2011 ~ 2012 学年第 2 学期。
电力电子技术 》
课程设计报告。
题目： spwm变频系统。
专业： 自动化。
班级09自动化。
姓名。指导教师： 周松林。
电气工程系。
2023年5月2日。
任务书。摘要。
随着电力电子技术，计算机技术，自动控制技术的迅速发展，pwm技术得到了迅速发展，spwm正弦脉宽调制法这项技术的特点是原理简单，通用性强，具有开关频率固定，控制和调节性能好，能消除谐波使输出电压只含有固定频率的高次谐波分量，设计简单等一系列有点，是一种比较好的波形改善法。它的出现为中小型逆变器的发展起了重要的推动作用。spwm技术成为目前应用最为广泛的逆变用pwm技术。
因此，研究spwm逆变器的基本工作原理和作用特性意义十分重大。
本文主要通过对三相spwm逆变器的matlab/simulink建模与**，研究整流及逆变电路的输入输出及其特性，以及一些参数的选择设置方法。simulink是matlab中的一种可视化**工具，是一种基于matlab的框图设计环境，是实现动态系统建模、**和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和**中。
关键词：spwm ；三相逆变器；matlab/simulink；建模与**。
第一章绪论 1
1.1 设计的目的和意义 1
1.2 变频技术原理及在调速方面的应用 1
第二章设计方案 2
2.1 交-直-交变频技术的原理 2
2.2 pwm逆变电路的控制方式 3
1）单极性方式 3
2）双极性控制方式 4
2.3 调制信号的形成 4
1）spwm的模拟控制 4
2）spwm的数字控制 5
第三章**原理图及结果 6
3.1 系统** 6
3.2 主要参数： 7
3.3 **结果： 7
第四章结果分析 9
近年来，随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，交流传动与控制技术成为目前发展最为迅速的技术之一，电气传动技术面临着一场历史革命，即交流调速取代直流调速和计算机数字控制技术取代模拟控制技术已成为发展趋势。电机交流变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。变频调速以其优异的调速和起制动性能，高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。
深入了解交流传动与控制技术的走向，具有十分积极的意义．
变频系统一般由整流器、滤波器、驱动电路、保护电路以及控制器（mcu／dsp）等部分组成。首先将单相或三相交流电源通过整流器并经电容滤波后，形成幅值基本固定的直流电压加在逆变器上，利用逆变器功率元件的通断控制，使逆变器输出端获得一定形状的矩形脉冲波形。通过改变矩形脉冲的宽度控制其电压幅值；通过改变调制周期控制其输出频率，从而在逆变器上同时进行输出电压和频率的控制，而满足变频调速对u／f协调控制的要求。
pwm的优点是能消除或抑制低次谐波，使负载电机在近正弦波的交变电压下运行，转矩脉冲小，调速范围宽。 采用pwm控制方式的电机转速受到上限转速的限制。如对压缩机来讲，一般不超过7000r／min。
而采用pwm控制方式的压缩机转速可提高1.5倍左右，这样大大提高了快速增速和减速能力。同时，由于pwm在调整电压时具有对电流波形的整形作用，因而可以获得比pwm更高的效率。
此外，在抗干扰方面也有着pwm无法比拟的优越性，可抑制高次谐波的生成，减小对电网的污染。采用该控制方式的变频调速技术后，电机定子电流下降64％ ，电源频率降低30％ ，出胶压力降低57％ 。由电机理论可知，异步电机的转速可表示为：
变频调速系统中的电力电子变流器（简称变频器），实际应用中最广泛的是交-直-交变频器（variable voltage variable frequnency,简称vvvf电源）。交-直-交变频器是由ac-dc,dc-ac两类基本的变流电路组合而成，先讲交流整流电整流为直流电，再将直流电逆变为交流电，因此这类电路又称为间接交流变流电路。交-直-交变频器与交-交变频器相比，最为主要的优点是输出的频率不再受输入电源频率的制约。
因此此次设计采用交-直-交变频方式。
交直交变频器的工作原理是借助微电子器件、电力电子器件和控制技术，先将工频电源经过二极管整流成直流电，再由电力电子器件把直流电逆变为频率可调的交流电源。交直交变频器工作原理图如下所示。
图2-1 整流电路框图。
由图可知，变频器由主电路（包括整流器、中间直流环节、逆变器）和控制回路组成。各部分的功能如下：
1.整流电路。它的作用是把三相(或单相)交流电源整流成直流电。
在spwm变频器中，大多采用全波整流电路。大多数中、小容量的变频器中，整流器件采用不可控的整流二极管或者二极管模块。本设计采用二极管设计。
2.逆变电路。它的作用与整流器相反，是将直流电逆变为电压和频率可变的交流电，以实现交流电机变频调速。
逆变电路由开关器件构成，大多采用桥式电路，常称逆变桥。在spwm变频器中，开关器件接受控制电路中spwm调制信号的控制，将直流电逆变成三相交流电。
3.控制电路。这部分电路由运算电路、检测电路、驱动电路、保护电路等组成，一般均采用大规模集成电路。
4.中间滤波环节。是用电容器或电抗器对整流后的电压或电流进行滤波。
交直交变频器按中间直流滤波环节的不同，又可以分为电压型和电流型两种，由于控制方法和硬件设计等各种因素，电压型逆变器应用比较广泛。
整流电路分可以采用pwm控制的可控整流，通过对整流电路进行pwm控制，可以使输入电流为正弦波并且可以与电源电压同相位，因而输入功率因数为1，并且中间电流电路的电压可以调节。这是一种比较理想的方式，但由于整流，逆变部分均为pwm控制且需要采用全控器件，控制复杂，成本也较高。从简单，实用，经济的角度考虑，整流电路采用不可控整流二极管模块，故此次课程设计的主电路具体采用以下方式。
图2-2 系统主电路图。
单极性控制方式波形见图2-3，载波uc在调制信号波ur的正半周为正极性的三角波，在负半周为负极性的三角波。
图2-3 单极性控制方式波形。
双极性控制方式波形见图2-4，在ur的半个周期内，三角波载波是在正负两个方向变化的，所得到的pwm波形也是在两个方向变化的。
图2-4 双极性控制方式波形。
单极性spwm 逆变器主电路每相只有一个开关器件反复通断。与单极性控制方式相比，双极性控制方式在载波和控制波都变成了有正、负半周的交流方式，其输出矩形波也是任意半周中均出现正负交替的情况。故本次设计使用双极性控制方式。
原始的spwm是由模拟控制来实现的。图2-5是spwm模拟控制电路原理框图。三相对称的参考正弦电压调制信号，，由参考信号发生器提供，其频率和幅值都是可调的。
三角载波信号由三角波发生器提供，各相共用。它分别与每相调制信号在比较器上进行比较，给出正或零的饱和输出，产生spwm脉冲序列波，，，作为变压变频器功率开关器件的驱动信号。
图2-5 spwm波模拟控制电路。
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