设计和实现基于载波的正弦脉宽调制逆变器

Pankaj H Zope¹,普拉文·G.Bhangale²,Prashant Sonare³,年代。R.Suralkar⁴

学院电子系和telecommcommunication名为SSBT COET, Bhambhori, Jalgaon(硕士)
PG电子系的学生和电信名为SSBT COET, Bhambhori Jalgaon(硕士)

文摘

SPWM正弦或脉冲宽度调制广泛用于电力电子数字化电源,这样可以生成的电压脉冲序列的打开和关闭电源开关。脉宽调制逆变器电力电子的主要选择了几十年,因为它的电路简单,崎岖的控制方案SPWM开关技术是常用的工业应用变频调速技术的特点是恒定振幅脉冲为每个时期不同的工作周期。这个脉冲的宽度调制获得逆变器输出电压控制和减少其谐波含量。正弦脉冲宽度调制或变频调速电动机的主要使用的方法控制和逆变器应用程序。在这个发展一个单极和双极型SPWM电压调制类型被选中,因为这种方法提供的优势有效两倍电压逆变器的开关频率,从而使输出滤波器更小、更便宜和更容易实现。一般来说,产生这个信号,三角波作为载波信号与正弦波相比,其频率是所需的频率。摘要单相逆变器及其工作原理进行了详细分析。概念的脉冲宽度调制(PWM)逆变器描述与分析扩展到不同的脉宽调制策略。最后的仿真结果单相逆变器(单相)使用PWM策略提出了描述[1],[2],[3]。正弦脉冲宽度调制指数Term-Modulation,单极、双极

索引词

正弦脉冲宽度调制,调制单极、双极

介绍

直粱转换器,也称为变频器、直流电源转换为交流电源在期望的输出电压和频率。直流电源输入到逆变器获得从现有的供电网络或从一个旋转发电机通过整流器或电池,燃料电池,光伏阵列或磁水动力发电机。滤波电容器在逆变器的输入终端提供一个恒定的直流环节电压。因此,逆变器是一种变频调速电压源。的配置ac dc转换器和直流到交流逆变器称为直流环节转换器。[2]逆变器大致可分为两种类型,电压源和电流源逆变器。voltage-fed逆变器(VFI)或更一般的电压源逆变器(VSI)是一个直流源阻抗很小或忽略不计。输入终端的电压是恒定的。电流源逆变器(CSI)是用可调电流从直流源的高阻抗恒定直流源[2]。电压源逆变器采用晶闸管作为开关,某种类型的强制换向是必需的,而使用vsi由矩形脉冲断开,功率晶体管,功率mosfet和igbt,自我整流与基地或门驱动信号控制接通和断开。 A standard single-phase voltage or current source inverter can be in the half-bridge or fullbridge configuration. The single-phase units can be joined to have three-phase multiphase topologies. Some industrial applications of inverters are for adjustable-speed ac drives, induction heating, standby aircraft power supplies, UPS (uninterruptible power supplies) for computers, HVDC transmission lines, etc [1],[8].

本文被组织为:在节中,我解释了基本逆变器类型。第二部分包括简单不同的PWM技术。第三节解释SPWM技术。在sectionIV解释实现结果和模拟结果只有单相电压开关固定调制指数(m = 0.6)

一个。逆变器(介绍)

一种设备,将直流电源转换为交流电源在期望的输出电压和频率称为逆变器。阶段控制转换器操作时逆变器模式被称为整流逆变器。但是线整流逆变器需要在输出终端现有AC供应用于交换。这意味着线整流逆变器不能函数作为孤立的交流电压源或变频发电机与直流电源输入。因此,电压水平、频率和波形在交流方面的整流逆变器不能被改变。另一方面,力整流逆变器提供一个独立的可调电压和交流输出电压可调频率,因此有更广泛的应用。[13]

逆变器可以大致分为两种类型根据他们的操作:

电压源逆变器(VSI)

电流源逆变器(CSI)

电压源逆变器是一个直流源阻抗很小或忽略不计。换句话说VSI僵硬的直流电压源的输入终端。与可调电流源逆变器输入电流从一个直流源的高阻抗,即;从一个僵硬的直流电流源。CSI用僵硬的电流源,输出电流波不受负载的影响。从观点的连接半导体设备,逆变器被归类为[1],[2]

桥式逆变器

系列逆变器

并联逆变器

桥逆变器分为

半桥

全桥

单相逆变器的全桥拓扑,如图1所示的四个开关设备,其中两个每条腿。全桥逆变器可以产生一个输出功率的两倍半桥逆变器的输入电压。S PWM开关方案在本节中,讨论了提高逆变器的特点。目标是增加一个零序电压的调制信号以这样一种方式以确保夹紧装置的正面或负面直流铁路;的过程中电压增益的提高,导致增加负载基本电压,减少总电流失真和提高负载功率因数。在图1中,顶部设备分配给被11和年代21时设备底部12和年代22日变换器的电压方程给出以下方程。[1]

电压范和Vbn A和B的输出电压阶段任意点n, Vno是中立点n和中点之间的直流电压源。设备的开关函数可以用傅里叶级数近似等于1/2 * M。相比,M是调制信号与三角波形收益率开关脉冲从Equations1因此,2和3的表情调制信号了吗

公式4和5给的一般表达式为单相直粱调制信号转换器。在文献中提供的各种类型的调制方案可以从这些方程获得使用适当的定义范,Vbn vno [1]

研究方法(不同的单相逆变器的PWM技术)

