实验51-DC-AC SPWM单相全桥逆变器电路设计与研究

实验51. DC / AC SPWM单相全桥逆变器电路的设计和研究（信号和系统-自动控制理论-检测技术-电力电子学的综合实验）

首先全桥逆变电路原理图，实验原理

SPWM单相全桥逆变器电路的主要工作原理是依靠四个开关管的通断状态的配合，采用脉冲等效原理，并使用正弦脉冲宽度调制（SPWM）策略将输入的直流电压转换为正弦波电压输出.

SPWM的调制原理是通过每个周期的脉冲数量和每个脉冲宽度输出来调整逆变器输出电压的频率和幅度. 为了使输出电压波形接近于标准正弦波，必须确保在每个时间段的此期间，SPWM电压波均等于正弦电压. 除了要求每个时间段的面积相等之外，每个时间段的电压脉冲宽度也必须非常窄，这需要正弦波形中的大量脉冲. 脉冲数越多，其宽度根据正弦定律变化的不连续多脉冲电压就越相当于正弦电压. 目前，在电力电子控制技术中，SPWM技术应用极为广泛，而SPWM波形的形成一般有自然采样法，常规采样法等. 前者主要用于模拟控制，后者适用于数字控制. 本实验采用DSP控制的单相全桥逆变器电路，采用对称规则采样方法.

对称规则采样的基本思想是使SPWM波的每个脉冲以三角形载波的中心线为轴对称. 因此，每个载波周期中只有一个采样点可以确定两个切换点的时间. 具体的算法是将三角波与正弦波的对称轴的交点相交，并使其平行于时间轴. 平行线与三角波两个腰部的交点用作SPWM波“开”和“关”的时刻.

由于每个三角载波周期只需要采样一次，简化了计算公式，可以根据脉宽计算公式实时计算SPWM波的脉宽时间，可以实现数字控制

图51-1对称正则采样法产生的SPWM波

根据相似的三角形定理，通过图3中的对称规则采样方法产生的SPWM波的脉冲宽度时间T n可以是n. 1个可以分析

是:

（）21s n n T T M

N N

π？=（51-1）其中，M为调制度，T为正弦调制波的周期，N为载频比.

本实验程序采用DSP控制方式，载波频率固定为10KHZ，调制频率为50HZ. 具有死区功能，窄脉冲删除功能. DSP晶体10MHZ，内部4分频，时钟频率为40MHZ，计数周期为25ns. 死区时间为2.4μs. 同时，为了提高开关管的效率，最小删除脉冲宽度被设置为3μs. 单相SPWM波由DSP的PWM1〜4引脚输出. 其中，PWM1、3个引脚设置为高电平有效，PWM2、4个引脚设置为低电平有效.

实验的主要电路图如图51-2所示.

图51-2 SPWM单相全桥逆变器电路

在图51-2所示的SPWM单相全桥逆变器电路中，DC总线电压通过由电阻，二极管和电容器组成的缓冲电路，然后通过滤波电容器进入逆变器. 缓冲电路主要用于防止开关设备在导通和关断过程中产生的瞬时过电压和过电流，消除大的电压和电流变化率，减少开关损耗并确保设备处于安全状态工作区.

由DSP控制电路发出的SPWM控制信号被驱动电路放大，然后驱动逆变器中的四个开关管T1至T4使其交替导通，从而产生交流纹波电压. 由于此交流电压包含许多谐波分量，因此必须最终由标准的正弦波电压通过由L和C组成的滤波电路对逆变器的输出电压进行滤波. 滤波电容器的选择原则是确保输出电压的THD符合要求，并且该值应尽可能小. 选择滤波电感时，应该能够同时抑制低次谐波含量

考虑体积和重量. 在本实验中，电感L可以选择在0.1mH附近，电容器C可以选择在40uF附近.

第二，实验目的

1. 熟悉单相全桥逆变器电路的原理和电路组成.

2. 掌握SPWM波产生的机理和方法.

3. 加深对DSP数字控制技术的了解，学习编写DSP控制程序.

4. 分析了不同负载下SPWM单相全桥逆变器电路的工作状态和波形，并进一步探讨了SPWM波形调制策略对电路输出波形的影响.

三，实验内容

1. 掌握SPWM单相全桥逆变电路及其控制系统的组成原理和具体连接方法.

2. 掌握输出滤波器的设计方法.

3. 学习使用软件编写DSP控制程序并实现调试.

4. 用数字示波器观察并绘制不同负载下SPWM单相全桥逆变器电路的输出波形.

5. 改变SPWM调制策略，观察逆变电路输出电压波形的变化，并分析其影响原因.

四个实验设备

1. 电力电子实验装置: 实验吊箱（A3三相IGBT桥式电路，A7传感器检测电路）；相关实验控制电路板（实验板B05 + B05A）；电源，控制电源；实验盒面包板等.

2. DSP实验开发板和

3. 一速扭矩检测器

4. 计算机及相应的分析软件；数字万用表

五个实验步骤（供参考）

1. 根据SPWM单相全桥逆变器电路图，连接计算机，，DSP实验开发板，控制电路板和主电路（如图51-2所示）.

2. 使用软件打开准备的SPWM程序并运行调整. 打开DSP实验板电源，观察实验板上输出的4个驱动信号是否正常. （确保观察驱动同一桥臂的上下开关管的信号中是否有空载时间，以防止直通）

3. 将稳压器调整为输出DC电压0V. 检查并确保逆变器电路接线正确，并观察并确认控制电路板的驱动信号已发送到每个开关管，以打开主电路电源.

4. 调节电压调节器以逐渐将输入直流电压增加到100V. 当电压上升时，在输出为空载时，使用示波器观察逆变电路输出的电压波形.

5. 更改连接的输出负载的类型，并分别观察电阻性负载和电感性负载下输出电压波形的变化. （注意: 每次更改负载类型时，必须首先将输入电压降低至0V，更改连接的负载，然后重新运行程序，并逐渐增加电压以用于后续实验）

六. 实验报告

1. 画出SPWM单相全桥逆变器电路，并指出输出滤波器的电感和电容的参数.

2. 记录每个开关的驱动信号波形.

3. 画出输入直流电压与输出空载交流电压有效值之间的关系.

4. 输入电压为100V时空载时逆变电路的输出电压波形.

5. 分别用电阻和电感绘制负载下逆变器电路的输出电压波形，并指出负载电阻和电感的大小.

6. 对实验中与理论不同的现象进行分析和总结，并进行讨论.

VII. 实验思维问题

更改采样方法，并使用其他采样算法编写相应的控制程序全桥逆变电路原理图，以获取逆变器电路的输出电压波形. 讨论了不同的SPWM波形调制策略对电路输出波形的影响.

附录

实验板B05（控制板）的电路原理图

实验板B05A的电路原理图（DSP目标板-使用DSP生成控制信号）

实验板B05（控制板）的电路原理图

实验板B05A的电路原理图（DSP目标板-使用DSP生成控制信号）

本文来自电脑杂谈，转载请注明本文网址：
http://www.pc-fly.com/a/tongxinshuyu/article-252225-1.html