三相SPWM逆變器的調(diào)制建模和仿真_陸兵

1、第 21 卷第 1 期電子設(shè)計工程2013 年 1 月Vol.21No.1Electronic Design EngineeringJan. 2013三相 SPWM 逆變器的調(diào)制建模和仿真陸 兵， 劉維亭（江蘇科技大學(xué) 電子信息學(xué)院， 江蘇 鎮(zhèn)江 212003）摘要： 簡單介紹了三相 SPWM 逆變器的組成和工作原理，通過計算機對三相 SPWM 逆變器進行 Matlab/Simulink 建模和仿真，研究逆變電路的輸入輸出及其特性。 仿真分析經(jīng)逆變后得到的電壓電流的特性。 通過運用 Matlab/Simulink 和 Power System Block（PSB）電力系統(tǒng)模塊集工具箱仿真環(huán)境

2、，對電路進行建模 、計算和仿真分析 。 MATLAB 軟件中的Simulink，是為數(shù)不多的完全滿足這些條件和要求的軟件。 并且憑借他在科學(xué)計算方面的天然優(yōu)勢建立了從設(shè)計構(gòu)思到最終實現(xiàn)設(shè)計要求的可視化橋梁。 被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)及數(shù)字信號處理的建模和仿真中。關(guān)鍵詞： SPWM；三相逆變器；Matlab/Simulink；仿真中圖分類號： TM464文獻標(biāo)識碼： A文章編號：16746236（2013）01-0132-03Simulation of three-phase SPWM inverter based on Matlab/SimulinkLU Bing， LIU Wei-t

3、ing（Electronic Information School，Jiangsu University of Science and Technology， Zhenjiang 212003， China）Abstract: This paper briefly described the working principle of the three-phase SPWM inverter by the simulation of three-phase SPWM inverter. Described the input and output characters. Analysised

4、the characters of the voltage and current through the inverter. Through the use of Matlab / Simulink and Power System Block （PSB ） power system blockset Toolbox simulation environment， analysis circuit modeling calculation and simulation . MATLAB Simulink software is one of the few fully meet these

5、conditions and requirements of the software . And is the visual bridge from design concept to final design requirements established by virtue of his natural advantages in scientific computing .It is widely used in linear and nonlinear systems， in digital control and digital signal processing.Key wor

6、ds: SPWM； three-phase inverter； Matlab/Simulink； simulation隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展 ，SPWM 正弦脈寬調(diào)制法正逐導(dǎo)電角度為 180，同一相上下 2 個橋臂交替導(dǎo)電 ，各相開始漸被人們熟悉，這項技術(shù)的特點是通用性強，原理簡單。 具有導(dǎo)電的角度依次相差 120。 這樣，在任一瞬間，將有 3 個橋臂開關(guān)頻率固定，控制和調(diào)節(jié)性能好，能消除諧波，設(shè)計簡單，同時導(dǎo)通 。 可能是上面一個臂下面 2 個臂 ，也可能是上面兩是一種比較好的波形改善法。 它的出現(xiàn)為中小型逆變器的發(fā)個臂下面一個臂同時導(dǎo)通。 因為每次換流都是在同一相上下展起了重要的推動作用。

7、 由于大功率電力電子裝置的結(jié)構(gòu)復(fù)兩個橋臂之間進行的 ，因此也被稱為縱向換流 2。 當(dāng) urU uc雜，若直接對裝置進行實驗，且代價高費時費力，故在研制過時 ，給上橋 V1 臂以導(dǎo)通信號 ，給下橋臂 V4 以關(guān)斷信號 ，則 U程中需要借助計算機仿真技術(shù)， 對裝置的運行機理與特性，相相對于電源假想中點 N 的輸出電壓 uUN=Ud /2。 當(dāng) urU uc控制方法的有效性進行試驗，以預(yù)測并解決問題，縮短研制時，給 V4 導(dǎo)通，給 V1 關(guān)斷，則 uUN=-Ud /2。V1 和 V4 的驅(qū)動信號時間 。 MATLAB 軟件具有強大的數(shù)值計算功能 ，方便直觀的始終是互補的 。 當(dāng)給 V1（V4）加導(dǎo)通

8、信號時 ，可能是 V1（V4）導(dǎo)Simulink 建模環(huán)境， 使復(fù)雜電力電子裝置的建模與仿真成為通，也可能是二極管 VD1（VD4）續(xù)流導(dǎo)通3?？赡堋?本文利用 MATLAB/Simulink 為 SPWM 逆變電路建立系2 SPWM 逆變器的工作原理統(tǒng)仿真模型，并對其輸出特性進行仿真分析 。 SPWM 技術(shù)成為目前應(yīng)用最為廣泛的逆變用 PWM 技術(shù)。 因此，研究 SPWMPWM 的全稱是 Pulse Width Modulation（脈沖寬度調(diào)制 ），逆變器的基本工作原理和作用特性意義十分重大1。它是通過改變方波的占空比來改變等效的輸出電壓。 所謂的1 三相電壓型橋式逆變電路SPWM， 他是

