[優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計精品] 基于pspice的三相spwm逆變器設(shè)計

1、<p><b>　　XXX</b></p><p>　　本科畢業(yè)設(shè)計（論文）</p><p>　　題　　目：　 基于PSPICE的三相 </p><p>　　SPWM逆變器設(shè)計 　</p><p>　　院　　系：　 電力與自動化工程學(xué)院 </p><p>

2、　　專業(yè)年級： 自動化 專業(yè) XXX屆 </p><p>　　學(xué)生姓名：　　XXX　學(xué)號：XXX </p><p>　　指導(dǎo)教師：　XXX　　　　　　　　　</p><p><b>　　XXX年6月22日</b></p><p><b>　　【摘 要】</b></p>&

3、lt;p>　　與整流相對應(yīng)，把直流電變成交流電稱為逆變。逆變電路根據(jù)直流側(cè)電源性質(zhì)的不同可分為兩種：直流側(cè)是電壓源的稱為電壓型逆變電路；直流側(cè)是電流源的稱為電流型逆變電路。本文通過利用PSPICE設(shè)計分析三相DC/AC逆變器PWM控制電路的方法。重點(diǎn)介紹了方波運(yùn)行模式下電壓型逆變器的特性，輸出電壓大小和波形的PWM控制基本原理。給出了基于雙極性倍頻正弦脈沖寬度調(diào)制法的DC/AC逆變器的仿真實(shí)例，所謂調(diào)制法，即把希望輸出的波形作為調(diào)

4、制信號，把接受調(diào)制的信號作為載波，通過信號波的調(diào)制得到所期望的PWM波形。并應(yīng)用到《電力電子技術(shù)》實(shí)驗(yàn)中，取得了良好的效果。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：逆變；PSPICE；仿真；調(diào)制法；PWM</p><p>　　【Abstract】</p><p>　　Corresponds with the rectifier, the DC into alternatin

5、g current called the inverter. DC power inverter circuit according to the different nature can be divided into two types: DC voltage source is known as voltage-type inverter circuit; DC current source is known as the cir

6、cuit of current mode. In this paper, design and analysis using PSPICE phase DC / AC inverter PWM control circuit method. Focuses on the square-wave operation mode, the characteristics of inverter output voltage waveform

7、of the</p><p>　　Key Words: Inverter; PSPICE; simulation; modulation; PWM</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　1 引言................................................................

8、1</p><p>　　2 ORCAD PSPICE........................................................4</p><p>　　2.1. ORCAD PSPICE簡介................................................4</p><p>　　2.1.1 ORCAD

9、 PSPICE的特點(diǎn)...........................................5</p><p>　　2.1.2 啟動Capture環(huán)境.............................................6</p><p>　　2.1.3 項(xiàng)目管理程序的顯示內(nèi)容.......................................8

10、</p><p>　　2.1.4 放置一般電路元件.............................................9</p><p>　　2.1.5 如何翻轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)原件..........................................10</p><p>　　3 電壓型逆變電路.......................

11、..............................11</p><p>　　3.1. 全橋逆變電路...................................................11</p><p>　　3.2. 三相電壓型逆變電路.............................................13</p><p

12、>　　4 三相SPWM逆變器....................................................20 4.1. PWM控制技術(shù)....................................................20</p><p>　　4.1.1 PWM控制的基本原理...........................................

13、20</p><p>　　4.2. SPWM控制技術(shù)...................................................21</p><p>　　4.3. SPWM逆變電路及其控制方法.......................................22</p><p>　　4.3.1 單相橋式PWM逆變電路......

14、...................................22</p><p>　　4.3.2 三相橋式SPWM型逆變電路......................................25</p><p>　　5 總結(jié)...............................................................35</p>

15、;<p>　　5.1. 結(jié)論...........................................................35</p><p>　　5.2. 三相SPWM逆變器的展望..........................................36</p><p>　　致謝.............................

16、....................................37</p><p>　　參考文獻(xiàn).............................................................38</p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　逆變器是將直流變?yōu)槎l定壓或調(diào)頻調(diào)壓交流電的變

17、換器。它由逆變橋、控制邏輯和濾波電路組成。廣泛適用于空調(diào)、家庭影院、電動砂輪、電動工具、縫紉機(jī)、DVD、VCD、電腦、電視、洗衣機(jī)、抽油煙機(jī)、冰箱，錄像機(jī)、按摩器、風(fēng)扇、照明等 。</p><p>　　逆變器的作用：逆變器就是一種將低壓（12或24伏或48伏）直流電轉(zhuǎn)變?yōu)?20伏交流電的電子設(shè)備。因?yàn)槲覀兺ǔＪ菍?20伏交流電整流變成直流電來使用，而逆變器的作用與此相反，因此而得名。我們處在一個“移動”的時代，移

18、動辦公，移動通訊，移動休閑和娛樂。在移動的狀態(tài)中，人們不但需要由電池或電瓶供給的低壓直流電，同時更需要我們在日常環(huán)境中不可或缺的220伏交流電，逆變器就可以滿足我們的這種需求。</p><p>　　逆變器的分類：一類是正弦波逆變器，另一類是方波逆變器。正弦波逆變器輸</p><p>　　出的是同我們?nèi)粘Ｊ褂玫碾娋W(wǎng)一樣甚至更好的正弦波交流電，因?yàn)樗淮嬖陔娋W(wǎng)中的電磁污染。方波逆變器輸出的則是

19、質(zhì)量較差的方波交流電，其正向最大值到負(fù)向最大值幾乎在同時產(chǎn)生，這樣，對負(fù)載和逆變器本身造成劇烈的不穩(wěn)定影響。同時，其負(fù)載能力差，僅為額定負(fù)載的40-60%，不能帶感性負(fù)載。如所帶的負(fù)載過大，方波電流中包含的三次諧波成分將使流入負(fù)載中的容性電流增大，嚴(yán)重時會損壞負(fù)載的電源濾波電容。針對上述缺點(diǎn)，近年來出現(xiàn)了準(zhǔn)正弦波（或稱改良正弦波、修正正弦波、模擬正弦波等等）逆變器，其輸出波形從正向最大值到負(fù)向最大值之間有一個時間間隔，使用效果有所改善，

20、但準(zhǔn)正弦波的波形仍然是由折線組成，屬于方波范疇，連續(xù)性不好?？偟膩碚f，正弦波逆變器提供高質(zhì)量的交流電，能夠帶動任何種類的負(fù)載，但技術(shù)要求和成本均高。準(zhǔn)正弦波逆變器可以滿足我們大部分的用電需求，效率高，噪音小，售價適中，因而成為市場中的主流產(chǎn)品。方波逆變器的制作采用簡易的多諧震蕩器，其技術(shù)屬于50年代的水平，將逐漸退出市場。</p><p>　　傳統(tǒng)方法是利用晶閘管組成的方波逆變電路實(shí)現(xiàn)，但由于其含有較大成分低次諧

21、波等缺點(diǎn)，近十余年來， 由于電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，全控型快速半導(dǎo)體器件BJT，IGBT，GTO 等的發(fā)展和PWM 的控制技術(shù)的日趨完善，使SPWM 逆變器得以迅速發(fā)展并廣泛使用。PWM 控制技術(shù)是利用半導(dǎo)體開關(guān)器件的導(dǎo)通與關(guān)斷把直流電壓變成電壓脈沖列，并通過控制電壓脈沖寬度和周期以達(dá)到變壓目的或者控制電壓脈沖寬度和脈沖列的周期以達(dá)到變壓變頻目的的一種控制技術(shù)，SPWM 控制技術(shù)又有許多種，并且還在不斷發(fā)展中，但從控制思想上可分為四類，

