【毕业设计】低压三相异步电机的逆变电源 ㊣ 精品文档 值得下载

随之诞生。

世纪年代以来，电力电子技术与微电子技术相结合，产生了各种高频化的全控器件，并得到了迅速的发展，如功率场效应管绝缘栅极晶体管或等，使得电力电子技术由传统发展时代进入高频化时代。

在这个时代，具有小型化和高性能特点的新逆变技术层出不穷，特别是脉宽调制波形改善技术得到了飞速的发展。

从年到现在逆变技术处在高频化新技术阶段。

这个阶段的特点是开器件以高速器件为主，逆变器开关频率较高，波形改善以法为主，体积重量小，逆变效率高。

正弦波逆变器技术的发展日趋完善。

逆变电路分类逆变电路的应用十分广泛。

在已有的各种电源中，蓄电池，太阳能电池等都是直流电源，当需要这些电源向交流负载供电时，就需要逆变电路。

另外，交流电机调速用变频器不间断电源感应加热电源等电力电子装置使用十分广泛，其电路的核心部分都是逆变电路。

逆变技术的种类很多，可按照很多种不同形式进行分类。

其主要分类方式如下按逆变器输出交流的频率，可分为工频逆变中频逆变高频逆变。

按逆变器输出相数，可分为单相逆变三相逆变和多相逆变。

按逆变器输出能量的去向，可分为有源逆变和无源逆变。

按逆变主电路的形式，可分为单端式推挽式半桥式和全桥式逆变。

按逆变主开关器件的类型，可分为晶闸管逆变晶体管逆变场效应管逆变逆变，等等。

按输出稳定的参量，可分为电压型逆变和电流型逆变。

按输出波形可分为正弦波输出逆变和非正弦波输出逆变。

按控制方式，可分为调频式逆变和调脉宽式逆变。

三相逆变器的电路拓扑目前三相逆变器的主电路拓扑主要有三相桥式逆变器，三相半桥逆变器和三相四桥臂逆变器等。

三相半桥逆变器三相半桥逆变器也有结构简单，功率器件较少等特点。

利用电源输入端的两个串联电容的中点，作为输出的中点，可构成三相四线制的输出。

为了防止中点电位的偏移，串联电容的容值必须很大，使逆变器的体积和重量增加。

而且半桥电路只是利用直流母线电压的半，因此，三相半桥逆变器仅适合于低压小功率的场合。

组合式三相逆变器组合式三相逆变器由三个单相逆变器组合而成，每相逆变器相互。

只要控制三相基准正弦波互差度，将三台输出的地连在起作为中线就可以实现三相四线制的输出。

三相四桥臂逆变器三相四桥臂逆变器是在三相桥式逆变器的基础上增加个桥臂。

该桥臂的作用是形成输出中点，减小不平衡负载时三相输出的不对称度。

逆变器的输入端采用谐振直流环节时，四个桥臂的功率管均可实现零电压开关。

虽然该逆变器的控制比较复杂，但仍是目前研究的个热点。

三相桥式逆变器三相桥式逆变器的电路结构简单，采用的器件少，功率管承受母线电压。

但是为了得到三相四线制的输出电压，提高逆变器带不平衡负载的能力，必须在输出端增加中点形成变压器，使逆变器的体积和重量显著增加。

电压型三相全桥逆变电路本文设计的是种三相电压型逆变电路。

它有以下优点直流侧为电压源，或者并联有大电容，相当于电压源。

直流侧电压基本无脉动，直流回路呈现低阻抗。

由于直流电压源的钳位作用，交流侧输出电压波形为矩形波，并且与负载阻抗角无关。

而交流侧输出电流波形和相位因负载阻抗情况的不同而不同。

当交流测为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功功率的作用。

为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂都并联了反馈二极管。

表为电压源型逆变器与电流源型逆变器性能比较电压源型电流源型直流滤波环节电容器电抗器输出电压波形矩形波近似正弦波输出电流波形近似正弦波矩形波动态输出阻抗小大过流及短路保护较难容易线路结构较复杂较简单表电压源型逆变器与电流源型逆变器性能比较下面以采用作为开关器件的三相电压型桥式逆变电路为例，说明三相逆变全桥的工作原理图三相电压型桥式逆变电路工作方式每桥臂导电，同相上下两臂交替导电，各相开始导电的角度差任瞬间有三个桥臂同时导通每次换流都是在同相上下两臂之间进行，也称为纵向换流。

波形特点对于相输出来说，当桥臂导通时，当桥臂导通时，。

因此，的波形是幅值为的矩形波。

两相的情况和相类似，的波形形状和相同，只是相位依次相差。

的波形如图中所示。

图电压型三相桥式逆变电路的工作波形负载线电压可由下式求出负载相电压负载中点和电源假想中点间电压负载三相对称时有，于是负载参数已知时，可由波形求出波形。

相上下两桥臂间的换流过程和半桥电路相似。

桥臂的电流相加可得直流侧电流的波形，每脉动次，直流电压基本无脉动，因此逆变器从交流侧向直流侧传送的功率是脉动的电压型逆变电路的个特点。

防止同相上下两桥臂的开关器件同时导通而引起直流侧电源短路，应采取先断后通吸引到栅极下面的区表面。

当大于电压值时，栅极下区表面的电子浓度将超过空穴浓度，从而使型半导体反型而成型半导体，形成反型层，该反型层形成沟道而使结消失，漏极和源极导电。

电压称为开启电压或阈值电压，超过越多，导电能力越强，漏极电流越大。

保护电路电流保护部分电路如图图过流保护电路是保护电路用到的重要元件。

图是内部简图图内部框图可以看到，其内部相当于有两个比较器，本电路实际主要用到比较器，即三个引脚。

，两引脚各接上外部电路处的电平，比较后结果由管脚输出。

过电流保护的计算如下，两点等电势，均接地。

，则容易求出由，分压得到管脚的电压也就是点的电压。

管脚与管脚的电压大小关系决定了端的输出，为临界条件。

故不妨设则流过两端的电流大小为方向上端向下端。

的端口可以看作虚断即看作无电流流出或者流入，那么两点间的电流大小等于，从而两端压降为则从而，流过的电流为即为主电路电流临界值，反推可知，当主电路电流大于该值时，，从而端输出个地电平信号，送到的端，进行过电流保护的控制。

