基于H桥及SPWM调制的大功率交流恒流源研究
一种基于PWM控制的H桥功率驱动器的设计
ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｂｏｏｔｓｔｒａｐ ｒｉｓｅ ｔｉｍｅ ａｎｄ ｂｉｓｔａｂｌｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｃｉｒｃｕｉｔ ａｒｅ ｔｈｅ
ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅ ｉｄｅａｓ ｉｎ ｔｈｉｓ ｔｈｅｓｉｓ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｕｓｉｎｇ ＥＤＡ ｓｏｆｔｗａｒｅ，ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｏｔａｌ
Ｔｈｅ ｅｍｅｒｇｅｎｃｅ ｏｆ ＳＰＩＣ ｓｈｏｗｓ ａ ｇｒｅａｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ ｔｏ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，ｔｈｅ
ｄｅｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｃｏｓｔ，ｗｅｉｇｈｔ ａｎｄ ｖｏｌｕｍｅ，ａｎｄ ｔｏ ｔｈｅ ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｉｎｉａｔｕｒｉｚａｔｉｏｎ，
ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｃｉｒｃｕｉｔ ｇｅｎｅｒａｔｅｓ ｗａｒｎｉｎｇ ａｎｄ ｓｈｕｔｏｆｆ ｓｉｇｎａｌｓ ｉｎ １４５℃ａｎｄ １７０＂Ｃ．
ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ａｎｄ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｓｐｅｅｄ ｃａｎ ｂｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｌｅｓｓ ｔｈａｎ ２。Ｃ，ａｎｄ ａ ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ
本文首先从系统的角度出发，对电路进行总体设计，确定了电路的功能模块 及模块之间的功能衔接。接着，根据项目的性能指标要求，详细设计并分析了本 电路中的电荷泵电路、自举电路、过温保护电路、电流取样电路四个功能模块及 ＰｗＭ速度反馈控制应用电路。这是本文的重点所在。其中的电荷泵上升时间数 学归纳分析法、自举电路上升时间微分分析法和双稳态过温保护电路是本文的创 新点。最后，本文在厂方提供的模型基础上利用ＥＤＡ软件对各个子电路及整体 电路进行了仿真，确保设计的电路能满足性能指标要求，并给出了仿真结果。
１）输出电流和电压范围，它决定着电路能驱动多大功率的电机。 ２）效率，高的效率不仅意味着节省电源，也会减少驱动电路的发热。要 提高电路的效率，可以从保证功率器件的开关工作状态和防止共态导通（Ｈ桥 或推挽电路可能出现的一个问题，即两个功率器件同时导通使电源短路）入手。 ３）对控制输入端的影响。功率电路对其输入端应有良好的信号隔离，防 止有高电压大电流进入主控电路，这可以用高的输入阻抗或者光电耦合器实现 隔离。 ４）对电源的影响。共态导通可以引起电源电压的瞬间下降造成高频电源 污染；大的电流可能导致地线电位浮动。 ５）可靠性。电机驱动电路应避免过温、过流、过欠压等极端情况的发生。
基于单片机的SPWM逆变电源设计.ppt
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总结
本次毕业论文设计：基于单片机的SPWM的逆变电源的设计，已经基 本完成。 本文所做的主要工作如下： n 阐述了逆变器的国内外研究的现状及研究的意义； n 明确设计任务，结合现有实际条件，确立自己的设计方案； n 对自己确立的方案进行硬件实现，先分模块进行设计（包括系统主电 路、采样电路、A/D转换电路、单片机控制电路、SPWM产生芯片 SA4828电路、驱动电路、系统保护电路），再整合各个子模块，完 成系统的硬件电路图，并用proteus绘制出整个系统总体电路图。 n 基于系统的硬件条件，进行系统软件设计（包括系统主程序、采样子 程序、滤波子程序、PI子程序、写控制字子程序、中断子程序），并 对各个部分进行分析。
本设计的主要研究内容
掌握51单片机及SPWM调制的有关知识； 设计系统的总体设计方案； 设计系统的硬件电路，包括单片机控制电路设计，TLP250驱动电路的 设计，滤波电路设计，逆变桥电路设计，系统保护电路设计； 设计系统的程序流程；
1 系统的总体设计方案
系统总体框图
系统的工作原理
谢谢