22、即等脈寬PWM 法，正弦波PWM 法（SPWM 法），磁鏈追蹤型PWM 法和電流跟蹤型PWM 法，其中利用SPWM 控制技術(shù)做成的SPWM 逆變器具有以下主要特點(diǎn)：</p><p>　?。?）逆變器同時實(shí)現(xiàn)調(diào)頻調(diào)壓，系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)不受中間直流環(huán)節(jié)濾波器參數(shù)的影響。（2）可獲得比常規(guī)六拍階梯波更接近正弦波的輸出電壓波形，低次諧波減少，在電氣傳動中，可使傳動系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩脈沖的大大減少，擴(kuò)大調(diào)速范圍，提高系統(tǒng)性能。（3

23、）組成變頻器時，主電路只有一組可控的功率環(huán)節(jié)，簡化了結(jié)構(gòu)，由于采用不可控整流器，使電網(wǎng)功率因數(shù)接近于1，且與輸出電壓大小無關(guān)。</p><p>　　所謂的SPWM 波形就是與正弦波形等效的一系列等幅不等寬的矩形脈沖波形，等效的原則是每一區(qū)間的面積相等。把一個正弦波分作幾等分，然后把每一等分的正弦曲線與橫軸所包圍的面積都用一個與此面積相等的矩形脈沖來代替，矩形脈沖的幅值不變，各脈沖的中點(diǎn)與正弦波每一等分的中點(diǎn)相重合

24、，這樣由幾個等幅不等寬的矩形脈沖所組成的波形就與正弦波等效，稱作SPWM波形。</p><p>　　上述原理可以稱之為面積等效原理，它是PWM控制技術(shù)的重要理論基礎(chǔ)。</p><p>　　與計算法相對應(yīng)的是調(diào)制法，即把希望輸出的波形作為調(diào)制信號，把接受調(diào)制的信號作為載波，通過信號波的調(diào)制得到所期望的PWM波形。通常采用等要三角波作為載波，因?yàn)榈妊遣ㄉ先我稽c(diǎn)的水平寬度和高度成線性關(guān)系且左

25、右對稱，當(dāng)它與任何一個平緩變化的調(diào)制信號波相交時，如果在交點(diǎn)時刻對電路中開關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制，就可以得到寬度正比于信號波幅值的脈沖，這正好符合PWM控制的要求。</p><p>　　存在的問題：在三相橋式逆變電路中，一般采用雙極性SPWM調(diào)制技術(shù)。由于一般功率管子的開通時間小于關(guān)斷時間，為確保同一橋臂上下兩管子不致發(fā)生直通故障，通常采用將理想的SPWM驅(qū)動信號上升沿（或下降沿）延遲一段時間（即死區(qū)時間），但是這

26、同時給逆變器帶來了十分有害的死區(qū)效應(yīng)?！　∷绤^(qū)效應(yīng)已經(jīng)越來越引起人們的注意，雖然由于SPWM逆變器變頻機(jī)理所致，其輸出電流波形不可能是完全光滑的正弦波，但是死區(qū)時間的設(shè)置會引起逆變器 輸出電流波形的交越失真，甚至引起電機(jī)振蕩。不少人已提出很多死區(qū)補(bǔ)償措施，但效果不甚理想，諸如存在補(bǔ)償滯后、增加系統(tǒng)復(fù)雜性等問題。</p><p>　　死區(qū)補(bǔ)償?shù)幕舅枷肟梢詮碾娫吹慕嵌瘸霭l(fā)，其著眼點(diǎn)是如何使逆變器成為一個可以按照所

27、需要求進(jìn)行調(diào)頻調(diào)壓的三相對稱正弦波電源。</p><p>　　隨著全控型快速半導(dǎo)體器件性能價格比的提高和PWM技術(shù)的日漸完善和新技術(shù)新工藝新材料的使用，SPWM 技術(shù)將在電氣傳動及電力系統(tǒng)中得到更廣泛的運(yùn)用。</p><p>　　實(shí)際應(yīng)用：目前，汽車普及率日益升高，車載逆變器將汽車點(diǎn)煙器輸出12VDC轉(zhuǎn)換成220 V/50Hz交流電，供一般的電器產(chǎn)品使用。車載逆變器作為一種移動中使用的電源

28、轉(zhuǎn)換器，為人們外出工作或旅游提供了很大的便利，具有廣闊的市場前景。汽車上使用的電器多為商用或一般生活用，如車用冰箱、筆記本電腦、手機(jī)充電器、汽車DVD等，有些設(shè)備方波逆變不能滿足其供電要求，如車用冰箱，必須要50Hz的正弦波才能正常工作，因此車載正弦波逆變電源成為一種趨勢。</p><p>　　電力電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，促進(jìn)了脈寬調(diào)制控制技術(shù)的發(fā)展。PWM技術(shù)是通過半導(dǎo)體器件的導(dǎo)通和關(guān)斷，控制

29、脈沖序列的調(diào)制周期和脈沖寬度來實(shí)現(xiàn)輸出頻率和電壓調(diào)節(jié)，現(xiàn)已開發(fā)出多種PWM信號的形成方法。在現(xiàn)代電力電子系統(tǒng)的設(shè)計過程中，對被控系統(tǒng)仿真已成為不可缺少的重要一環(huán)，它對系統(tǒng)的分析和研究控制器的設(shè)計與參數(shù)調(diào)試直至實(shí)際性能的好壞都起到關(guān)鍵性的作用。系統(tǒng)的計算機(jī)仿真，能使先進(jìn)的控制理論應(yīng)用于工程設(shè)計，縮短設(shè)計周期，便于進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計，提高設(shè)計質(zhì)量。利用仿真技術(shù)分析系統(tǒng)響應(yīng)與參數(shù)間的關(guān)系，正確指導(dǎo)控制系統(tǒng)調(diào)試。</p><p&

30、gt;　　電力電子系統(tǒng)級的仿真通常采用MATLAB/SIMULINK程序，作為電路級的EDA程序，PSPICE不僅可以對具體的電路或者器件進(jìn)行仿真，還提供了對整個系統(tǒng)(包括控制電路、功率主電路及電機(jī))設(shè)計、分析的一個平臺。這點(diǎn)非常重要，因?yàn)槊}寬調(diào)制方法不同，對PWM逆變器輸出的電壓波形的質(zhì)量和輸出性能的影響是不同的。</p><p>　　幾種電力電子仿真軟件的特點(diǎn)比較：目前，在應(yīng)用較廣泛的電力電子仿真軟件中，PS

31、PICE是應(yīng)用較多的一種。PSPICE最大的優(yōu)點(diǎn)就是能夠把仿真與電路原理圖的設(shè)計緊密的結(jié)合在一起。PSPICE廣泛應(yīng)用于各種電路分析，可以滿足電力電子電路動態(tài)仿真的要求。PSPICE的元件模型的特性與實(shí)際元件的特性十分相似，因而它的仿真波形與實(shí)驗(yàn)電路的測試結(jié)果相近，對電路設(shè)計有重要指導(dǎo)意義。但PSPICE的仿真數(shù)據(jù)處理量龐大，仿真和處理速度慢，輸出數(shù)據(jù)格式和兼容性差，這也限制了PSPICE的應(yīng)用。Saber是一種功能更為強(qiáng)大的電子和電力

