基于PWM-逆變器的設(shè)計(jì)與仿真

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 電力電子仿真 設(shè)計(jì)題目：基于PWM逆變器的設(shè)計(jì)與仿真 摘要 隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，電力電子技術(shù)的各種裝置在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各行各業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。從電能轉(zhuǎn)換的觀點(diǎn)，電力電子的裝置涵蓋交流直流變換、直流交流變換、直流直流變換、交流交流變換。比如在可控電路直流電動(dòng)機(jī)控制，可變直流電源等方面都得到了廣泛的應(yīng)用,而這些都是以逆變電路為核心。由于電力電子技術(shù)中有關(guān)電能的變換與控制過(guò)程，內(nèi)容大多涉及電力電子各種裝置的分析與大量的計(jì)算、電能變幻的波形分析、測(cè)量與繪制等，這些工作特別適合Matlab的使用。本次設(shè)計(jì)的題目是基于PWM逆變器的設(shè)計(jì)與仿真，所以在此次仿真就用的是Matl

2、ab軟件，建立了基于Matlab的單相橋式SPWM逆變電路,采用IGBT作為開(kāi)關(guān)器件，并對(duì)單相橋式電壓型逆變電路和PWM控制電路的工作原理進(jìn)行了分析，運(yùn)用MATLAB中的simulink/simupowersystems對(duì)電路進(jìn)行了仿真，給出了仿真波形，并運(yùn)用MATLAB提供的powergui模塊,分別用單極性SPWM和雙極性SPWM的動(dòng)態(tài)模型給出了仿真的實(shí)例與仿真結(jié)果，驗(yàn)證了模型的正確性，并展現(xiàn)了Matlab仿真具有的快捷，靈活，方便，直觀的以及Matlab繪制的圖形準(zhǔn)確、清晰、優(yōu)美的優(yōu)點(diǎn),從而進(jìn)一步展示了Matlab的優(yōu)越性。關(guān)鍵字：PWM逆變器 單極性SPWM 雙極性SPWM MATLA

3、B仿真 目錄摘要緒論1第1章 MATLAB軟件3 1.1軟件的介紹3 1.2 電力電子電路的Matlab仿真4 1.2.1實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)5 1.2.2電力電子電路Simulink仿真d特點(diǎn)5第2章 逆變主電路的方案論證與選擇6第3章 PWM逆變器的工作原理9 3.1 PWM控制理論基礎(chǔ)9 3.1.1面積等效原理9 3.2 PWM逆變電路及其控制方法11 3.2.1計(jì)算法11 3.2.2調(diào)制法11 3.2.3 SPWM控制方式15第4章 單相橋式PWM逆變器的仿真18 4.1單相橋式PWM逆變器調(diào)制電路的Simulink模型18 4.1.1單極性SPWM仿真模型圖18 4.1.2 雙極性SPW

4、M仿真模型圖19 4.2 仿真參數(shù)的設(shè)定及仿真圖的分析19 4.2.1 單極性SPWM的仿真及分析194.2.2 雙極性SPWM仿真及分析26總結(jié)32參考文獻(xiàn)33專心-專注-專業(yè) 緒論 20世紀(jì)60年代發(fā)展起來(lái)的電力電子技術(shù)，使電能可以交換和控制，生產(chǎn)了現(xiàn)在各種高效節(jié)能的新型電源和交直流調(diào)速裝置，為工業(yè)生產(chǎn)，交通運(yùn)輸?shù)忍峁┝爽F(xiàn)代化的高新技術(shù)，提高了生產(chǎn)效率和人們的生活質(zhì)量，使人類社會(huì)生活發(fā)生了巨大的變化。但是在電力電子技術(shù)中有關(guān)電能的變換與控制過(guò)程，內(nèi)容大多涉及電力電子技術(shù)各種裝置的分析與大量計(jì)算，電能變換的波形分析，測(cè)量與繪圖等，隨著晶閘管所處狀態(tài)的不同，系統(tǒng)的參數(shù)形式也不同，因而傳統(tǒng)的計(jì)算

