正弦脉宽调制(SPWM)变频器.doc

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1、引言随着电力电子技术的飞速发展，正弦脉宽调制（SPWM）变频器也得到了大力的发展，在各个领域得到了广泛的应用。SPWM变频器主要应用于中小容量，高性能的交流调速系统中，这种新型的变频器具有如下的优点：(1)输出电压的幅值和频率均在逆变器控制和调节，可以方便的实现压频比恒定控制或低频时幅值电压的补偿等功能，系统的动态性能较好;(2)功率变化只在逆变器完成，逆变器可由二极管整流供电，电网的功率因数较高；(3)由SPWM逆变器供电的异步电机的电流波形接近正弦波，谐波分量较少，矩阵脉动小，改善了电动机的运行性能。鉴于正弦脉宽（SPWM）变频器的上述优点，以及在实际电气传动系统中，不

2、同设备对电源的不同需求。本文采用了新型功率器件IGBT和8031AH单片机控制系统，设计了一种新型的单相桥式SPWM变频电源。该变频电源采用恒压频比控制，即U/F为常数，能使主频率在0～100Hz可调，且将软件设计和硬件设计结合起来，减少了硬件电路的不必要的成本，又使软件编程不至于繁锁。本设计由我和建忠同学合作完成，我主要作硬件原理设计参数计算与软件编程、调试等工作，具体容在本论文中有详述。而有关硬件绘图、电路仿真及电路介绍等容可参阅建忠同学的毕业论文。由于设计者的能力有限，在设计过程中得到了常宝林老师的悉心教导和大力协助，才将本设计顺利的完成。在此，向指导老师并支持过我们

3、的各位老师表示衷心的感谢。目录第一章脉宽调制（PWM）逆变器一、脉宽调制技术（PWM）及其分类……………………..二、正弦脉宽调制技术………………………………………三、同步调制和异步调制……………………………………四、SPWM波形的软件生成………………………………第二章单相桥式正弦脉宽调制（SPWM）变频电源硬件设计……一、设计方案及总体框图…………………………………..二、电路原理与参数计算…………………………………..§1.主电路……………………………………………………§2.驱动电路…………………………………………………§3.吸收电路………………………………………………

4、…..§4.保护电路………………………………………………….§5.控制及接口电路………………………………………….第三章软件设计……………………………………………….一．对称规则采样法………………………………………….二．地址分配………………………………………………….三．程序设计…………………………………………………..四．程序调试与仿真…………………………………………五．程序清单……………………………………………………结束语……………………………………………………………….参考文献……………………………………………………………外文翻译………………………………………………

5、……………第一章脉宽调制逆变器一、脉宽调制（PWM）技术及其分类在电气传动系统中，广泛的应用的PWM控制技术是利用半导体开关器件的导通与关断把直流电压变成电压脉冲列，并通过控制电压脉冲的宽度或周期以达到变压目的，或者控制电压脉冲宽度和脉冲序列的周期以达到变压变频的目的的一种控制技术。PWM控制技术可分为多种，而且还在不断的发展。从控制思想上可分为四种：等脉宽PWM法，正弦脉宽PWM(SPWM)法，磁链追踪PWM法和电流追踪PWM法。二．正弦脉宽（SPWM）技术SPWM法是为克服直流脉宽调制（PWM）的缺点（其输出电压中含较大的谐波分量）而发展起来的。它从电动机的供电电源的角

6、度出发，着眼于如何产生一个可调频、调压的三相正弦波电源，具体方法如图所示：ωtωtE图(a)0图(b)-E0л2лл2лSPWM原理U上图（a）所示的正弦波，如将每半周期划分为N等分（图中N=6）,每一等分的正弦电压与横轴所包围的面积都用一个与此面积相等的等高矩形脉冲所代替，且使矩形脉冲的中点与相应的正弦等分的中点重合，则各脉冲的宽度将是按正弦规律变化的。按照采样控制理论中冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性环节上，其效果基本相同的结论，图（b）所示，由N个等幅而不等宽的矩形脉冲所组成的波形便与正弦波等效。在用模拟电路产生等幅不等宽脉冲的方法中，通常采用期望的正弦波（称调

7、制波）与三角波（称载波）相交的办法来确定各段矩形脉冲的宽度。因为等腰三角波是上下宽度与高度成线性关系且对称，当它与一个光滑的曲线相交时，即可得到一组等幅而脉冲宽度正比与该曲线函数值的矩形脉冲。如下图所示，用正弦波和三角波相交（图b）得到一组矩形脉冲（图a），其宽度按正弦规律变化。再用这组矩形脉冲作为逆变器各开关器件的控制信号，则在逆变器输出端就可得到一组类似图（a）的矩形脉冲，其幅值为逆变器直流侧电压，其脉冲宽度是它在周期中所在相位的正弦函数。该矩形脉冲可用正弦波等效【图（b）中虚线所示】。不难看出：（1）逆变器输