32、仿真軟件，它可以仿真電力電子元件、電路和系統(tǒng)；不僅具有PSPICE的功能，還能結(jié)合數(shù)學(xué)控制方程模塊實(shí)現(xiàn)仿真。Saber的仿真結(jié)果真實(shí)性好，與PSPICE類似。但Saber的數(shù)據(jù)處理量也相當(dāng)龐大，仿真的處理速度慢。Saber軟件價格高，使用時煩瑣復(fù)雜，不利于推廣應(yīng)用，較適合于大企業(yè)應(yīng)用[1]。</p><p>　　針對目前電力電子仿真軟件的各自特點(diǎn)和電力電子研究的需要，大型科學(xué)計算與仿真軟件配備了電力系統(tǒng)工具包,這

33、使得MATLAB可以用于電力電子仿真。Power System Blocksets的仿真是基于MATLAB的Simulink圖形環(huán)境，使用起來十分方便。MATLAB 的強(qiáng)大數(shù)字計算功能，使得Power System Blocksets的控制功能非常強(qiáng)大，尤其是利用其它相關(guān)的工具包，電路可以實(shí)現(xiàn)極為細(xì)致的控制而不需要花費(fèi)很大的精力。MATLAB 的另一個優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)處理十分有效、精確、運(yùn)行速度較快；數(shù)據(jù)的兼容性非常好，便于數(shù)據(jù)的后續(xù)處理與分

34、析，尤其是在控制特性的研究分析中，應(yīng)用十分方便。</p><p>　　本文采用PSPICE對DC/AC逆變器進(jìn)行了瞬態(tài)特性分析。</p><p>　?。病RCAD PSPICE</p><p>　　本文采用了通用的電路仿真軟件PSPICE對電壓源SPWM逆變器進(jìn)行了仿真研究，論述了直流/交流電功率變換的基本原理，介紹了方波運(yùn)行模式下電壓型逆變器的特性，輸出電壓大小

35、和波形的PWM控制基本原理。</p><p>　　2.1　ORCAD PSPICE簡介</p><p>　　OrCAD 是由OrCAD 公司于20 世紀(jì)80 年代末推出的EDA軟件，它是世界上使用最廣的EDA 軟件，每天都有上百萬的電子工程師在使用它，相對于其他EDA 軟件而言，它的功能也是最強(qiáng)大的。Cadence公司在1999 年與OrCAD 公司合并后，更成為世界上最強(qiáng)大的開發(fā)EDA

36、軟件的公司，它的產(chǎn)品OrCAD 世紀(jì)集成版OrCAD 9.2 工作于Windows 與WindowsNT 環(huán)境下，集成了電原理圖繪制、印制電路板設(shè)計、模擬與數(shù)字電路混合仿真及電路優(yōu)化設(shè)計等功能。其軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1-1 所示。SPICE 程序的全名為Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis。顧名思義，它是為了執(zhí)行日益龐大而復(fù)雜的集成電路（Integrated Circuit:

37、 IC）的仿真工作而發(fā)展出來的。最早它是由美國加州柏克萊大學(xué)發(fā)展出雛型，并大力推廣至各校園及企業(yè)中。而后它改進(jìn)規(guī)成為SPICE2標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在世面上的SPICE兼容軟件皆基于SPICE2標(biāo)準(zhǔn)。在目前個人電腦上使用的商用電路仿真軟件中，以PSpice A/D 系列最受大眾歡迎。它是</p><p>　　圖2-1　ORCAD設(shè)計環(huán)境</p><p>　　2.1.1 ORCAD PSPICE的特點(diǎn)

38、</p><p><b>　　1）集成性高</b></p><p>　　在 OrCAD 的集成環(huán)境內(nèi)，從調(diào)用電路繪制程序Capture CIS 在視窗環(huán)境下完成電路圖的制作及分析設(shè)置，到調(diào)用電路仿真程序PSpice 完成仿真與觀測結(jié)果，再到印刷電路板設(shè)計Layout Plus 或可編程邏輯元件設(shè)計Express 整個操作步驟完全一氣呵成，用戶不需要四處切換工作環(huán)境，可

39、以省卻不少麻煩。</p><p>　　2）完整的Probe觀測功能</p><p>　　在觀測仿真結(jié)果方面，OrCAD PSpice提供了一個Probe程序來協(xié)助用戶快速而精準(zhǔn)地觀察電路特性，另外它也提供了軟件測量的功能，可以測量出各式各樣基本與衍生的電路特性數(shù)據(jù)，讓用戶能夠輕易地判斷出電路是否合乎要求。必要時，用戶可以讓PSpice 顯示出一些由記錄數(shù)據(jù)所衍生出來的波形數(shù)據(jù)，譬如波特圖、

40、相位邊限、遲滯圖、上升時間等等。另外，無論是光標(biāo)功能、分割畫面以顯示多個輸出波形、放大或縮小顯示的波形、切換X軸和Y 軸的變量、標(biāo)注文字等等功能，PSpice 均能完成如曲線跟蹤儀(Curve Tracer),示波器（Oscilloscope）、網(wǎng)絡(luò)分析儀（Network Analyzer）、頻譜分析儀（Spectrum Analyzer）、邏輯分析儀(Logic Analyzer)等儀器般的分析功能。而這些功能均可支持鼠標(biāo)操作，十分方

41、便。</p><p>　　3）各種完整的高級仿真功能</p><p>　　除了基本的偏壓點(diǎn)分析（Bias Point Detail）、直流掃描分析（DC Sweep）、交流掃描分析（AC Sweep）、暫態(tài)分析（Transient Analysis）之外，更包含有溫度分析（Temperature Analysis）、參數(shù)分析（Parametric Analysis）、傅立葉分析（Fouri

42、er Analysis）、蒙地卡羅分析（Monte Carlo Analysis）、最差情況分析（Worst Case Analysis）、噪聲分析（Noise Analysis）、性能分析（Performance Analysis）等等更進(jìn)一步的分析工具。</p><p>　　4）模塊化和層次化設(shè)計</p><p>　　隨著電路日益復(fù)雜，電路設(shè)計的方法也趨向于模塊化和層次化。也就是說，先

43、將整體電路依其特性及復(fù)雜度切割成合適的子電路，然后先個別繪制及仿真每一個子電路，待相關(guān)的子電路一一完成后，再將它們組合起來繼續(xù)仿真，最后完成整體電路。OrCAD PSpice 完全提供協(xié)助模塊化和層次化設(shè)計所需的功能。</p><p><b>　　5）模擬行為模型</b></p><p>　　提供了一個簡便的方式去仿真一塊尚未完成或是極復(fù)雜的子電路。用戶可自行定義或使

44、用OrCAD PSpice己經(jīng)內(nèi)建好的模擬行為模型元件，運(yùn)用描述電路特性的方式而不需要以真實(shí)電路來輸入與仿真，如此可大幅精簡仿真的時間及復(fù)雜度。</p><p>　　6）具有模擬和數(shù)字仿真能力</p><p>　　除了傳統(tǒng)的模擬信號仿真之外，OrCAD PSpice A/D 也集成了數(shù)字信號仿真的功能，當(dāng)然它就可以更進(jìn)一步執(zhí)行模擬加數(shù)字的電路仿真了。</p><p>