5、機(jī)語(yǔ)言編程仿真程序冗長(zhǎng)，可讀性差，調(diào)試費(fèi)時(shí)，大量的時(shí)間花在矩陣處理和圖形的生成分析等繁瑣易錯(cuò)的細(xì)節(jié)上，而這些工作特別適合MATLAB的使用。MATLAB運(yùn)算功能強(qiáng)大，計(jì)算準(zhǔn)確又快捷；同時(shí)MATLAB提供的動(dòng)態(tài)仿真工具SIMULINK可直接建立電路仿真參數(shù)，并且可以立即得到參數(shù)修改后的仿真結(jié)果，直觀性強(qiáng)，省去了編程步驟，實(shí)體圖形化模型的仿真簡(jiǎn)單，方便，能節(jié)省設(shè)計(jì)時(shí)間與降低成本。MATLAB繪制的圖形尤其準(zhǔn)確，清晰，精美。電力電子技術(shù)領(lǐng)域通常利用MATLAB中的SIMULINK其中的電氣系統(tǒng)模塊庫(kù)（Power System Blockser）建立電力電子裝置的簡(jiǎn)化模型并進(jìn)行控制器的設(shè)計(jì)和仿真?，F(xiàn)如

6、今，逆變器的應(yīng)用非常廣泛，在已有的各種電源中，蓄電池，、干電池、天陽(yáng)能電池都是直流電源，當(dāng)需要這些電源向交流負(fù)載供電時(shí)，就需要逆變。另外，交流電機(jī)調(diào)速變頻，感應(yīng)加熱電源等使用廣泛的電力電子設(shè)備，都是以逆變電路為核心。本次設(shè)計(jì)利用MATLAB仿真軟件對(duì)單相橋式逆變雙極性SPWM和單極性SPWM電路進(jìn)行仿真分析，并得出正確的仿真結(jié)果，而且改變了參數(shù)從而進(jìn)行比較，更能清晰的了解PWM逆變器的工作原理及影響其工作特性的因素，從而達(dá)到學(xué)習(xí)的目的。 第1章 MATLAB軟件1.1 軟件的介紹MATLAB環(huán)境（又稱MATLAB語(yǔ)言）是由美國(guó)New Mexico 大學(xué)的Cleve Moler 于1980年開(kāi)始

7、研究開(kāi)發(fā)的，1984年由Cleve Moler 等人創(chuàng)立的Math Works 公司推出的第一個(gè)商業(yè)版本。經(jīng)過(guò)幾十年ATLAB的發(fā)展，競(jìng)爭(zhēng)和完善，現(xiàn)已成為國(guó)際公認(rèn)最優(yōu)秀的科技應(yīng)用軟件。ATLAB語(yǔ)言的兩個(gè)最著名特點(diǎn)，即其強(qiáng)大的矩陣運(yùn)算能力和完善的圖形可視化功能，使得它成為國(guó)際控制界應(yīng)用最廣的首選計(jì)算機(jī)工具。在控制界，很多知名學(xué)者都能為其擅長(zhǎng)的領(lǐng)域?qū)懗隽斯ぞ呦?，而其中很多工具箱已成為該領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)。MATLAB具有對(duì)應(yīng)學(xué)科極強(qiáng)的適應(yīng)能力，很快成為應(yīng)用學(xué)科計(jì)算機(jī)輔助分析，設(shè)計(jì)，仿真，教學(xué)甚至科技文字處理不可缺少的基礎(chǔ)軟件。MATLAB命令和矩陣函數(shù)是分析和設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)經(jīng)常采用的。MATLAB具有很