电源电路和作用是给分别系统提供和的直流电压，它们均属于系列。

其基本封装形式如图图系列的几种封装样式系列的典型连接如图图系列的典型连接电源电路部分如图其中，给单片机供电而给半桥驱动供电。

图电源部分逆变电源工作过程逆变电路工作过程如下当电源系统上电时，辅助电源开始工作，和提供，直流电压电压给单片机供电，给半桥驱动供电单片机已下载好程序的开始工作，输出六路波六路波分别经三个半桥驱动输出后，成为三相逆变全桥开关器件的控制信号逆变电路工作，将直流电压逆变为交流电输出过电流保护电路同时工作，当主电路电流超过前文计算知，的号管脚输出信号到的号管脚，单片及停止输出波，整个电路中断运行。

第章实验结果与分析单片机输出的波形及分析如下图，的引脚产生的波形图上下桥臂控制信号这是同相的原始控制信号，可以看到他们幅值为，因为单片机采用直流电压供电。

相位也相同，所以真正加到上下桥臂之前必须使它们相位互补，这样才能使同相上下桥臂轮流导通，实现纵向换流而不至于使直流电压源短路。

逆变电路开关器件栅极控制信号及分析如下图，同相上下桥臂的驱动信号图同相上下桥臂的驱动信号图是波经过了半桥驱动后输出的栅极驱动信号。

由图可以看到，该信号与图中的信号相比，有两大变化是幅值由变为，这是由于采用的供电的原因二是相位有同相变为互补，这样就使上下桥臂轮流导通。

这种相位变化由的特点决定。

可以从图看出。

图也是该信号描述图上下桥臂驱动信号另外还测取了不同相同桥臂的驱动信号波形，如图图相相上桥臂驱动信号两相同是上桥臂，其波形形状相同，相位相差度。

带电动机负载后电压电流波形图三相异步电机星形接法线电压图三相异步电机星形接法相电压图三角形线接法线电流波形第章谐波分析谐波产生原因逆变器虽然以输出波形接近正弦为目的，但其输出电压仍然存在着谐波分量。

产生谐波的原因在工程应用中对波形的生成往往采用规则采样法或专用集成电路器件，并不能保证脉宽调制序列波的面积与各段正弦波面积完全相等在实现控制时，为了防止逆变桥同桥臂上下两器件的同时导通而导致直流侧短路，而当同桥臂内上下两器件作互补工作时，设置了个导通时滞环节，即死区时间。

死区的出现不可避免地造成逆变器输出的波形有所失真。

谐波补偿技术种特定谐波消去法如图是三相桥式逆变电路中的输出波形图特定谐波消去法的输出波形该方法的特点是这是计算法中种较有代表性的方法。

输出电压半周期内，器件通断各次不包括和，共个开关时刻可控。

为减少谐波并简化控制，要尽量使波形对称。

首先，为消除偶次谐波，使波形正负两半周期镜对称，即其次，为消除谐波中余弦项，应使波形在正半周期内前后周期以为轴线对称即式中„„上式中含有三个可以控制的变量，根据需要确定基波分量的值，再令两个不同的，就可以建立三个方程，联立可以求得。

这样，即可以消去两种特定频率的谐波。

通常在三相对称电路的线电压中，相电压所含的三次谐波互相抵消，因此通常可以考虑消去次和次谐波。

这样，可得如下联立方程对于给定的基波幅值，求解上述方程可以得到组。

上面是在输出电压的半周期内器件导通和关断各三次的情况。

般来说，如果在输出电压半个周期内开关器件开通和关断各次，考虑到波四分之周对称，共有个开关时刻可以控制。

除去用个自由度来控制的基波幅值外，可以消去个频率的特定谐波。

当然，越大，开关时刻的计算也越复杂。

谐波补偿技术谐波补偿技术主要分为无源补偿技术和有源补偿技术两大类。

其中无源补偿技术应用的历史最长，使用的范围最广泛，实际的补偿装置运行最多，是目前解决谐波问题的主要手段。

而有源滤波技术的实际应用还存在许多问题，它是谐波补偿技术的个重要的发展方向。

无源滤波装置是指传统的调谐滤波器。

它由与负载并联的单个或多个谐振支路组成，这种方法既可以补偿谐波污染，又可以补偿无功功率。

而且具有结构简单，控制容易，操作方便，可靠性高，维护便捷等优点，是实践过程中解决谐波问题的有力手段。

但是，无源补偿装置仅对特定的负载进行有效的无功电流和谐波电流补偿，当负载变化时，会发生欠补偿或过补偿，使补偿效果卜降补偿特性受电网阻抗影响较大更为严重的是在特定频率卜，电网阻抗和无源滤波器之间可能发生并联或串联谐振，使谐振频率的谐波放大。

另外，无源补偿装置是由大容量的电抗器和电容器组成，整机体积庞大也是其主要缺点之。

随着电力电子技术和功率集成电路技术以及相关的谐波理论的发展，七十年代提出了应用电力电子装置进行谐波和无功补偿的方法，这就是有源电力滤波器，缩写成