1、 武汉理工大学毕业设计（论文） 数字式 SPWM 控制技术研究 学院（系）： 自动化学院 专业班级： 电 气 学生姓名： 指导教师： 副教授 武汉理工大学本科生毕业设计（论文）任务书 学院： 自动化学院 专业班级： 电气 姓名： 学号： 毕业设计（论文）题目： 数字式 SPWM 控制技术研究 任务书含以下方面的内容： （一） 设计（论文）主要内容： 设计一种 50Hz高频逆变器，输入为直流，输出为 220V、 50Hz交流 AC。设计全桥逆变电路，研究逆变控制技术 ，设计 SPWM 控制器，建立系统模型并仿真。重点研究单极性 SPWM 调制技术及双极性 BSPWM 调制技术，利用 MATLAB
2、 仿真研究两种调制技术对逆变器的影响及优缺点比较，重点分析比较输出谐波与转换效率。 （二） 要求完成的主要任务： 1. 完成不少于 2 万印刷符，且与选题有关的英文文献翻译工作； 2. 查阅相关文献资料（论文参考文献不低于中文 13 篇，英文 2 篇）； 3. 撰写开题报告； 4. 掌握单极性 SPWM 调制技术及双极性 BSPWM 调制技术； 5. 根据系统要求，完成逆变器主电路与控制电路的硬件设计，主要器件的选型 6. 完成的控制器的控制策略设计 7. MATLAB 建模并完成系统仿真 8. 绘制图纸 3 张 （三） 进度安排 第 1 周 -第 2 周 收集高频链逆变有关资料，分析 SPW
3、M 调制原理 第 3 周 -第 4 周 设计并比较逆变方案，完成开题报告 第 5 周 -第 10 周 逆变电路设计，相关参数计算 第 11 周 -第 15 周 MATLAB 软件仿真实现，比较两种波形 FFT 并得出结论 第 16 周 -第 17 周 撰写毕业设计报告，完成答辩 （四）必读参考资料及主要参考文献 1林飞 ,杜欣 .电力电子应用技术的 MATLAB 仿真 .北京 :中国电力出版社 ,2008 2林渭勋 .现代电力电子电路 .杭州 :浙江大学出版社 ,2002 3陈坚 .电力电子学 -电力电子变换与控制技术 .北京 :高等教育出版社 ,2002 （五） 其他要求 无 指导教师签名：
4、 年 月 日 系主任签名： 年 月 日 院长签名（章）： 年 月 日 本科生毕业设计（论文） 开题报告 学生姓 名 ： 导师姓名、职 称 ： 、副教授 所属学 院 ： 自动化学院 专业班 级 ： 电气 0906 班 设计（论文）题目 ： 数字式 SPWM 控制技术研究 2013 年 3 月 25 日 开题报告填写要求 1开题报告应根据教师下发的毕业设计（论文）任务书，在教师的指导下由学生独立撰写，在毕业设计开始后两周内完成。 2开题报告内容必须按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）填写并打印（禁止打印在其它纸上后剪贴），完成后应及时交给指导教师审阅。 3“设计的目的及意义”
5、至少 800 字，“基本内容和技术方案”至少 400 字。进度安排应尽可能详细。 4指导教师意见：学生的调研是否充分？基本内容和技术方案是否已明确？是否已经具备开始设计（论文）的条件？能否达到预期的目标？是否同意进入设计（论文）阶段？ 1、 目的及意义（含国内外的研究现状分析） 目前，在许多的领域都运用到了直 -交流逆变电源，这其中包括新能源领域如燃料电池、太阳能电池的直 -交流的变换技术。针对在传统的低频逆变技术中缺点（由于采用的是工频变压器，它体积大、重量大、音频噪声大），有人提出了高频链逆变技术的新概念，该技术利用高频变压器实现了输入与输出的电气隔离，减小了变压器的体积和重量，该系统由一
6、个并联逆变器和 12 个晶闸管组成的周波变换器构成，具有简单的自适应换流、高频电气隔离、独立的有功能量和无功能量控制、固有的四象限工作能 力等优点，但受当时半导体器件的限制，谐振储能电路工作频率局限在 2K-4KHz 范围，未完全体现高频链逆变技术的优越性。近年来，随着功率半导体器件的发展，高频链技术引起人们越来越多的兴趣。高频链逆变技术用高频变压器替代了低频逆变技术中的工频变压器，克服了低频逆变技术的缺点，显著提高了逆变器的符性。高频链逆变技术按功率的传输方向可分为单向型和双向型，按功率变换器的类型分为电压源型和电流源型。现有的高频逆变技术大多属于电压源高频链逆变电路，单向电压源高频链逆变器
7、目前已经用于生产。 PWM 变换器的功率因数高，并且可同 时变频、变压及抑制谐波的作用。因此以 PWM 控制为代表的数字化控制技术迅速发展，并在在电力电子技术领域广泛应用，使得电力电子技术产生了脱胎换骨的变化。目前电力电子设备设计中的研究的热点是电力电子控制技术的高频化和全数字化。使用数字技术实现电力电子器件的控制时，控制器的性能决定了控制系统和整个系统的性能。在场控型自关断器件的不断涌现的同时，相应的高频 SPWM 技术在电机调速中得到了广泛应用。这种 SPWM 的脉冲宽度按正弦规律变化，因此能有效抑制低次谐波，使输出的正弦波的谐波含量容易控制在规定的范围内，而无需采用其他 降低谐波含量的方