9、根據(jù)面積等效原理 ，PWM 波形和正弦波是等效的，對于正弦波的負半周 ，也可以用同樣的方法得到 PWM 波三相電壓型橋式逆變電路如圖 1 所示 ，電壓型三相橋式形。 像這種脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的逆變電路的基本工作方式也是 180導(dǎo)電方式 ，即每個橋臂的PWM 波形，也稱 SPWM 波形4。 就是在 PWM 的基礎(chǔ)上改變了調(diào)制脈沖方式，脈沖寬度時間占空比按正弦規(guī)律排列，這樣收稿日期：2012-09-05稿件編號：201209037作者簡介：陸 兵 （1986），男，江蘇如皋人，碩士研究生。 研究方向：船舶無人機艙監(jiān)測、船舶電能質(zhì)量分析。132陸 兵， 等三相 SPWM 逆變器的

10、調(diào)制建模和仿真圖 1三相橋式逆變電路原理圖Fig. 1Three phase full bridge SPWM inverter的輸出波形經(jīng)過適當(dāng)?shù)臑V波就可以得到正弦波輸出。 它廣泛點的時間。 開關(guān)元件導(dǎo)通時間是脈沖寬度， 關(guān)段時間是脈的應(yīng)用于直流交流逆變器等。沖間隙。 正弦波的頻率和幅值不同時， 這些時間也不同，SPWM 法是一種比較成熟的 ， 目前使用較廣泛的 PWM但對計算機來說， 時間定時器來實現(xiàn) 6 。 調(diào)制方法可以自法 ，SPWM 法就是用脈沖寬度按正弦規(guī)律變化和正弦波等效己選擇。的 PWM 波形即 SPWM 波形控制逆變電路中開關(guān)器件的通3 三相電壓源 SPWM 逆變器的建模與仿

11、真斷，使其輸出的脈沖電壓面積與所希望輸出的正弦波在相應(yīng)區(qū)間內(nèi)的面積相等，通過改變調(diào)制波的頻率和幅值則可調(diào)節(jié)3.1 三相電壓源 SPWM 逆變器的 MATLAB/Simulink 建模逆變電路輸出的電壓和幅值5。SPWM 逆 變 器 EDMATLAB/Simulink 仿 真 模 型 如 圖 2要準(zhǔn)確的生成 SPWM 波形 ， 就要精確的計算出這兩個所示。圖 2 SPWM 逆變器的 MATLAB/Simulink 仿真模型 Fig. 2 MATLAB/Simulink simulation model of SPWM inverter3.2其他參數(shù)設(shè)置逆變器的仿真建模如圖 2 所示 ， 有效值測

12、量模塊 RMS 設(shè)置其參數(shù) Fundamental frequency（Hz）為 50 Hz，電壓設(shè)置為220 V，阻感性負載 R=3，L=0.01 三負載設(shè)置相同。4 仿真結(jié)果下面是輸出交流頻率為 f =50 Hz ，調(diào)制度為 m=0.7 時的曲線 ， 逆變器電壓和電流輸出波形如圖 3 和圖 4 所示，A 相阻感性負載的電流有效值如圖 5 所示。5結(jié)論通過上述采用 Matlab/Simulink 對三相 SPWM 逆變器進行建模和仿真的過程證明了 Matlab/Simulink 有良好的用戶界面和模型結(jié)構(gòu)，尤其是 Power System Broswer 為電氣系統(tǒng)仿真省去了復(fù)雜的過程。 它

13、提供了極為有用的電力電子器件模塊， 用戶不需要自己編程且不需推導(dǎo)系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型，建模過程更接近實際電路設(shè)計過程，且使用簡便，也對三相 SPWM 逆變器有了進一步的理解。在使用 Matlab 的 Simulink 進行仿真時 ， 很多時候波形不能夠快速正確的出現(xiàn)， 這時就需要研究其深層次的原理 ， 同時要注意 Matlab 的仿真的一些細節(jié) 。 通過適當(dāng)?shù)膮?shù)設(shè)置 ， 選擇能夠滿足的控制方式 ， 運用 SPWM 控制技術(shù)， 可以有效減小輸出電壓和輸出電流的諧波分量， 改善輸出波形。133電子設(shè)計工程2013 年第 1 期圖 3逆變器輸出電壓波形Fig. 3Output voltage wave of inverter圖 4 逆變器的輸出電流波形Fig. 4 Output current wave of inverter圖 5A 相阻感性負載的電流有效值Fig. 5Valid values for resistive inductive load current of part A參考文獻：4 陳伯時 ，陳敏遜. 交流調(diào)速系統(tǒng) M. 北京 : 機械工