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1、电力电子课程设计题目：基于PWM的逆变电路分析Title:AnalysisofInverterCircuitBasedonPWM学号：B12043819姓名：吉遇6摘要PWM控制技术是你变电路中应用最为广泛的技术。为了对PWM型逆变电路进行研究，首先建立了逆变器控制所需的电路模型，采用IGBT作为开关器件，并对单相桥式电压型逆变电路和PWM控制电路的工作原理进行了分析。使用双踪示波器对电路的输出波形进行分析,给出了仿真波形。实践表明:运用PWM控制技术能够很好地实现逆变电路的运行要求。关键词：PWM；逆变电路；IGBT；脉冲61引言PWM控制的基本原理很早就已经提出，但是受电力
2、电子器件发展水平的制约，在上世纪80年代以前一直未能实现。直到进入上世纪80年代，随着全控型电力电子器件的出现和迅速发展，PWM控制技术才真正得到应用。随着电力电子技术、微电子技术和自动控制技术的发展以及各种新的理论方法，如现代控制理论、非线性系统控制思想的应用，PWM控制技术获得了空前的发展。PWM控制技术在逆变电路中的应用最为广泛，对逆变电路的影响也最为深刻。现在大量应用的逆变电路中，绝大部分都是PWM型逆变电路。可以说PWM控制技术正是有赖于在逆变电路中的应用,才发展得比较成熟,并确定了他在电力电子技术中的重要地位。2PWM控制的基本原理PWM(PulseWidthMod
3、ulation)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)。在采样控制理论中有一个重要的结论:冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时,其效果基本相同。冲量即指窄脉冲的面积。这里所说的效果基本相同,是指环节的输出响应波形基本相同。如果把各输出波形用傅里叶变换分析,则其低频段非常接近,仅在高频段略有差异。例如图1(a),图1(b),图1(c)所示的3个窄脉冲形状不同,其中图1(a)为矩形脉冲,图1(b)为三角形脉冲,图1(c)为正弦半波脉冲,但他们的面积(即冲量)都等于1,那么,当他们分别加在具有惯性的同一
4、个环节上时,其输出响应基本相同。当窄脉冲变为图1(d)的单位脉冲函数δ(t)时,环节的响应即为该环节的脉冲过渡函数。图1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲上述原理可以称之为面积等效原理,他是PWM控制技术的重要理论基础。3PWM逆变电路及其控制方法PWM控制技术在逆变电路中的应用十分广泛,目前中小功率的逆变电路几乎都采用了PWM技术。逆变电路是PWM控制技术最为重要的应用场合,PWM逆变电路可分为电压型和电流型两种。目前实际应用的PWM逆变电路几乎都是电压型电路。其控制方法这里主要讲解计算法和调制法。3.1计算法和调制法根据PWM控制的基本原理,如果给出了逆变电路的正弦波输出频率
5、、幅值和半个周期内的脉冲数,PWM波形中各脉冲的宽度和间隔就可以准确计算出来。按照计算结果控制逆变电路中各开关器件的通断,就可以得到所需要的PWM波形,这种方法称之为计算法。可以看出,计算法是很繁琐的,当需要输出的正弦波的频率、幅值或相位变化时,结果都要变化。与计算法相对应的是调制法,即把希望输出的波形作为调制信号,把接受调制的信号作为载波,通过信号波的调制得到所期望的PWM波形。通常采用等腰三角波或锯齿波作为载波,其中等腰三角波应用最多。因为等腰三角波上任一点的水平宽度和高度成线形关系且左右对称,当他与任何一个平缓变化的调制信号波相交时,6如果在交点时刻对电路中开关器件的通断
6、进行控制,就可以得到宽度正比于信号波幅值的脉冲,这正好符合PWM控制的要求。在调制信号波为正弦波时,所得到的就是SPWM波形,这种情况应用最广。当调制信号不是正弦波,而是其他所需要的波形时,也能得到与之等效的PWM波。4逆变电路的原理图4.1主电路图及其工作原理图2是采用IGBT作为开关器件的单相桥式电压型逆变电路。设负载为阻感负载,工作时V1和V2的通断状态互补,V3和V4的状态通断状态也互补。具体的控制规律如下:在输出电压u0的正半周,让V1保持通态,V2保持断态,V3和V4交替通断。由于负载电流比电压滞后,因此在电压正半周,电流有一段区间为正,一段区间为负。在负载电流为正
7、的区间,V1和V4导通时,负载电压u0等于直流电压ud。在负载电流为负的区间,仍为V1和V4导通时,因i0为负,故i0实际上从VD1和VD4流过,仍有u0=ud。这样,u0就可以得到ud电平。同样,在u0的负半周,让V2保持通态,V1保持断态,V3和V4交替通断,负载电压u0可以得到-ud和零两种电平。图2 主电路图单相桥式逆变电路在采用双极性控制方式时的波形如图3所示。图3 双极性PWM控制方式波形采用双极性方式时,在ur的半个周期内,三角波载波不再是单极性的,而是有正有负,所得的PWM波