8、多預(yù)定含義的函數(shù)，供用戶在求解許多不同類型的控制問(wèn)題時(shí)調(diào)用。SIMULINK是MATLAB提供的一個(gè)用來(lái)對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模，仿真和分析的軟件包。Simulink界面友好，他為用戶提供了用方框圖進(jìn)行建模的圖形接口，用戶建模通過(guò)簡(jiǎn)單的單擊和拖運(yùn)就能實(shí)現(xiàn)，使得建模就像用紙和筆來(lái)畫(huà)面一樣容易。他與傳統(tǒng)的仿真軟件包相比，具有更直觀，方便，靈活的優(yōu)點(diǎn)。SIMULINK允許用戶定制和創(chuàng)建自己的模塊。Matlab命令和矩陣函數(shù)是分析和設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)經(jīng)常采用的。Simulink是Matlab提供的一個(gè)用來(lái)對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模，仿真和分析的軟件包。Simulink模塊庫(kù)內(nèi)資源相當(dāng)豐富，基本模塊庫(kù)包括連續(xù)系統(tǒng)，離散系

9、統(tǒng)非線性系統(tǒng)，信號(hào)與函數(shù)，輸入模塊，接收模塊等等，使用方便。由基本模塊又形成了其他的一些專業(yè)庫(kù)，使仿真起來(lái)簡(jiǎn)單快捷，尤其是其中的電氣系統(tǒng)模塊庫(kù)（Power System Blockser）和SimPowerSystems模塊，可以使電力電子技術(shù)的仿真變得更加容易。在建成模型結(jié)構(gòu)后，就可以啟動(dòng)系統(tǒng)仿真功能來(lái)分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。啟動(dòng)仿真后，SIMULINK通過(guò)鼠標(biāo)操作就可以實(shí)現(xiàn)在線修改參數(shù)，改變仿真算法，暫停/繼續(xù)或停止仿真，不需要其他的復(fù)雜操作。Matlab的SimPowerSystems模塊實(shí)體圖形化模型系統(tǒng)，把代表晶閘管，觸發(fā)器，電阻，電容，電源，電壓表，電流表等實(shí)物的特有圖形符號(hào)，連成一個(gè)

10、蒸餾裝置電路，一個(gè)逆變裝置或者是一個(gè)系統(tǒng)，它不是一個(gè)真實(shí)的物體，而是世紀(jì)物體的圖形化模型。這種實(shí)體模型的仿真具有簡(jiǎn)單方便節(jié)省設(shè)計(jì)制作時(shí)間和低成本等特點(diǎn)。再者，Matlab界面友好，是的從事自動(dòng)控制的科技工作者樂(lè)于接觸它，愿意使用它。最后，逆變技術(shù)討論的電能轉(zhuǎn)換與控制，需要對(duì)各種電壓與電流波形進(jìn)行測(cè)量，繪制與分析，Matlab提供的功能強(qiáng)大且使用方便的圖形函數(shù)，特別適合完成此項(xiàng)任務(wù)。坐標(biāo)體系完整，線形類型豐富，色彩絢麗多彩，Matlab繪制的圖形尤其準(zhǔn)確，清晰，精美，可以用來(lái)對(duì)電路的工作原理進(jìn)行討論和分析。1.2 電力電子電路的Matlab仿真實(shí)驗(yàn)軟件中提供了典型電力電子電路（如整流電路、觸發(fā)電

11、路、有源逆變電路、交流變換電路、直流斬波電路等）的數(shù)學(xué)模型，可供實(shí)驗(yàn)使用，同時(shí)也可以自己設(shè)計(jì)模型完成不同功能的實(shí)驗(yàn)任務(wù)。1.2.1實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)電力電子電路的Simulink仿真流程如下： 數(shù)學(xué)建模階段模型轉(zhuǎn)換階段運(yùn)行仿真階段分析仿真結(jié)果 數(shù)學(xué)建模階段：將實(shí)際對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性用微分方程、傳遞函數(shù)、狀態(tài)方程或結(jié)構(gòu)圖等方式描述出來(lái)。 模型轉(zhuǎn)換階段：在Matlab環(huán)境下選擇仿真算法將數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)化成能被計(jì)算機(jī)接受的離散化模型，即仿真模型。建立模型后，設(shè)定每個(gè)模塊參數(shù)。 運(yùn)行仿真階段：在Simulink環(huán)境下設(shè)置仿真參數(shù)，包括仿真時(shí)間，仿真步長(zhǎng)，誤差值等，采取快速仿真算法，既能達(dá)到實(shí)時(shí)仿真的目的，又能滿