逆变电源的发展是和电力电子器件的发展联系在一起的，电力电 子器件的发展带动着逆变电源的发展。 逆变电源出现于电力电子技 术飞速发展的20世纪60年代，到日前为止，它已经历了三个发展阶段 。
第一代逆变电源是采用晶闸管(SCR)作为逆变器的开关器件，第 二代逆变电源是采用自关断器件作为逆变器的开关器件。第三代逆变 电源采用了实时反馈控制技术，使逆变电源的性能得到提高。
系统保护电路
开始
复位
SA4828
写初始化数据
写控制字数据
U(n-1)置初值
E(n-1)置
0
Y 报警标志为 1 N 置报警标志为 1 Y 过压、欠压、过流、过热
级联H桥多电平逆变器调制技术的仿真研究
级联H桥多电平逆变器调制技术的仿真研究毕业设计(论文)诚信声明本人郑重声明:所呈交的毕业设计(论文)是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
就我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表和撰写的研究成果，也不包含为获得华东交通大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。
如在文中涉及抄袭或剽窃行为，本人愿承担由此而造成的一切后果及责任。
本人签名____________导师签名__________年月日华东交通大学毕业设计(论文)任务书学毕业届专XX XXXX XX XXXXX 姓名号别业毕业设计(论文)题级联H桥多电平逆变器调制技术的仿真研究目指导教学 XXX XX XXX 职称师历具体要求:随着电气传动技术,尤其是变频调速技术的发展,作为大容量的高压变频调速技术得到了广泛的应用。
目前高压变频器的电路拓扑结构种类较多，相应的开关功率器件容量也越来越大，其主要有以下4种基本的拓扑结构:?H桥级联式(Cascaded H-bridge，CHB);?电容箝位式(Capacitor-Clamped);?二极管箝位式(Diode-Clamped);?飞跨电容嵌位式 (Flying-Capacitors)。
由于CHB逆变器具有很低的谐波失真和dv/dt，而且不需要功率器件间的串联，就可以得到很高的工作电压，它的模块化结构还可以降低生产成本，所以CHB逆变器在高功率大容量变频以及电力系统中的柔性输配电(FACTS)领域都得到了大量的应用。
本课题要求学生了解H桥级联7电平逆变器拓扑及CHB逆变器常用的调制方式:相位移位调制(Phase Shifted Modulation)和电压移位调制(Voltage Shifted Modulation)，在对CHB 逆变器进行深入了解之后，通过Matlab/Simulink/Powersystem仿真软件对三次谐波注入的 CHB逆变器调制方法进行仿真研究，并把这中方法和不采用三次谐波注入的正弦波调制技术进行分析比较，从而得到一些具有一定理论价值的结论。
一种单相级联H桥整流器SVPWM及其电容电压平衡控制方法
一种单相级联H桥整流器SVPWM及其电容电压平衡控制方法王顺亮;宋文胜;冯晓云【摘要】为了满足高速列车轻量化、高速化的发展需求,以多电平变流器为核心的电力电子变压器取代笨重的工频牵引变压器成为当前电力牵引传动系统领域的研究热点.本文以电力电子变压器的牵引传动系统前端级联H桥整流器(CHBR)为研究对象,提出了一种适用于单相任意单元数级联H桥变流器的通用空间矢量脉宽调制(SVPWM)方法.并给出了各个基本矢量作用时间的计算方法,通过优化矢量作用顺序,使得该调制算法引起的网侧电流畸变较小,各功率器件开关切换次数一致,并且该调制算法本身不会引起直流侧电容电压不平衡.针对其他原因引起的电容电压不平衡问题,提出了一种基于叠加补偿分量调节冗余基本矢量作用时间的SVPWM方法,使得该调制方法具有电容电压平衡能力.计算机仿真和半实物实验都验证了该算法的可行性及直流侧电容电压平衡控制的有效性.【期刊名称】《铁道学报》【年(卷),期】2016(038)007【总页数】8页(P26-33)【关键词】级联H桥整流器;单相;SVPWM;电容电压平衡控制;补偿分量【作者】王顺亮;宋文胜;冯晓云【作者单位】西南交通大学电气工程学院,四川成都610031;西南交通大学电气工程学院,四川成都610031;西南交通大学电气工程学院,四川成都610031;西南交通大学牵引动力国家重点实验室,四川成都610031【正文语种】中文【中图分类】TM46近年来，虽然高速铁路技术在国内外都取得了飞速的发展，但客运列车的进一步提速仍面临着众多挑战。
其轻量化是高速列车发展与进一步提速的关键技术之一，车载电气化设备的轻量化是高速列车轻量化技术研究的一个重要方面。
高速列车的轻量化要求与工频牵引变压器的笨重、体积庞大间的矛盾尤为突出[1-2]。
无工频牵引变压器技术是随着高速铁路小型轻量化要求提出的，需采用以多电平变流器为核心的电力电子变压器技术。
2011年ABB公司研制出1.2 MW世界首辆电力电子变压器交流传动机车，其不但降低了重量和体积，提高了功率密度和效率，而且能获得更好的电能质量以降低对牵引供电网的影响[2-3]。
