隨著(zhù)電力電子技術(shù)的發(fā)展，逆變器的應用已深入到各個(gè)領(lǐng)域，一般均要求逆變器具有高質(zhì)量的輸出波形。逆變器輸出波形質(zhì)量主要包括兩個(gè)方面，即穩態(tài)精度和動(dòng)態(tài)性能。因此，研究既具有結構和控制簡(jiǎn)單，又具有優(yōu)良動(dòng)、靜態(tài)性能的逆變器控制方案，一直是電力電子領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。
隨著(zhù)國民經(jīng)濟的高速發(fā)展和國內外能源供應的緊張，電能的開(kāi)發(fā)和利用顯得更為重要。目前，國內外都在大力開(kāi)發(fā)新能源，如太陽(yáng)能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、潮汐發(fā)電等。一般情況下，這些新型發(fā)電裝置輸出不穩定的直流電，不能直接提供給需要交流電的用戶(hù)使用。為此，需要將直流電變換成交流電，需要時(shí)可并入市電電網(wǎng)。這種DC- AC變換需要逆變技術(shù)來(lái)完成。因此，逆變技術(shù)在新能源的開(kāi)發(fā)和利用領(lǐng)域有著(zhù)重要的地位。
脈寬調制逆變技術(shù)
1、PWM的基本原理
1. 1、PWM（ Pulse Width Modulat ion）脈寬調制型逆變電路定義：是靠改變脈沖寬度來(lái)控制輸出電壓，通過(guò)改變調制周期來(lái)控制其輸出頻率的電路。
1. 2、脈寬調制的分類(lèi)：
1、以調制脈沖的極性分，可分為單極性調制和雙極性調制兩種；
2、以載頻信號與參考信號頻率之間的關(guān)系分，可分為同步調制和異步調制兩種。
1. 3、（ PWM）逆變電路的特點(diǎn)：可以得到相當接近正弦波的輸出電壓和電流，所以也稱(chēng)為正弦波脈寬調制SPWM（ Sinuso idal PWM） .
1. 4、SPWM控制方式：就是對逆變電路開(kāi)關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制，使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不等的脈沖，用這些脈沖來(lái)代替正弦波所需要的波形。按一定的規則對各脈沖的寬度進(jìn)行調制，既可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可改變輸出頻率。
2、PWM電路的調制控制方式
2. 1、載波比的定義：在PWM變頻電路中，載波頻率f c與調制信號頻率f r之比稱(chēng)為載波比，即N= f c/ ff.
2. 2、PWM逆變電路的控制方式：根據載波和調制信號波是否同步，有異步調制和同步調制兩種控制方式：一、異步調制控制方式。當載波比不是3的整數倍時(shí)，載波與調制信號波就存在不同步的調制。二、同步調制控制方式。在三相逆變電路中當載波比為3的整數倍時(shí)，載波與調制信號波能同步調制。
主電路的設計
本設計采用AC– DC– AC方案。采用SPWM調制方式。圖1為系統主電路和控制電路框圖。交流輸入電壓經(jīng)過(guò)不控整流后得到一個(gè)直流電壓，再經(jīng)過(guò)全橋逆變電路得到交流輸出電壓。為保證系統可靠運行，防止主電路對控制電路的干擾，采用主、控電路完全隔離的方法，即驅動(dòng)信號用光耦隔離，反饋信號用變壓器隔離，輔助電源用變壓器隔離。
1、整流電路的設計
本設計運用的是三相橋式不可控整流電路。在交-直-交變頻器、不間斷電源、開(kāi)關(guān)電源等應用場(chǎng)合中，大都采用不可控整流電路經(jīng)電容濾波后提供直接電源，供后級的變換器、逆變器等使用。由于電路中的電力電子器件采用整流二極管，故也稱(chēng)這類(lèi)電路為二極管整流電路。其電路圖如下所示：
圖2三相橋式不可控整流電路
經(jīng)計算二極管應選擇HFA70NH60額定電壓600V，額定電流70A （快恢復型）。
2、逆變電路的設計
逆變與整流相對應，是將直流電變成交流電。交流側接電網(wǎng)，為有源逆變。交流側接負載，為無(wú)源逆變。
本設計逆變電路采用電壓型三相橋式逆變電路，其原理圖如圖3所示。
圖3電壓型三相全橋式逆變器結構圖
逆變電路中的開(kāi)關(guān)器件均選用全控型器件——IGBT.IGBT是MOSFET與GTR的復合器件，因此它具有工作速度快、輸入阻抗大、驅動(dòng)電路簡(jiǎn)單、控制電路簡(jiǎn)單、工作頻率較高、元件容量大等多項優(yōu)點(diǎn)。
本設計中所選IGBT管額定電壓為600V，額定電流約為20A，所以，應選取六只600V，20A的IGBT管。IGBT管型號為：IRGBC40F額定電壓600V，額定電流27A .