12、足一定的精度要求。分析仿真結(jié)果：使用Scopes可以觀察仿真結(jié)果。并且能在仿真運(yùn)行過(guò)程中隨時(shí)改變參數(shù)，觀察變化情況。1.2.2電力電子電路Simulink仿真的特點(diǎn)電力電子電路實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的Simulink仿真，具有以下特點(diǎn)： （1）仿真研究方法簡(jiǎn)單、靈活、多樣。該仿真實(shí)驗(yàn)在仿真時(shí)還可以任意參數(shù)調(diào)整，體現(xiàn)了仿真研究和數(shù)學(xué)的方便性和靈活性 （2）仿真結(jié)果直觀。通過(guò)仿真研究可以得到有關(guān)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的大量、充分而且直觀的曲線與數(shù)據(jù)，方便對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析、改進(jìn)。 第2章 逆變主電路的方案論證與選擇方案一：半橋式逆變電路。在驅(qū)動(dòng)電壓的輪流開(kāi)關(guān)作用下,半橋電路兩只晶體管交替導(dǎo)通和截止。半橋電路輸入電壓只有一半加在變

13、壓器一次側(cè)，這導(dǎo)致電流峰值增加，因此半橋電路只在較低輸出功率場(chǎng)合下使用，同時(shí)它具有抗不平衡能力，從而得到廣泛應(yīng)用。半橋式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)原理圖如圖所示。半橋式逆變電路方案二：?jiǎn)蜗鄻蚴侥孀冸娐贰蜗鄻蚴侥孀兤饔兴膫€(gè)帶反并聯(lián)續(xù)流二極管的IGBT組成，分別為VT1VT4，直流側(cè)由兩個(gè)串聯(lián)電容，他們共同提供直流電壓Ud，負(fù)載為阻感負(fù)載，調(diào)制電路分別由單相交流正弦調(diào)制波形和三角載波組成，其中三角載波和正弦調(diào)制波的幅值和頻率之比分別被稱為調(diào)制度和載波頻率，這是SPWM調(diào)制中的兩個(gè)重要參數(shù)。三角載波和正弦調(diào)制波相互調(diào)制產(chǎn)生四路脈沖信號(hào)分別給六個(gè)IGBT提供觸發(fā)信號(hào)。單相橋式逆變電路 方案三：三相橋式PWM逆變電路。

14、當(dāng)時(shí)，給V1導(dǎo)通信號(hào)，給V4關(guān)斷信號(hào)，；當(dāng)時(shí)，給V4導(dǎo)通信號(hào)，給V1關(guān)斷信號(hào)，。 當(dāng)給V1(V4)加導(dǎo)通信號(hào)時(shí)，可能是V1(V4)導(dǎo)通，也可能是VD1 ( VD4 )導(dǎo)通。、和的PWM波形只有兩種電平。波形可由、得出，當(dāng)1和6通時(shí)，=，當(dāng)3和4通時(shí)，=，當(dāng)1和3或4和6通時(shí)，=0。、的波形可同理得出。 三相橋式逆變電路 方案四：推挽式逆變電路。推挽電路的工作是由兩路相位相反的驅(qū)動(dòng)脈沖分別加到逆變開(kāi)關(guān)管Q1、Q2的基極，控制它們交替斷通，使輸入直流電壓變換成高頻的方波交流電壓從變壓器輸出。 推挽式逆變電路 方案選擇：橋式電路和推挽電路的電壓利用率是一樣的，均比半橋電路大一倍。再基于橋式結(jié)構(gòu)的控制