答:单脉冲宽度调制

在这种控制,每半周期只有一个脉冲,脉冲的宽度变化来控制逆变器的输出。产生的控制信号通过比较一个矩形参考信号的振幅Ar与三角载波的振幅Ac,载波的频率决定了输出电压的基频。从0到交流不同的基于“增大化现实”技术,脉冲宽度可以多种多样,从0到100%。基于“增大化现实”技术比Ac是控制变量和定义为调制指数。[1],[2],[5]。

多个脉冲宽度调制

谐波含量可以减少使用几个脉冲在每半个周期输出电压。生成控制信号开关晶体管通过比较参考与三角载波信号。频率Fc,决定了每半个周期的脉冲数。调制指数控制输出电压。这种类型的灯也被称为均匀脉冲宽度调制(UPWM)。[1], [2]。

c .正弦脉宽调制(SPWM)

代替,维护所有脉冲的宽度一样在多个脉冲宽度调制的情况下,每个脉冲的宽度不同比例的振幅的正弦波评估中心相同的脉冲。失真度和低阶谐波明显减少。产生的控制信号通过比较一个正弦参考信号与三角载波频率Fc。参考信号的频率Fr,决定逆变器的输出频率和峰值振幅Ar,控制调制指数M, Vrms输出电压签证官。每半周期脉冲的数量取决于载波频率。[1],[13]。

使用PWM逆变器开关技术通常是恒定的直流输入电压大小。逆变器的工作是把这个输入和输出交流电压的大小和频率可以控制。有许多不同的方式可以实现脉冲宽度调制形状输出交流电源。一个共同的技术正弦- PWM将解释道。为了输出一个特定频率的正弦波形正弦控制信号在特定频率比三角波形(见图2)。然后逆变器使用三角波的频率的开关频率。这通常是保持不变[8],[9],[6]。

vtri三角波形,在开关频率f;这个频率控制的速度和逆变器开关是关闭的。vcontrol控制信号,用于调节开关占空比和频率f1。这是基本频率逆变器的电压输出。由于逆变器的输出是开关频率的影响,它将包含在开关频率谐波。的责任周期的一个逆变器开关被称为调幅比率,马。

图2 -期望的频率比三角波形

图3 -脉冲宽度调制(PWM)

在图3开关Ta +和Ta -控制基于vcontrol的比较和Vtri(见方程3)。这两个开关是从来没有在同一时间之间的输出电压波动导致+ / - Vd / 2。[1], [7], [13]。

SPWM开关技术

答:PWM双电压切换

b与单相PWM电压切换

一个。变频调速双切换:

基本思想产生双相电压PWM开关信号图4所示。它由比较器的参考电压波形之间的用于比较虚拟现实与三角载波信号Vc生产双相开关信号。如果这个方案应用于整个桥单相逆变器图所示,所有的开关S11 S21、S12 S22同时开启和关闭。腿的输出是大小相等,方向相反的输出腿b [3]

输出电压是由参考信号相比,虚拟现实和三角载波信号,Vc。

图4双PWM发生器

在这个方案对角的晶体管年代11日S21、和S12, S22同时开启或关闭的。腿的输出是大小相等,方向相反的输出腿b的输出电压控制信号,通过比较确定虚拟现实和三角信号,Vc如图5所示的开关脉冲的装置,和切换模式和输出waveformis如下。[2],[8]。

图5:变频调速双电压转换(a)对比参考波形和三角波形(b)选通脉冲S1和S2和S3 S4 (c)门控脉冲输出波形(d)

b .变频调速与单极开关:

在这个方案中,三角载波波形与两个参考信号是积极的和消极的信号。的基本思想与单极产生SPWM电压切换图6所示。双极型变频调速发电机之间的不同是,发电机使用另一个比较器逆参考波形−Vr之间的比较。比较这两个信号的过程生产单相电压开关信号。切换模式和输出波形如下图7所示。在单相电压切换0和直流输出电压开关之间,或切换事件是减半的从2直流到直流单极情况。有效的切换频率被负载增加了一倍,电压脉冲幅度减半。因此,输出电压波形的谐波含量减少而双极开关。在单相电压切换方案,显著的谐波的振幅和它的显然是低得多调制指数因此过滤容易,和其规模小得多的。在0和−Vdc之间。 This is in contrast to the bipolar switching strategy in which the output swings between Vdc and −Vdc. As a result, the change in output voltage at each.[2], [6],[8]

图6单相PWM发生器

图7为SPWM波形与单相电压切换
(一)对比参考波形和三角波形
(b)选通脉冲S1和S4 (c)选通脉冲S2和S3
(d)输出波形

在这个方案中,一条腿的设备开启或关闭的比较的基础上用高频三角波调制信号虚拟现实。另一条腿的设备开启或关闭的调制信号的比较——虚拟现实与高频三角波相同。[2],[8]。

背后的逻辑切换装置的腿连接“a”了,

在单极开关方案之间的输出电压水平变化0到Vd或从0到+ Vd。这个方案“有效”的效果翻倍开关频率作为输出谐波而言,相比双极-切换方案[1],[2],[3],[12]。

结果

这里我们设计和测试单相电压切换和还在matlab模拟。看看的开关脉冲。

图8为单相电压切换实验装置

Fig.9单极开关脉冲电压的实验结果

Fig.10 ffunipolar电压开关ing的MATLAB仿真模型

Fig.11Simulated单极开关脉冲电压的结果

结论

介绍了单相SPWM microcontroller-based 300 va逆变器设计和测试固定调制指数0.6和单相电压切换。它给不同的结果为不同的电阻负载的电流和电压。发现它给最大效率为80 w负载高达89%。在MATLAB和模拟这个单极开关模型。为了实现更好的性能,一些改进(如改变调制指数)正在和工作正在进行中。

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