毕业设计--基于PSPICE的三相SPWM逆变器设计

XXX本科毕业设计（论文）题目：基于PSPICE的三相SPWM逆变器设计院系：电力与自动化工程学院专业年级：自动化专业XXX届学生姓名：XXX学号：XXX指导教师：XXXXXX年6月22日基于PSPICE的三相SPWM逆变器设计【摘要】与整流相对应，把直流电变成交流电称为逆变。逆变电路根据直流侧电源性质的不同可分为两种：直流侧是电压源的称为电压型逆变电路；直流侧是电流源的称为电流型逆变电路。本文通过利用PSPICE设计分析三相DC/AC逆变器PWM控制电路的方法。重点介绍了方波运行模式下电压型逆变器的特性，输出电压大小和波形的PWM控制基本原理。给出了基于双极性倍频正弦脉冲宽度调制法的DC/AC逆变器的仿真实例，所谓调制法，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。并应用到《电力电子技术》实验中，取得了良好的效果。关键词：逆变；PSPICE；仿真；调制法；PWM基于PSPICE的三相SPWM逆变器设计【Abstract】Correspondswiththerectifier,theDCintoalternatingcurrentcalledtheinverter.DCpowerinvertercircuitaccordingtothedifferentnaturecanbedividedintotwotypes:DCvoltagesourceisknownasvoltage-typeinvertercircuit;DCcurrentsourceisknownasthecircuitofcurrentmode.Inthispaper,designandanalysisusingPSPICEphaseDC/ACinverterPWMcontrolcircuitmethod.Focusesonthesquare-waveoperationmode,thecharacteristicsofinverteroutputvoltagewaveformofthePWMcontrolofthesizeandbasicprinciples.MultiplierispresentedbasedonaunipolarsinusoidalpulsewidthmodulationoftheDC/ACinvertersimulationexample,theso-calledmodulation,thatisthedesiredoutputwaveformasthemodulationsignal,thereceivedsignalmodulationasacarrierwavebysignalgetthedesiredmodulationPWMwaveform.AndappliedtothePowerElectronicsexperiment,andachievedgoodresults.KeyWords:Inverter;PSPICE;simulation;modulation;PWM目录基于PSPICE的三相SPWM逆变器设计1引言................................................................12ORCADPSPICE........................................................42.1.ORCADPSPICE简介................................................42.1.1ORCADPSPICE的特点...........................................52.1.2启动Capture环境.............................................62.1.3项目管理程序的显示内容.......................................82.1.4放置一般电路元件.............................................92.1.5如何翻转或旋转原件..........................................103电压型逆变电路.....................................................113.1.全桥逆变电路...................................................113.2.三相电压型逆变电路.............................................134三相SPWM逆变器....................................................204.1.PWM控制技术....................................................204.1.1PWM控制的基本原理...........................................204.2.SPWM控制技术...................................................214.3.SPWM逆变电路及其控制方法.......................................224.3.1单相桥式PWM逆变电路.........................................224.3.2三相桥式SPWM型逆变电路......................................255总结...............................................................355.1.