45、;<b>　　7）元件庫擴(kuò)充功能</b></p><p>　　盡管 OrCAD PSpice A/D 已經(jīng)內(nèi)建了很多常見的電子元件符號及其對應(yīng)模型（大約11300個模擬元件與1600個數(shù)字元件），但是隨著制板技術(shù)的進(jìn)步和新的電子元件不斷地問世，又或者內(nèi)建的元件庫內(nèi)恰好沒有合適的元件，這時我們就可以用元件編輯程序新建或修改現(xiàn)有元件的特性以作出合乎我們要求的新元件[3]。</p>

46、<p>　　2.1.2 啟動Capture環(huán)境</p><p>　　畫面左下方有一個縮小化的Session Log窗口，它是一個負(fù)責(zé)顯示Capture操作流程或是錯誤信息的窗口。目前因?yàn)槲覀冞€未在Capture內(nèi)執(zhí)行任何操作，所以它現(xiàn)在的內(nèi)容應(yīng)該是空白的。由于它的內(nèi)容全是文字信息，所以在必要時也可以將它存檔使用，然后用文字編輯程序觀察其內(nèi)容。</p><p>　　圖2-2　初

47、打開的Capture屏幕畫面</p><p>　　由File\New\Project...功能菜單調(diào)出如圖2-3 所示的New Project 對話框。請如圖2-3 在Name 欄內(nèi)輸入范例項(xiàng)目的名稱“三相逆變電路”，然后在Location 欄內(nèi)輸入本項(xiàng)目要儲存的磁盤文件夾路徑。由于目前我們要建立的是Pspcie A／D 電路圖，所以請?jiān)趫D2-3畫面中的Create a New Project Using欄內(nèi)選擇

48、Analog orMixed-Signal Circuit Wizard選項(xiàng)。</p><p>　　圖2-3　New Project對話框</p><p>　　在圖2-3的New Project 對話框內(nèi)設(shè)置好項(xiàng)目格式、名稱與存放路徑之后，進(jìn)入OrCAD Capture 窗口畫面。單擊電路編輯區(qū)，出現(xiàn)圖2-4右側(cè)所示的繪圖工具欄。如果我們將鼠標(biāo)光標(biāo)在某個工具欄按鈕或控制面板上停留一會兒，將

49、會出現(xiàn)一個簡短的功能描述。</p><p>　　圖2-4　OrCAD Capture窗口畫面</p><p>　　項(xiàng)目管理程序的顯示內(nèi)容</p><p>　　項(xiàng)目管理程序主要負(fù)責(zé)收集并組織項(xiàng)目中全部所有必要的資源。這些資源包含有繪圖頁文件夾、繪圖頁、使用到的元件與元件庫、VHDL文件以及諸如元件清單或網(wǎng)路表等等輸出報告。所以，請不要隨意地由Windows 資源管理器

50、內(nèi)移動或刪除項(xiàng)目內(nèi)所參考到的文件，否則項(xiàng)目管理程序?qū)⒃僖膊荒苷业剿鼈兞?。也就是說，有關(guān)于OrCAD文件的操作最好都在項(xiàng)目管理程序完成，以確保項(xiàng)目結(jié)構(gòu)完無一失。</p><p>　　項(xiàng)目文件的擴(kuò)展名為.OPJ，它是一個ASCII文件，所以也能夠在任何文本編輯程序觀察，當(dāng)然熟練的OrCAD用戶也可以由此調(diào)整項(xiàng)目結(jié)構(gòu)。</p><p>　　由圖2-5中，我們可以看出項(xiàng)目管理程序?qū)㈨?xiàng)目內(nèi)涉及的所有

51、相關(guān)文件以視覺化的圖形顯示出來，并將它們適當(dāng)?shù)胤珠T別類，形成樹狀結(jié)構(gòu)。在樹狀結(jié)構(gòu)的最上層（畫面的最左邊）有三個文件夾，分別是Design Resources 文件夾、Outputs文件夾和PSpice Resources文件夾。</p><p>　　在Design Resources文件夾中又分Asn文件夾、Library文件夾。Asn文件夾為設(shè)計文件夾，主要內(nèi)容是存放繪圖頁文件夾（譬如圖2-5中的Schemat

52、ic1）以及更下層的繪圖頁（譬如圖2-5中的Pagel），而繪圖頁文件就是放置繪制電路的地方；所以說Asn文件夾就是整個設(shè)計電路圖間連接關(guān)系的縮影。另外，Asn文件夾內(nèi)還有一個Design Cache（設(shè)計快取內(nèi)存）文件夾，其內(nèi)容主要是存放所有在繪圖頁內(nèi)使用到的元件。Library文件夾顯示出我們附加在本項(xiàng)目內(nèi)供設(shè)計文件使用的元件庫文件，譬如圖2-5中所顯示的就是Capture默認(rèn)的那四個可仿真元件庫文件。</p><

53、;p>　　Outputs文件夾內(nèi)主要放置一些電路圖后續(xù)處理所產(chǎn)生的輸出文件，譬如DRC文件、網(wǎng)路表（Netlist）文件、元件清單文件等等。</p><p>　　圖2-5　項(xiàng)目管理程序</p><p><b>　　放置一般電路元件</b></p><p>　　由于電路是由元件（含屬性Properties )和元件間的連線(Wire)所組成

54、，所以現(xiàn)在我們將所有會使用到的元件都放到空白繪圖頁上。在選擇元件之前，必須先確定是否己將要所有要用到的元件庫都載入內(nèi)存內(nèi)。選取元件的操作得由Place\Part...功能選項(xiàng)或快捷鍵[Shift+P]說起，這會調(diào)出如圖2-6所示的Place Part 對話框。</p><p>　　圖2-6　Place Part對話框</p><p>　　如果我們要放置一個電阻元件（元件名稱為R）到繪圖頁內(nèi)

55、，首先請?jiān)贚ibraries欄的元件庫列表內(nèi)選好這個元件所在的元件庫文件名，譬如圖2-6中就是選擇了ANALOG元件庫。這時元件列表會顯示出本元件庫內(nèi)所有的元件名稱，我們使用鼠標(biāo)（或【Tab】鍵配合【↑】、【↓】鍵與【Enter】鍵）在此選出適當(dāng)?shù)脑?，在Part:欄內(nèi)會跟著顯示出這個元件的名稱，畫面右下方會出現(xiàn)這個對應(yīng)元件的外觀。</p><p>　　2.1.５ 如何翻轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)元件</p>&l

56、t;p>　　在取出元件符號而尚未放置到繪圖頁（這時元件符號可以隨著鼠標(biāo)移動）的情形下，或是元件已經(jīng)放置在繪圖頁上，請用鼠標(biāo)左鍵在要處理的元件上單擊，元件將會進(jìn)入選取狀態(tài)而出現(xiàn)虛線邊框，此時單擊鼠標(biāo)右鍵調(diào)出快捷功能菜單。選擇Mirror Horizontally選項(xiàng)就可以將元件左右翻轉(zhuǎn)，選擇Mirror Vertically選項(xiàng)就可以將元件上下翻轉(zhuǎn)，選擇Rotate 選項(xiàng)就可以將元件逆時針旋轉(zhuǎn)90°。也可以使用鍵盤來操作，

