftheconnectedload.Someloadsneedanearlyperfectsinewavevoltagesupplyinordertoworkproperly.Otherloadsmayworkquitewellwithasquarewavevoltage.3.3ThreephaseinvertersThree-phaseinvertersareusedforvariable-frequencydriveapplicationsandforhighpowerapplicationssuchasHVDCpowertransmission.Abasicthree-phaseinverterconsistsofthreesingle-phaseinverterswitcheseachconnectedtooneofthethreeloadterminals.Forthemostbasiccontrolscheme,theoperationofthethreeswitchesiscoordinatedsothatoneswitchoperatesateach60degreepointofthefundamentaloutputwaveform.Thiscreatesaline-to-lineoutputwaveformthathassixsteps.Thesix-stepwaveformhasazero-voltagestepbetweenthepositiveandnegativesectionsofthesquare-wavesuchthattheharmonicsthataremultiplesofthreeareeliminatedasdescribedabove.Whencarrier-basedPWMtechniquesareappliedtosix-stepwaveforms,thebasicoverallshape,orenvelope,ofthewaveformisretainedsothatthe3rdharmonicanditsmultiplesarecancelledHistoryEarlyinvertersFromthelatenineteenthcenturythroughthemiddleofthetwentiethcentury,DC-to-ACpowerconversionwasaccomplishedusingrotaryconvertersormotor-generatorsets(M-Gsets).Intheearlytwentiethcentury,vacuumtubesandgasfilledtubesbegantobeusedasswitchesininvertercircuits.Themostwidelyusedtypeoftubewasthethyratron.Theoriginsof