结论...........................................................355.2.三相SPWM逆变器的展望..........................................36致谢.................................................................37参考文献.............................................................38基于PSPICE的三相SPWM逆变器设计-1-1引言逆变器是将直流变为定频定压或调频调压交流电的变换器。它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成。广泛适用于空调、家庭影院、电动砂轮、电动工具、缝纫机、DVD、VCD、电脑、电视、洗衣机、抽油烟机、冰箱，录像机、按摩器、风扇、照明等。逆变器的作用：逆变器就是一种将低压（12或24伏或48伏）直流电转变为220伏交流电的电子设备。因为我们通常是将220伏交流电整流变成直流电来使用，而逆变器的作用与此相反，因此而得名。我们处在一个“移动”的时代，移动办公，移动通讯，移动休闲和娱乐。在移动的状态中，人们不但需要由电池或电瓶供给的低压直流电，同时更需要我们在日常环境中不可或缺的220伏交流电，逆变器就可以满足我们的这种需求。逆变器的分类：一类是正弦波逆变器，另一类是方波逆变器。正弦波逆变器输出的是同我们日常使用的电网一样甚至更好的正弦波交流电，因为它不存在电网中的电磁污染。方波逆变器输出的则是质量较差的方波交流电，其正向最大值到负向最大值几乎在同时产生，这样，对负载和逆变器本身造成剧烈的不稳定影响。同时，其负载能力差，仅为额定负载的40-60%，不能带感性负载。如所带的负载过大，方波电流中包含的三次谐波成分将使流入负载中的容性电流增大，严重时会损坏负载的电源滤波电容。针对上述缺点，近年来出现了准正弦波（或称改良正弦波、修正正弦波、模拟正弦波等等）逆变器，其输出波形从正向最大值到负向最大值之间有一个时间间隔，使用效果有所改善，但准正弦波的波形仍然是由折线组成，属于方波范畴，连续性不好。总的来说，正弦波逆变器提供高质量的交流电，能够带动任何种类的负载，但技术要求和成本均高。准正弦波逆变器可以满足我们大部分的用电需求，效率高，噪音小，售价适中，因而成为市场中的主流产品。方波逆变器的制作采用简易的多谐震荡器，其技术属于50年代的水平，将逐渐退出市场。传统方法是利用晶闸管组成的方波逆变电路实现，但由于其含有较大成分低次谐波等缺点，近十余年来，由于电力电子技术的迅速发展，全控型快速半导体器件BJT，IGBT，GTO等的发展和PWM的控制技术的日趋完善，使SPWM逆变器得以迅速发展并广泛使用。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宽度和周期以达到变压目的或者控制电压脉冲宽度和脉冲列的周期以达到变压变频目的的一种控制技术，SPWM控制技术又有许多种，并且还在不断发展中，但从控制思想上可分为四类，即等脉宽PWM法，正弦波PWM法（SPWM法），磁链追踪型PWM法和电流跟踪型PWM法，其中利用SPWM控制技术做成的SPWM逆变器具有以下主要特点：基于PSPICE的三相SPWM逆变器设计-2-（1）逆变器同时实现调频调压，系统的动态响应不受中间直流环节滤波器参数的影响。（2）可获得比常规六拍阶梯波更接近正弦波的输出电压波形，低次谐波减少，在电气传动中，可使传动系统转矩脉冲的大大减少，扩大调速范围，提高系统性能。（3）组成变频器时，主电路只有一组可控的功率环节，简化了结构，由于采用不可控整流器，使电网功率因数接近于1，且与输出电压大小无关。所谓的SPWM波形就是与正弦波形等效的一系列等幅不等宽的矩形脉冲波形，等效的原则是每一区间的面积相等。把一个正弦波分作几等分，然后把每一等分的正弦曲线与横轴所包围的面积都用一个与此面积相等的矩形脉冲来代替，矩形脉冲的幅值不变，各脉冲的中点与正弦波每一等分的中点相重合，这样由几个等幅不等宽的矩形脉冲所组成的波形就与正弦波等效，称作SPWM波形。上述原理可以称之为面积等效原理，它是PWM控制技术的重要理论基础。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。通常采用等要三角波作为载波，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，这正好符合PWM控制的要求。存在的问题：在三相桥式逆变电路中，一般采用双极性SPWM调制技术。由于一般功率管子的开通时间小于关断时间，为确保同一桥臂上下两管子不致发生直通故障，通常采用将理想的SPWM驱动信号上升沿（或下降沿）延迟一段时间dT（即死区时间），但是这同时给逆变器带来了十分有害的死区效应。死区效应已经越来越引起人们的注意，虽然由于SPWM逆变器变频机理所致，其输出电流波形不可能是完全光滑的正弦波，但是死区时间的设置会引起逆变器输出电流波形的交越失真，甚至引起电机振荡。不少人已提出很多死区补偿措施，但效果不甚理想，诸如存在补偿滞后、增加系统复杂性等问题。死区补偿的基本思想可以从电源的角度出发，其着眼点是如何使逆变器成为一个可以按照所需要求进行调频调压的三相对称正弦波电源。随着全控型快速半导体器件性能价格比的提高和PWM技术的日渐完善和新技术新工艺新材料的使用，SPWM技术将在电气传动及电力系统中得到更广泛的运用。实际应用：目前，汽车普及率日益升高，车载逆变器将汽车点烟器输出12VDC转换成220V/50Hz交流电，供一般的电器产品使用。车载逆变器作为一种移动中使用的电源转换器，为人们外出工作或旅游提供了很大的便利，具有广阔的市场前景。汽车上使用的电器多为商用或一般生活用，如车