57、左右翻轉(zhuǎn)可按【H】鍵，上下翻轉(zhuǎn)可按【V】鍵，逆時針旋轉(zhuǎn)可按【R】鍵或【Ctrl+R】鍵。</p><p><b>　　3　電壓型逆變電路</b></p><p>　　直流側(cè)是電壓源的稱為電壓型逆變電路。電壓型逆變電路有以下主要特點(diǎn)[4]：</p><p>　　直流側(cè)電壓基本無脈動，直流回路呈現(xiàn)低阻抗。</p><p>　

58、　由于直流電壓源的鉗位作用，交流側(cè)輸出電壓波形為矩形波，并且與負(fù)載阻抗角無關(guān)。而交流側(cè)輸出電流波形和相位因負(fù)載阻抗情況的不同而不同。</p><p>　　當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)載時需要提供無功功率，為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無功能量提供通道，逆變各臂都并聯(lián)了反饋二極管。</p><p>　　下面分別就單相和三相電壓型逆變電路進(jìn)行討論。</p><p>　　3.1　全橋逆變

59、電路</p><p>　　電壓型全橋逆變電路的原理圖如圖3-1所示，它共有4個橋臂，可以看成由兩個半橋電路組合而成。把橋臂1和橋臂4作為一對，橋臂2和3作為另一對，成對的兩個橋臂同時導(dǎo)通，兩對交替各導(dǎo)通。其輸出電壓的波形和半橋電路的波形形狀相同，也是矩形波，但其幅值高出一倍，=。</p><p>　　圖3-1　單相全橋逆變電路</p><p>　　全橋逆變是單相逆變

60、電路中應(yīng)用最多的。下面對其電壓波形做定量分析。是一個半波對稱的基函數(shù)：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　其中基波的幅值和基波有效值分別為：</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p><b>　?。?-3）</b><

61、/p><p>　　前面分析的都是為正負(fù)電壓各為的脈沖時的情況。在這種情況下，要改變輸出交流電壓的有效值只能通過改變直流電壓來實(shí)現(xiàn)。下面對其工作過程進(jìn)行具體分析。</p><p>　　設(shè)在時刻前和導(dǎo)通，輸出電壓=，時刻和柵極信號反向，截止，而因負(fù)載電感中的電流不能突變，不能立刻導(dǎo)通，導(dǎo)通續(xù)流。因?yàn)楹屯瑫r導(dǎo)通，所以輸出電壓為零。到時刻和柵極信號反向，截止，而不能立刻導(dǎo)通，導(dǎo)通續(xù)流，和構(gòu)成電流通道，

62、輸出電壓為-。到負(fù)載電流過零并開始反向時，和截止，和開始導(dǎo)通，輸出電壓仍為-。時刻和柵極信號再次反向，截止，而不能立刻導(dǎo)通，導(dǎo)通續(xù)流，再次為零。以后的過程和后面類似。這樣，輸出電壓的正負(fù)脈沖寬度就各為θ。改變θ，就可以調(diào)節(jié)輸出電壓。</p><p>　　在純電阻負(fù)載時，采用上述移相方法也可以得到相同的結(jié)果，只是～不再導(dǎo)通，不起續(xù)流作用。在為零的期間，4個橋臂均不導(dǎo)通，負(fù)載也沒有電流。</p><

63、;p>　　負(fù)載電流的波形與負(fù)載性質(zhì)有關(guān)：</p><p>　　純電阻負(fù)載時，電流是與電壓同相的方波，如圖3-2所示。純電阻負(fù)載時，二極管、、、任何時刻都不導(dǎo)電。</p><p>　　純電感負(fù)載時，電流是三角波，如圖3-2所示。在0≤＜期間，當(dāng)為負(fù)值時，二極管導(dǎo)電；當(dāng)為正值時，全控型開關(guān)器件導(dǎo)電。逆變電路中與開關(guān)管反并聯(lián)的二極管都是用于感性負(fù)載時為感性負(fù)載電流提供續(xù)流通道。</p

64、><p>　　圖3-2　單相橋式逆變電路電流波形</p><p>　　改變開關(guān)的門級驅(qū)動信號的頻率，輸出交流電壓的頻率也隨之改變。為保證電路正常工作，和兩個開關(guān)管不應(yīng)同時處于通態(tài)，和兩管不應(yīng)同時處于通態(tài)，否者將出現(xiàn)直流側(cè)短路[5]。</p><p>　　3.2　三相電壓型逆變主電路</p><p>　　三相橋式逆變電路實(shí)際應(yīng)用很廣泛，圖3-3是電

65、壓型橋式逆變電路。同一橋臂上、下上下兩個開關(guān)互補(bǔ)通、斷。電壓型三相橋式逆變電路的基本工作方式也是導(dǎo)電方式，即每個橋臂的導(dǎo)電角度為，同一相上下兩個臂交替導(dǎo)電，各相開始導(dǎo)電的角度依次相差。這樣在任一瞬間，將有三個橋臂同時導(dǎo)通。每次換流都是在同一相上下兩個橋臂之間進(jìn)行的，因此也被稱為縱向換流。</p><p>　　圖3-3　三相電壓型橋式逆變電路</p><p>　　下面分析電壓型三相橋式逆變電

66、路的工作波形。設(shè)負(fù)載中點(diǎn)N與直流電源假想中點(diǎn)N’之間的電壓為，則負(fù)載各相的相電壓分別為：</p><p><b>　　=-</b></p><p><b>　　=-</b></p><p><b>　　=- </b></p><p><b>　?。?-4）</b

67、></p><p>　　=1/3（+ + ）</p><p><b>　　（3-5）</b></p><p>　?。ā埽迹?，、、有驅(qū)動信號。根據(jù)上述分析，負(fù)載電阻上的相電壓、、分別如圖3-4、3-5、3-6所示的階梯波，相位依次相差。</p><p><b>　　圖3-4　導(dǎo)電波形</b>&l

68、t;/p><p><b>　　圖3-5　導(dǎo)電波形</b></p><p><b>　　圖3-6　導(dǎo)電波形</b></p><p>　　負(fù)載參數(shù)已知時，可以由的波形求出a相電流的波形。圖3-7給出的是負(fù)載下的波形。上橋臂1中的從通態(tài)轉(zhuǎn)換到斷態(tài)時，因負(fù)載電感中的電流不能突變，下橋臂3中的先導(dǎo)通續(xù)流，待負(fù)載電流降到零，橋臂3中電流反

69、向時，才開始導(dǎo)通。在＞0時為橋臂1導(dǎo)電的區(qū)間，其中＜0時為導(dǎo)通，</p><p>　　＞0時為導(dǎo)通；＜0時為橋臂3導(dǎo)電的區(qū)間，其中＞0時為導(dǎo)通，</p><p><b>　?。?時為導(dǎo)通。</b></p><p>　　電感=時，電流的工作波形如圖3-7所示：</p><p>　　圖3-7　電流的工作波形</p>

70、;<p>　　電感=時，電流的工作波形如圖3-8所示：</p><p>　　圖3-8　電流的工作波形</p><p>　　由此可以得出：越大時，的變化率越小。因?yàn)榇?lián)電感抑制沖擊電流從而抑制了交流電流的畸變。濾除諧波的作用主要由電感完成，因此電感量越大濾除諧波的效果越好。</p><p>　　在星形電阻負(fù)載下，對三相橋式逆變電路的輸出電壓進(jìn)行定量分析。