一种大功率交流恒流源的设计
电气传动2021年第51卷第23期摘要：针对某些低压电气设备需要对特定电流的热效应进行严格测试的需求，设计了一种具有多种运行模式的大功率交流恒流源装置。
该恒流源装置采用多组逆变H 桥共直流母线的电路拓扑，以矢量控制作为核心算法，根据不同的测试需求，可选择不同的运行模式，包括单相独立运行模式、单相并联运行模式以及三相运行模式。
经过实验验证，所提出的具有多种运行模式的恒流源完全可以满足不同种类低压电气设备的测试需求，并且基于矢量控制理论的控制策略使该恒流源装置实现可靠高效运行，获得了低谐波、高精度的输出电流，具有广阔的应用范围和市场前景。
关键词：恒流源；逆变H 桥；LCL 滤波器；矢量控制中图分类号：TM464文献标识码：ADOI ：10.19457/j.1001-2095.dqcd22030Design of High Power AC Constant Current SourceSUN Chuanjie ，TIAN Kai ，CHU Zilin ，YANG Jingran ，ZHANG Zhonglei（Tianjin Research Institute of Electric Science Co.，Ltd.，Tianjin 300180，China ）Abstract:For some low-voltage electrical equipment that requires strict testing of the thermal effects of specific currents ，a high power AC constant current source with multiple operating modes was designed.The constant current source adopts the circuit topology of multiple sets of H-bridge inverter common DC bus ，and uses vector control as the core algorithm ，according to different test requirements ，different operation modes can be selected ，including single-phase operation in independence ，single-phase operation in parallel and three-phase operation.Experimental results demonstrate that the constant current source can meet the testing needs of different types of low-voltage electrical equipment ，the control strategy based on vector control theory enables the constant current source to operate reliably and efficiently ，and obtains low harmonic ，high-precision output current ，the constant current source has a wide range of applications and market prospects.Key words:constant current source ；H-bridge inverter ；LCL filter ；vector control基金项目：天津电气院科研开发创新基金（GE2017ZL002）作者简介：孙传杰（1988—），男，硕士，工程师，Email ：***************一种大功率交流恒流源的设计孙传杰，田凯，楚子林，杨敬然，张中磊（天津电气科学研究院有限公司，天津300180）交流恒流源被广泛应用于低压电气设备的型式试验，当前市场份额基本被国内产品占据。
基于H桥及SPWM调制的大功率交流恒流源
图 ２ 不 对 称 规 则 采 样 法
第 ３期
杨松 等：基 于 Ｈ桥 及 Ｓ ＷＭ 调制的大功率交流恒流源 Ｐ
８ １
设
比为 口，
，当取 ＿ ，赃 １
制成 本及 稳 定性 要求 的基 础 上 ，本 文 给 出一种 基 于 Ｈ 全 桥 的 Ｓ ＷＭ 载 波 高功率 、大 电流 交流 恒 Ｐ 流源 实现 方案 。该方 案克 服 了 目前 生 产检 测线 上 通 用 的 交流大 功 率恒 流源 的上 述缺 点 ，具 有调 节 速 度快 、稳 流精 度 高等特 点 。
８ ０
机 电技 术
２１年 ６月 ０１
基 于 Ｈ 桥及 Ｓ ＷＭ 调制的大功 率交流恒 流源 Ｐ
杨松 李艳 芳 徐欣歌 陈文 芗