逆變電路中，6個(gè)二極管有限制過(guò)電壓的作用，對IGBT管進(jìn)行保護。由于二極管和IGBT管的電壓和電流幾乎相等。所以選取二極管的型號為：HFA 70NH60額定電壓600V，額定電流70A（快恢復型） .
3、輸出濾波電路設計
LC濾波器的-般形式是一個(gè)由LC組成的無(wú)源網(wǎng)絡(luò )，其工作原理是串聯(lián)的LC電路在基頻下呈串聯(lián)諧振狀態(tài)。在理想狀態(tài)下，對基波不產(chǎn)生壓降，對高次諧波則是高阻抗，抑制高次諧波電流。
經(jīng)計算，取電感的電感值為：L2= 0. 48mH取電容的電容值為：C2= 664uF
4、驅動(dòng)電路的設計
驅動(dòng)電路是將控制電路產(chǎn)生的PWM信號加以隔離、放大，形成驅動(dòng)各開(kāi)關(guān)器件開(kāi)關(guān)動(dòng)作信號的電路。它將邏輯電平的控制電路與可驅動(dòng)6個(gè)IGBT的高/低側開(kāi)關(guān)電路相連接。由于驅動(dòng)電路的選取因開(kāi)關(guān)器件的不同而異，而本課題選用的開(kāi)關(guān)器件是IGBT，它是電壓驅動(dòng)型開(kāi)關(guān)器件，所以我們選擇了美國IR （ Internat io nal Rect ifier ）公司生產(chǎn)的型號為IR2130的6路快速I(mǎi)GBT驅動(dòng)芯片。
IR2130的外部電路圖如圖4所示，圖中C25為電源濾波電容，C24為過(guò)流檢測電容，其大小直接影響著(zhù)保護是否靈敏，選擇不當將導致IGBT沖出安全工作區而損壞。C21，C22，C23為逆變器上橋臂產(chǎn)生懸浮電源的自舉電容，它們影響著(zhù)這三只功率管的正常工作。R27~R30，P2為過(guò)流檢測電阻，只要改變P2的大小，就可調接電流保護值的大小。R21~R26為IGBT的柵極電阻。D1~D6選用快恢復二極管。
5、控制電路設計
控制電路采用集成脈寬調制電路芯片SG3524.SG3524與正弦函數發(fā)生芯ICL8038連接來(lái)產(chǎn)生SPWM波，控制全橋逆變電路。
按照SG3524的工作原理，要得到SPWM波，必須得到一個(gè)正弦波，將它加到SG3524內部，并與鋸齒波比較，就可得到正弦脈寬調制波。
如圖5示正弦波電壓由函數發(fā)生器ICL8038產(chǎn)生。正弦波的頻率由R2、R3和C1來(lái)決定，1. 15/ （ R2+R3 ） C1，為了調試方便，我們將R2、R3都用可調電阻，R1是用來(lái)調整正弦波失真度用的。當時(shí)f= 50Hz，R2+ R3= 10kΩ，其中C1= 2. 2uF.正弦PWM波ue信號產(chǎn)生后，輸入到SG3524的1號腳，正弦波和鋸齒波在SG3524內部的比較器進(jìn)行比較產(chǎn)生SPWM波。
總結
本文主要實(shí)現了三相PWM逆變器主電路設計，包括整流電路、濾波電路、逆變器、驅動(dòng)電路和控制電路設計，完成了相關(guān)器件的選型，基本實(shí)現了AC- DC- AC轉換功能。