71、由圖3-8，等效電阻：</p><p><b>　　=+=</b></p><p><b>　　==</b></p><p><b>　　===</b></p><p><b>　?。?-6）</b></p><p>　　同一個相階

72、梯波，若將時間坐標(biāo)的取在階梯波中點(diǎn)M，縱坐標(biāo)y位于波形的M點(diǎn)上，則該階梯波的瞬時值為：</p><p>　　圖3-8　、、導(dǎo)通等值電路</p><p>　　按圖3-9中依序標(biāo)號的開關(guān)器件，其驅(qū)動信號彼此間相差，每個開關(guān)管的驅(qū)動信號持續(xù)，在任何時刻都有三個開關(guān)管同時導(dǎo)通[6]。</p><p>　　圖3-9　驅(qū)動信號導(dǎo)電波形</p><p>　

73、　4　三相SPWM逆變器</p><p>　　4.1　PWM控制技術(shù)</p><p>　　PWM控制就是對脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)，即通過對一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來等效地獲得所需要波形（含形狀和幅值）。調(diào)制：將一個波形（調(diào)制參考波）信號的有關(guān)信息加到另一個波形上（載波）。PWM控制技術(shù)在逆變電路中的應(yīng)用最為廣泛，對逆變電路的影響也最為深刻。現(xiàn)在大量應(yīng)用的逆變電路中，絕大部分都是PWM型

74、逆變電路?？梢哉fPWM控制技術(shù)正是有賴于在逆變電路中的應(yīng)用，才發(fā)展得比較成熟，才確定了它在電力電子技術(shù)中的重要地位。</p><p>　　4.1.1 PWM控制的基本原理</p><p>　　在采樣控制理論中有一個重要的結(jié)論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同。沖量即窄脈沖的面積。這里所說的效果基本相同，是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。例如圖4-1a、b、c

75、所示的三個窄脈沖形狀不同，其中圖4-1a為矩形脈沖，圖4-1b為三角形脈沖，圖4-1c為正弦波脈沖，但它們的面積（即沖量）都等于1，那么，當(dāng)它們分別加在具有慣性的同一環(huán)節(jié)上時，其輸出響應(yīng)基本相同。當(dāng)窄脈沖變?yōu)閳D4-1d的單位脈沖函數(shù)ξ(t)時,環(huán)節(jié)的響應(yīng)即為該環(huán)節(jié)的脈沖過渡函數(shù)[7]。</p><p>　　圖4-1　形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖</p><p>　　圖4-2a的電路是一個

76、具體的例子。圖中e(t)為電壓窄脈沖，其形狀和面積分別如圖4-1a、b、c、d所示，為電路的輸入。該輸入加在可以看成慣性環(huán)節(jié)的R-L電路上，設(shè)其電流i(t)為電路的輸出。圖4-2b給出了不同窄脈沖時i(t)的響應(yīng)波形。從波形可以看出，在i(t)的上升段，脈沖形狀不同時i(t)的形狀也略有不同，但其下降段則幾乎完全相同。脈沖越窄，各i(t)波形的差異也越小。如果周期性地施加上述脈沖，則響應(yīng)i(t)也是周期性的。</p>&l

77、t;p>　　圖4-2　沖量相同的各種窄脈沖的響應(yīng)波形</p><p>　　上述原理可以稱之為面積等效原理，它是PWM控制技術(shù)的重要理論基礎(chǔ)。</p><p>　　4.2　SPWM控制技術(shù)</p><p>　　下面分析如何用一系列等幅不等寬的脈沖來代替一個正弦波。</p><p>　　把圖4-3a的正弦波分成N等分，就可以把正弦波看成是由

78、N個彼此相連的脈沖序列所組成的波形。這些脈沖寬度相等，都等于，但幅值不等，且脈沖頂部不是水平直線，而是曲線，各脈沖的幅值按正弦規(guī)律變化。如果把上述脈沖序列利用相同數(shù)量的等幅而不等寬的矩形脈沖代替，使矩形脈沖的中點(diǎn)和相應(yīng)正弦波部分的中點(diǎn)重合，且使矩形脈沖和相應(yīng)的正弦波部分面積相等，就得到圖4-3b所示的序列脈沖。</p><p>　　圖4-3　用PWM波代替正弦半波</p><p>　　詳細(xì)

79、的分析結(jié)論是：對開關(guān)器件的通、斷狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時、適式的控制，使多脈波的矩形脈沖電壓寬度按正弦規(guī)律變化時，通過傅里葉分析可以得知，輸出電壓中除基波外僅含有與開關(guān)頻率倍數(shù)相對應(yīng)的某些高次諧波而消除了許多低次諧波，開關(guān)頻率（輸出電壓頻率）越高，脈波數(shù)越多，就能消除更多的低次諧波，使逆變電路的輸出電壓更近似于連續(xù)的正弦波[8]。</p><p>　　如果按同一比例的正弦規(guī)律改變圖4-3b中所有矩形脈波的寬度，則可以成比例地

80、調(diào)控輸出電壓中的基波電壓數(shù)值。這種控制逆變器輸出電壓大小及波形的方法被稱為正弦脈寬調(diào)制SPWM。各種PWM控制策略，特別是正弦脈寬調(diào)制SPWM控制已在逆變技術(shù)中得到廣泛應(yīng)用。</p><p>　　4.3　SPWM逆變電路及其控制方法</p><p>　　PWM控制技術(shù)在逆變電路中的應(yīng)用十分廣泛，目前中小功率的逆變電路幾乎采用了PWM技術(shù)。如果給出了逆變電路的正弦波輸出頻率、幅值和半個周期內(nèi)

81、的脈沖數(shù)，PWM波形中各脈沖的寬度和間隔就可以準(zhǔn)確計算出來。按照計算結(jié)果控制逆變電路中各開關(guān)器件的通斷，就可以得到所需要的PWM波形。這種方法稱之為計算法。</p><p>　　與計算法相對應(yīng)的是調(diào)制法，即把希望輸出的波形作為調(diào)制信號，把接受調(diào)制的信號作為載波，通過信號波的調(diào)制得到所期望的PWM波形。通常采用等要三角波作為載波，因?yàn)榈妊遣ㄉ先我稽c(diǎn)的水平寬度和高度成線性關(guān)系且左右對稱，當(dāng)它與任何一個平緩變化的調(diào)

82、制信號波相交時，如果在交點(diǎn)時刻對電路中開關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制，就可以得到寬度正比于信號波幅值的脈沖，這正好符合PWM控制的要求。在調(diào)制信號為正弦波時，所得到的就是SPWM波形，這種情況應(yīng)用最廣，本文主要介紹這種控制方法。</p><p>　　單相橋式PWM逆變電路</p><p>　　由于實(shí)際中應(yīng)用的主要是調(diào)制法，下面結(jié)合具體電路對這種方法作進(jìn)一步說明。</p><p&

83、gt;　　圖4-4是采用IGBT作為開關(guān)器件的單相橋式PWM逆變電路。設(shè)負(fù)載為阻感負(fù)載，工作時V1和V2通斷狀態(tài)互補(bǔ)，V3和V4的通斷狀態(tài)也互補(bǔ)。具體的控制規(guī)律如下：在輸出電壓的正半周，讓V1保持通態(tài)，V2保持?jǐn)鄳B(tài)，V3和V4交替通斷。由于負(fù)載電流比電壓滯后，因此在電壓正半周，電流有一段區(qū)間為正，一段區(qū)間為負(fù)。在負(fù)載電流為正的區(qū)間，V1和V4導(dǎo)通時，負(fù)載電壓等于直流電壓；V4關(guān)斷時，負(fù)載通過V1和VD3續(xù)流，=0。在負(fù)載電流為負(fù)的區(qū)間，