（ 厦门大学物理 与机 电工程学 院，福建 厦门 ３ １０ ） ６０５ 摘 要 ：针对交流恒流 的使用要求 ，提 出了一种采用不对称规则采样法 Ｓ ＷＭ 大功 率恒 流源 实现方案 ，给 出了相 Ｐ
作 需要 及 高次谐 波影 响。 实验 表 明 ，驱动 Ｉ Ｔ管 的 Ｐ ＧＢ ＷＭ 波 占空 比 在 ７％以上 的时候 ，Ｉ Ｂ 管 的发热 就会 明显 提 ０ Ｇ Ｔ 升 ，导致其 使 用寿 命 的下 降。为 了使 系统 稳定 可
１ 系统 结构
系 统 电路采 用 ＡＣＤＣＡＣ 模式 （ 图 １所 — — 如
示 ） 电路 由 Ｈ 全 桥构 成主 逆变 电路 ，Ｓ ＷＭ 信 。 Ｐ 号通过 驱动 电路 驱动 Ｈ桥 ， 整流 滤波 后 的 ３ ０ 将 １Ｖ
方波与正弦波逼近程度高，其基本采样原理如图
基于功率硬件在环的电网实时模拟技术研究
基于功率硬件在环的电网实时模拟技术研究刘德州;胡书举;孟岩峰【摘要】随着风电机组向大型化的发展,如何在实验室环境下研究风电机组与电网的交互影响受到人们越来越多的关注.针对实验室环境下的大功率电网模拟问题,对H桥级联高压多电平电网模拟器进行了研究.针对真实模拟电网运行特性问题,将功率硬件在环(Power-Hardware-In-Loop,PHIL)技术与电网模拟技术相结合,对功率硬件在环实时仿真系统中的接口算法进行了研究.基于理想变压器模型接口算法建立了完整的系统模型,并在Matlab/Simulink仿真环境中进行了仿真研究.仿真结果验证了所提电网模拟技术的先进性.【期刊名称】《电气传动自动化》【年(卷),期】2017(039)001【总页数】7页(P1-7)【关键词】功率硬件在环;电网模拟;半实物仿真;交互影响【作者】刘德州;胡书举;孟岩峰【作者单位】中国科学院电工研究所,北京100190;中国科学院大学,北京100080;中国科学院电工研究所,北京100190;中国科学院电工研究所,北京100190;中国科学院大学,北京100080【正文语种】中文【中图分类】TE922近年来，我国风电市场发展迅速，风电机组单机容量逐渐增大，电网对风电机组并网提出了更严格的要求。
在实验室环境下对风电机组进行并网性能测试可缩短产品研发周期，可提高产品可靠性和其对电网的友好性。
随着电网运行环境的日益复杂，普通电网模拟技术由于没有实现实际被测机组与电网的实时交互，已经不能满足对大型风电机组并网性能测试的需求。
电网模拟器是在实验室环境下实现电网各种运行工况模拟的关键设备。
目前已有大量文献对电网模拟器进行了研究，常见的电网模拟器主要为阻抗式、变压器式或电力电子变换器式等结构。
其中，电力电子变换器式的电网模拟器因控制方法成熟、功能设置灵活等优势，已成为近年来研究的热点［1］。
在主电路拓扑研究方面，文献［2］和［3］对比常见的主电路拓扑，描述了三相四线制端口电网模拟器在模拟电网不对称故障方面的优势，文献［4］针对谐波工况模拟，提出了新的主电路拓扑。
基于H桥级联型逆变器PWM控制策略的研究1引言H桥级联型多电平
基于H桥级联型逆变器PWM控制策略的研究1 引言H桥级联型多电平变换器采用多个功率单元串联的方法来实现高压输出，其输出多采用多电平移相式PWM控制方式，以实现较低的输出电压谐波，较小的dv/dt 和共模电压及较小的转矩脉动。
为实现高压，只需简单的增加单元数即可，该种实现方式的技术难度小。
每个功率单元都是分离的直流电源，之间是彼此独立的，对一个单元的控制不会影响其他单元。
H桥级联型逆变器与单桥逆变器的实现方式主要区别在于PWM的控制方式上，本文对H桥级联型逆变器的PWM控制方式进行探讨。
2 H桥级联型逆变器结构每个功率单元都是一个独立的直流电源，其设计方式如下图1所示：图1 功率单元结构框图根据上图对功率单元的描述可知，此种实现方式的功率单元可以产生三种电平，即+Udc、0、-Udc。
当S1和S4导通，S2和S3关闭时，负载得到电压+Udc;当S2和S3导通，S1和S4关闭时，负载得到电压-Udc;当S1和S3（或S2和S4）导通，S2和S4（或S1和S3）关闭时，负载得到电压0（注意：在控制的过程中，要严格避免同一桥臂两功率器件同时导通，即同一桥臂的两路控制信号要求是反向的）。
因此可见，当使用不同的PWM控制策略，便可以产生不同的PWM波形。
3 载波移相控制理论一般来说，N电平的逆变器调制，需要N-1个三角载波。
载波移相调制法中，所有三角波均具有相同的频率和幅值，但是任意两个相邻载波的相位要有一定的相移，其值为（1）调制信号通常为幅值和频率都可调节的三相正弦信号。
通过调制波和载波的比较，可以产生所需要的开关器件的驱动信号[1]。
4 PWM控制策略变频器通常以正弦波的方式输出，对于单相桥而言，其输出通常可分为单极性调制和双极性调制两种方式（限于篇幅，具体实现方式见参考文献）。
而基于H桥方式的逆变器，同样也可以输出类似于单相桥输出的波形，其PWM控制策略应稍作调整。
单极性调制和双极性调制两种方式输出的波形在性能上有所区别，由于单极性调制可以输出三个电平，而双极性调制只能输出两个电平，因此双极性调制的dv/dt较大，对电机绝缘冲击大。