电力电子应用课程设计SPWM全桥逆变器控制电路设计.doc

电力电子应用课程设计--SPWM全桥逆变器控制电路设计2014 电力电子应用课程设计 课题: SPWM全桥逆变器控制电路设计 班级 学号 姓名 专业 系别 指导教师 淮阴工学院 电气工程系 2014年2月 一、设计目的 1. 加深学生对推挽变换电路的理解,学会分析推挽电路的各种工作模态,及原边开关管、副边二极管的电压电流参数设计和选取。 2.培养学生分析、解决实际问题的能力,培养理论联系实际的正确设计思想,训练综合运用已经学过的理论和生产实际知识去分析和解决工程实际问题的能力。 3、熟悉变换器中变压器复位的基本原理及设计。 4.培养学生的创新能力。使学生能系统全面的总结所学过的理论知识,掌握各类电力半导体器件所构成的各种功率变换电路,掌握各变换主电路的构成和工作原理,不同负载对电路工作特性的影响以及主电路的元件参数计算与选择等。 二.设计任务与要求 首先熟悉全桥逆变器拓扑,掌握其逆变原理,实现正弦波输出要素,重点设计SPWM逆变器控制信号发生电路。 参数指标:输入:48Vdc, 输出:40Vac/400Hz 1、掌握全桥逆变概念,分析全桥逆变器中每个元件的作用; 2、分析正弦脉宽调制(SPWM)原理,及硬件电路实现形式; 3、应用protel制作SPWM逆变器控制电路线路图; 4、根据线路图制作硬件,并调试。 三. 设计总体框图 四.设计原理分析 SPWM脉宽调制原理 PWMPulse Width Modulation控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术。即通过对一系列脉冲的宽度进行调制,来等效地获得所需要波形含形状和幅值。当采用正弦波作为调制信号来控制输出PWM脉冲的宽度,使其按照正弦波的规律变化,这种脉冲宽度调制控制策略就称为正弦脉冲宽度调制Sine pulse width modulation,SPWM,产生SPWM脉冲,采用最多的载波是等腰三角波;因为等腰三角波上任一点的水平宽度和高度成线性关系且左右对称,当它与任何一个平缓变化的调制信号波相交时,如果在交点时刻对电路中开关器件的通断进行控制,就可以得到宽度正比于信号波幅值的脉冲。在调制信号波为正弦波时,所得到的就是SPWM波形。 SPWM波形的产生 1.全桥倍增SPWM控制 主电路和其他全桥逆变电路完全一致,控制脉冲的发生类似双极性SPWM的模式,所不同的是,其桥臂之一所使用的互补控制脉冲由正弦调制波和三角载波比较产生,而另一个桥臂脉冲由同一正弦波和反相的三角载波比较产生或者是反相三角载波和同一正弦波比较产生。这种调制输出谐波性能等效于2倍载波频率的单相单极性SPWM,所以叫做倍频式SPWM,它仅仅在控制上作了简单改动,却大幅度提高了性能,是一种很具实用价值的技术。对开关频率不变,等效输出频率倍增的效果,可以从不同的角度直观理解:一种是从调制波反相角度看,将两桥臂视为两组独立反相双极性SPWM半桥输出,它们的奇数倍开关频率谐波群也反相抵消掉了;或者可以从载波反相角度理解,相当于等效载波频率加倍。 2.正弦脉冲宽度调制 采用正弦波作为调制信号来控制输出PWM脉冲的宽度,使其按照正弦波的规律变化,这种脉冲宽度调制控制策略就称为正弦脉冲宽度调制,简称正弦脉宽调制。产生SPWM脉冲,采用最多的载波是等腰三角波;既可以采用自然采样也可以规则采样;既可以采用单极性控制模式也可以采用双极性控制模式,但使用较多的是规则采样双极性控制方式。 a.准正弦脉宽调试法 在正弦调制波上叠加幅度适当并与正弦调制波同相位的三次谐波分量,从而得到合成后的马鞍形调制波,这个三次谐波和三角波比较产生PWM脉冲的方法就是准正弦波脉冲宽度调制法。b.消除特定谐波法 消除特定谐波法的核心是通过对电压波形脉冲缺口位置的合理安排和设置,以求既能达到控制输出电压基波大小,又能有选择地消除逆变器输出电压中某些特定谐波的目的。c.电压空间矢量脉冲宽度调制技术 电压空间矢量脉冲宽度调制技术是从交流电机的角度出发,以控制交流电机磁链空间矢量轨迹逼近圆形为调制目的,以求减小电动机的转矩脉动,改善电动机的动态性能。 1.电路组成及工作原理分析: 电路主要由正弦波和三角波发生电路,控制电路和逆变电路组成。电路中所用到的元器件主要有ICL8038,运算放大器LF353,比较器LM311,IR2110,MOSFET,CD4069,电阻电容及齐纳二极管组成。 IC