84、仍為V1和V4導(dǎo)通時。因?yàn)樨?fù)，故實(shí)際上從VD1和VD4流過，仍有=；V4關(guān)斷，V3開通后，從V3和VD1續(xù)流，=0。這樣總可以得到和零兩種電平。</p><p>　　同樣在的負(fù)半周，讓V2保持通態(tài)，V1保持?jǐn)鄳B(tài)，V3和V4交替通斷，負(fù)載電壓可以得到-和零兩種電平。</p><p>　　圖4-4　單相橋式PWM逆變電路</p><p>　　控制V3和V4通斷的方法如圖

85、4-5所示。調(diào)制信號為正弦波，載波在的正半周為正極性的三角波，在的負(fù)半周為負(fù)極性的三角波。在和的交點(diǎn)時刻控制IGBT的通斷。在正半周，V1保持通態(tài)，V2保持?jǐn)鄳B(tài)，當(dāng)＞時使V4導(dǎo)通，V3關(guān)斷，=；當(dāng)＜時使V4關(guān)斷，V3導(dǎo)通，=0。在的負(fù)半周，V1保持?jǐn)鄳B(tài)，V2保持通態(tài)，當(dāng)＜時使V3導(dǎo)通，V4關(guān)斷，=-；當(dāng)＞時使V3關(guān)斷，V4導(dǎo)通，=0。這樣就得到了SPWM波形的。像這種在的半個周期內(nèi)三角載波只在正極性或負(fù)極性一種極性范圍內(nèi)變化，所得到的P

86、WM波形也只在單個極性范圍變化的控制方式稱為單極性PWM控制方式。</p><p>　　圖4-5　單極性PWM控制方式波形</p><p>　　和單極性PWM控制方式相對應(yīng)的是雙極性控制方式。圖4-4的單相橋式逆變電路在采用雙極性控制方式時的波形如圖4-6所示。采用雙極性方式時，在的半個周期內(nèi)，三角載波不再是單極性的，而是有正有負(fù)，所得的PWM波也是有正有負(fù)。在的一個周期內(nèi)，輸出的PWM波

87、只有+和-兩種電平，而不象單極性控制時還有零電平。仍然在調(diào)制信號和載波信號的交點(diǎn)時刻控制各開關(guān)器件的通斷。</p><p>　　在的正負(fù)半周，對各開關(guān)器件的控制規(guī)律相同。即當(dāng)＞時，給V1和V4以導(dǎo)通信號，給V2和V3以關(guān)斷信號，這是如＞0，則V1和V4通，如＜0，則VD1和VD4通，不管哪種情況都是輸出電壓=。當(dāng)＜時，給V2和V3以導(dǎo)通信號，給V1和V4以關(guān)斷信號，這時如＜0，則V2和V3通，如＞0，則VD2和V

88、D3通，不管哪種情況都是=-[9]。</p><p>　　圖4-6　雙極性PWM控制方式波形</p><p>　　三相橋式SPWM型逆變電路</p><p>　　圖4-7是三相橋式SPWM型逆變電路，這種電路都是采用雙極性控制方式。</p><p>　　圖4-7　三相橋式SPWM型逆變電路</p><p>　　圖4-8

89、中三角形高頻載波V1幅值為、頻率為，三相調(diào)制參考信號正弦電壓為V2、V3、V4。</p><p>　　圖4-8　雙極性三角載波及三相調(diào)制參考波的波形</p><p>　　電力電子的驅(qū)動電路是電力電子主電路與控制電路之間的接口，是電力裝置的重要環(huán)節(jié)，對整個裝置的性能有很大的影響。采用性能良好的驅(qū)動電路，可使電力電子器件工作在較理想的開關(guān)狀態(tài)，縮短開關(guān)時間，減小開關(guān)損耗，對裝置的運(yùn)行效率、可靠

90、性和安全性都有重要的意義對器件或整個裝置的一些保護(hù)措施也往往設(shè)在驅(qū)動電路中，或通過驅(qū)動電路實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　驅(qū)動電路的基本任務(wù)：將信息電子電路傳來的信號按控制目標(biāo)的要求，轉(zhuǎn)換為加在電力電子器件控制端和公共端之間，可以使其開通或關(guān)斷的信號。</p><p>　　驅(qū)動電路還要提供控制電路與主電路之間的電氣隔離環(huán)節(jié)。一般采用光隔離或磁隔離。光隔離一般采用光耦合器。光耦合器由發(fā)光二極管和

91、光敏晶體管組成，封裝在一個外殼內(nèi)。內(nèi)部電路如圖4-9所示。</p><p>　　圖4-9　光電耦合器</p><p>　　光電耦合器是一種把紅外光發(fā)射器件和紅外光接受器件以及信號處理電路等封裝在同一管座內(nèi)的器件。當(dāng)輸入電信號加到輸入端發(fā)光器件LED上，LED發(fā)光，光接受器件接受光信號并轉(zhuǎn)換成電信號，然后將電信號直接輸出，或者將電信號放大處理成標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電平輸出，這樣就實(shí)現(xiàn)了“電－光－電”的轉(zhuǎn)

92、換及傳輸，光是傳輸?shù)拿浇?，因而輸入端與輸出端在電氣上是絕緣的，也稱為電隔離。</p><p>　　光電耦合器因?yàn)槠洫?dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，因此在實(shí)際使用過程中，具有以下明顯的優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　能夠有效抑制接地回路的噪聲，消除地干擾，使信號現(xiàn)場與主控制端在電氣上完全隔離，避免了主控制系統(tǒng)受到意外損壞。</p><p>　　體積小，器件多采用雙列直插封裝，具有單通道、

93、雙通道以及多達(dá)八通道等多種結(jié)構(gòu)，使用十分方便。</p><p>　　由于“光”傳輸?shù)膯蜗蛐?，所以信號從光源單向傳輸?shù)焦饨邮掌鲿r不會出現(xiàn)反饋現(xiàn)象，其輸出信號也不會影響輸入端。</p><p>　　圖4-10　運(yùn)算放大器</p><p>　　如果在、端分別同時加輸入電壓-、+，則有：= </p><p><b>　?。?-1）

94、 </b></p><p>　　其中：開環(huán)電壓放大倍數(shù)。這種輸入方式稱為差動輸入，稱為差動輸入電壓。</p><p>　　反相比例器：輸入信號加入反相輸入端，電路如圖4-11所示。</p><p>　　圖4-11　反相比例器</p><p><b>　　解方程：</b></p><p>

95、;　　= -（-）/（+ ）（++）+（-）</p><p><b>　　（4-2）</b></p><p>　　因?yàn)橐话愫艽?，很小，很大。所? -</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　由此可以得出：主電路輸出電壓= -</p><p>　　

96、同一相上下兩個臂交替導(dǎo)電，在任一瞬間，將有三個橋臂同時導(dǎo)通。主電路輸出電壓波形如圖所示：</p><p>　　圖4-12　Vpwm1輸出電壓波形</p><p>　　圖4-13　Vpwm4輸出電壓波形</p><p>　　正弦調(diào)制參考波的幅值與調(diào)制參考波的頻率共同產(chǎn)生三相調(diào)制參考波正弦電壓V2(t)、V3(t)、V4(t)。V2(t)、V3(t)、V4(t)再與頻率