8、法。 本论文主要描述的是数字式 SPWM 波形的研究，课题重点研究单极性SPWM 调制技术及双极性 BSPWM 调制技术，并且得到的相关的波形，通过比较两种波形的谐波率，转换效率以及波形质量，来分析两种调制技术优缺点，从而在不同的场合选择合适的调制技术。 2、 研究的基本内容、拟采用的技术方案及措施 本论文主要描述的是数字式 SPWM 波形的研究，课题重点研究单极性SPWM 调制技术及双极性 BSPWM 调制技术，以 50Hz高频链逆变器为研究对象，通过 MATLAB 仿真研究两种调制技术对此种逆变器的影响及优缺点比较。 本设计采用的是桥式高频链逆变器，电路设计主要分为三个部分： DC/DC
9、变换电路，稳压电路和 SPWM 逆变电路。 DC/DC 电路主要完成从直流电源变压到工作电压以及电气隔离，稳压电路主要采用电容电路来消除变压电路中的纹波， SPWM 电路是桥式逆变电路在 SPWM 调制波的触发电路实现的工频交流电的输出，其主电路电路框图模块图如下图 1 所示 图 1 主电路电路框图 逆变电路模型图如下图 2 所示 图 2 逆变电路模型图 仿真利用的是 MATLAB 中的 SIMULINK 仿真，在搭建的逆变电路中分析在单极性 SPWM 和双极型 SPWM 调制得到的波形，并且得到的相关的波形，通过比较两种波形的谐波率，分别进行 FFT 谐波分析，转换效率以及波形质量，来分析两
10、种调制技术优缺点，从而在不同的场合选择合适的调制技术。 3、 进度安排（按周次填写） 直流电压输入 PWM高频逆变 高频变压器 大电容滤波 逆变电路 50Hz正弦输出 SPWM调制电路 第 1 周： 查阅相关资料 ， 分析高频链逆变技术与 SPWM 调制原理 第 2 周： 初步确定方案，完成开题报告 第 3 周： 确定最终方案， 比较并确定最终方案 第 4 周： 做中期报告，学习相关学术论文 第 5 周： 完成 DC/DC 的单元电路设计 第 6 周： 完成 SPWM 调制电路的单元电路设计与整体电路设计 第 7 周： 完成相关参数的选型并就结果做出分析论证 第 8 周： 利用 MTALB/S
11、imulink 完成电路的仿真 第 9 周： 调试仿真电路并且完善电路 第 10 周 ：绘制得出两种调制电路得到的波形 第 11 周： 分析比较输出谐波与转换效率。 第 12 周： 分析 两种调制技术对逆变器的影响及优缺点比较 第 13 周： 撰写论文 第 14 周： 交与指导老师验收认证工作 第 15 周： 论文装订、评阅 第 16 周： 论文答辩 4、阅读的参考文献 1 林飞，杜欣 电力电子应用技术的 MATLAB 仿真 北京 ： 中国电力出版社， 2008 2 林渭勋 现代电力电子电路 杭州 ： 浙江大学出版社， 2002 3 陈坚 电力电子学 -电力电子变换与控制技术 北京 ： 高等教
12、育出版社， 2002 4 王兆安，黄俊 电力电子技术 M 北京 ： 机械工业出版社， 2000 5 贺益康 电力电子技术 北京：科学出版社， 2010 6 张燕宾 SPWM 变频调速应用技术北京：机械工业出版社， 2012 7 张燕宾 变频器应用教程（第 2 版）北京：机械工业出版社， 2011 8 陈国呈 PWM 逆变技术及应用 北京 ： 中国电力出版社， 2007 9 龚纯，王正林 MATLAB 语言常用算法程序集（第 2 版）北京：中国电力出版社， 2007 10 王水平 PWM 控制与驱动器使用指南及应用电路西安：西安电子科技大学出版社， 2005 11 孙向东，钟彦儒 高频链逆变技术
13、发展综述 .西安：西安理工大学， 2010. 12 姜振航 现代逆变技术 .成都：电子科技大学， 2011. 13 何中一 SPWM 逆变器控制技术研究 .南京：南京航空航天大学， 2005. 14 William Menke ， Joshua Menke. Environmental Data Analysis with MatLab America： McGraw-Hill Professional， 2011 15 Amos Gilat Numerical Methods with MATLAB America： John Wiley & Sons， 2011 5指导教师意见 指导教师签
14、名： _ 年 月 日 目 录 摘 要 .I Abstract.II 第 1 章 绪论 .1 1.1 课题研究意义 .1 1.2 国内外研究现状 .2 1.3 主要研究内容 .3 第 2 章 逆变电路方案设计 .5 2.1 逆变电路整体方案 .5 2.2 SPWM 脉宽调制技术分析 .7 2.2.1 单极性 SPWM 逆变电路分析 .9 2.2.2 双极性 SPWM 逆变电路分析 .9 2.3 SPWM 波形脉宽计算 .10 第 3 章 逆变电路参数计算 .14 3.1 输入电源参数计算 .14 3.2 逆变电路开关器件选型 .14 3.3 缓冲电路参数计算 .16 3.4 输出滤波参数计算 .17 第 4 章 电路建模与控制仿真 .20 4.1 SIMULINK 软件介绍 .20 4.2 逆变电路仿真电路 .20 4.3 PI 参数计算 .23 第 5 章 试验结果与对比分析 .27 5.1 波形失真度对比分析 .27 5.2 效率对比分析 .32 5.2.1 开关管损耗 .32 5.2.2 损耗输出结果比较 .36 5.3 综合比较分析 .39 结束语 .40 参考文献 .41 附 录 .42 致 谢 .43