97、和幅值都固定的雙極性三角載波電壓V1(t)相比較產(chǎn)生驅(qū)動信號控制6個全控型開關(guān)器件的通、斷狀態(tài)，從而控制逆變器輸出的三相交流相電壓的瞬時值。</p><p>　　a、b、c三相的PWM控制通常公用一個三角波載波V1，三相的調(diào)制信號V2、V3、V4依次相差。a、b和c各相功率開關(guān)器件的控制規(guī)律相同，先以a相為例來說明。V2＞V1時，給上橋臂以導(dǎo)通信號，給下橋臂以關(guān)斷信號，則a相相對于直流電源假想中點(diǎn)N’的輸出電壓=

98、 /2。當(dāng)V2＜V1時，給以導(dǎo)通信號，給以關(guān)斷信號，則=-/2。和的驅(qū)動信號始終是互補(bǔ)的。當(dāng)給（）加導(dǎo)通信號時，可能是（）導(dǎo)通，也可能是二極管（）續(xù)流導(dǎo)通，這要由阻感負(fù)載中電流的方向來決定，這種和單相橋式PWM型逆變電路在雙極性控制時的情況相同。b相及c相的控制方式都和a相相同[10]。電路的波形如圖所示。</p><p>　　圖4-14　驅(qū)動信號T1的波形</p><p>　　圖4-15

99、　驅(qū)動信號T2的波形</p><p>　　圖4-16　驅(qū)動信號T3的波形</p><p>　　圖4-17　導(dǎo)電波形</p><p>　　圖4-18　導(dǎo)電波形</p><p>　　圖4-19　導(dǎo)電波形</p><p>　　圖4-20　導(dǎo)電波形</p><p>　　圖4-21　電流的工作波形<

100、/p><p>　　圖4-22　電流的工作波形</p><p>　　圖4-8中調(diào)制比= /≤1，則輸出線電壓的基波幅值：</p><p><b>　　===</b></p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　輸出線電壓的基波有效值：</p>

101、<p><b>　　=.==</b></p><p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　所以三相SPWM逆變電路直流電壓利用率/=。輸出電壓基波大小與調(diào)制系數(shù)= /成正比。當(dāng)實(shí)際輸出電壓基波小于指令值時，電壓偏差大于零，電壓調(diào)節(jié)器輸出的增大，值增大，使輸出電壓各脈波加寬，實(shí)際輸出電壓基波增大到給定指令值；反之當(dāng)實(shí)際輸出

102、電壓基波大于指令值時，電壓偏差小于零，減小，值減小，使輸出電壓減到指令值。如果電壓調(diào)節(jié)器為調(diào)節(jié)器，則可使穩(wěn)態(tài)時保持實(shí)際輸出電壓基波等于指令值，即當(dāng)電源電壓改變或負(fù)載改變而引起輸出電壓偏離指令值時，通過電壓閉環(huán)控制可使輸出電壓跟蹤并保持為指令指。</p><p><b>　　5　總結(jié)</b></p><p><b>　　5.1 結(jié)論</b><

103、/p><p>　　本文應(yīng)用PSPICE軟件進(jìn)行了PWM控制電路和逆變器的仿真和分析，通過上述介紹的方法可以分析、評估不同的脈寬調(diào)制技術(shù)和十分方便快捷地獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及各工作點(diǎn)的波形；提供了一個模擬硬件電路的方法，解決了控制電路和主電路的電氣絕緣問題，突破了在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中因?yàn)橛布O(shè)備條件所受的限制，大大提高了實(shí)驗(yàn)的深度和廣度，無論在分析精度、實(shí)驗(yàn)效果等方面都是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法不可比擬的。相對于MATLAB／SIMULINK，P

104、SPICE提供了對復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行電路級的詳細(xì)分析的可能，利用仿真可以使枯燥的電路變得有趣，復(fù)雜的波形變得形象生動，并且不受場地(可以在教室、宿舍)、不受時間(課內(nèi)、課外)的限制，通過教師演示和學(xué)生動手設(shè)計、調(diào)試，不但可以使學(xué)生更好的掌握所學(xué)的知識，同時還大大提高了學(xué)生的動手能力和分析問題、解決問題的能力。</p><p>　　由于目前的變頻器幾乎都采用PWM控制方式，這樣的脈沖調(diào)制形式使得變頻器運(yùn)行時在電源側(cè)產(chǎn)生高

105、次諧波電流，并造成電壓波形畸變，對電源系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重影響。</p><p>　　逆變電路的輸出通常要接LC濾波器，濾除逆變電路輸出電壓中的高次諧波而使負(fù)載電壓接近正弦波。</p><p>　　輸出電壓為定寬方波的缺點(diǎn)是：在直流電壓一定時，輸出電壓的基波大小不可控，且輸出電壓中諧波頻率低、數(shù)值大；直流電源電流脈動頻率低且脈動數(shù)值大。因此為了使負(fù)載獲得良好的輸出電壓波形和減小直流電源電流的脈動，

106、必須采用較大的LC輸出濾波器，這增加了逆變器的重量、體積并可能帶來一些其他問題，而且對輸出電壓、輸入電流波形的改善也很有限。</p><p>　　SPWM控制方式，在輸出電壓的每一個周期中，各開關(guān)器件通、斷轉(zhuǎn)換多次，實(shí)現(xiàn)即可調(diào)節(jié)、控制輸出電壓的大小，又可消除低次諧波改善輸出電壓波形。SPWM波形中所含的諧波主要是角頻率為的諧波。一般情況下，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于，所以PWM波形中所含的主要諧波的頻率要比基波頻率高得多，是很容易

107、濾除的。載波頻率越高，SPWM波形中諧波頻率就越高，所需濾波器體積就越小。改善了逆變電路輸出電壓波形的正弦性并大大減小了所需的LC濾波器。</p><p>　　5.2 三相SPWM逆變器的展望</p><p>　　在高性能全數(shù)字控制的交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)中,通常采用數(shù)字脈寬調(diào)制方法來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的模擬脈寬調(diào)制。然而,數(shù)字脈寬調(diào)制技術(shù)遠(yuǎn)不象傳統(tǒng)的模擬脈寬調(diào)制技術(shù)那樣成熟。綜觀現(xiàn)有的文獻(xiàn),數(shù)字脈寬調(diào)制

108、方法多采用規(guī)則采樣技術(shù)求取三角載波與所希望的調(diào)制函數(shù)相比較的直接數(shù)學(xué)方程式, PWM信號是通過對規(guī)則采樣技術(shù)獲得的數(shù)學(xué)方程式的計算得到的。這種數(shù)字脈寬調(diào)制方法僅僅是對模擬自然采樣的三角波—正弦波SPWM 方法的近似。近年來,一種新的脈寬調(diào)制技術(shù),即空間矢量脈寬調(diào)制SVPWM 技術(shù)在交流驅(qū)動系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用,相應(yīng)的數(shù)字計算方法形成的空間矢量脈寬調(diào)制信號與傳統(tǒng)的三角波—正弦波比較獲得的脈寬調(diào)制SPWM 信號相比,有更多優(yōu)點(diǎn)。</