15、方式比較靈活，我選用橋式電路，對(duì)于單相橋式電路和三相橋式電路，我選擇單相橋式電路來(lái)實(shí)現(xiàn)PWM逆變器的實(shí)現(xiàn)，所以選用方案二。 第3章 PWM逆變器的工作原理3.1理論基礎(chǔ)沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同。沖量指窄脈沖的面積。效果基本相同，是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。低頻段非常接近，僅在高頻段略有差異。 3-1-1 形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖3.1.1面積等效原理分別將如圖3-1-1所示的電壓窄脈沖加在一階慣性環(huán)節(jié)（R-L電路）上，如圖3-1-2a所示。其輸出電流i(t)對(duì)不同窄脈沖時(shí)的響應(yīng)波形如圖3-1-2b所示。從波形可以看出，在i(t)的上升段，i(t

16、)的形狀也略有不同，但其下降段則幾乎完全相同。脈沖越窄，各i(t)響應(yīng)波形的差異也越小。如果周期性地施加上述脈沖，則響應(yīng)i(t)也是周期性的。用傅里葉級(jí)數(shù)分解后將可看出，各i(t)在低頻段的特性將非常接近，僅在高頻段有所不同。用一系列等幅不等寬的脈沖來(lái)代替一個(gè)正弦半波，正弦半波N等分，看成N個(gè)相連的脈沖序列，寬度相等，但幅值不等；用矩形脈沖代替，等幅，不等寬，中點(diǎn)重合，面積（沖量）相等，寬度按正弦規(guī)律變化。上述原理可以稱為面積等效原理，它是PWM控制技術(shù)的重要理論基礎(chǔ)。下面分析用一系列等幅不等寬的脈沖來(lái)代替一個(gè)正弦半波。圖3-1-3可以看到把半波分成N等份，就可以把正弦半波看成N個(gè)彼此相連的脈

17、沖序列組成的波形，然后把脈沖序列利用相同數(shù)量的等幅而不等寬的矩形脈沖代替，使它們面積相等，就可以得到脈沖序列。根據(jù)面積等效原理，PWM波形和正弦半波是等效的。 3-1-2沖量相同的各種窄脈沖的響應(yīng)波形3-1-3 用PWM波代替正弦半波要改變等效輸出正弦波幅值，按同一比例改變各脈沖寬度即可。3.2 PWM逆變電路及其控制方法目前中小功率的逆變電路幾乎都采用PWM技術(shù)。逆變電路是PWM控制技術(shù)最為重要的應(yīng)用場(chǎng)合。PWM逆變電路也可分為電壓型和電流型兩種，目前實(shí)用的幾乎都是電壓型。3.2.1計(jì)算法根據(jù)正弦波頻率、幅值和半周期脈沖數(shù)，準(zhǔn)確計(jì)算PWM波各脈沖寬度和間隔，據(jù)此控制逆變電路開(kāi)關(guān)器件的通斷，就

18、可得到所需PWM波形。缺點(diǎn)：繁瑣，當(dāng)輸出正弦波的頻率、幅值或相位變化時(shí)，結(jié)果都要變化3.2.2調(diào)制法輸出波形作調(diào)制信號(hào)，進(jìn)行調(diào)制得到期望的PWM波；通常采用等腰三角波或鋸齒波作為載波；等腰三角波應(yīng)用最多，其任一點(diǎn)水平寬度和高度成線性關(guān)系且左右對(duì)稱；與任一平緩變化的調(diào)制信號(hào)波相交，在交點(diǎn)控制器件通斷，就得寬度正比于信號(hào)波幅值的脈沖，符合PWM的要求。調(diào)制信號(hào)波為正弦波時(shí)，得到的就是SPWM波；調(diào)制信號(hào)不是正弦波，而是其他所需波形時(shí)，也能得到等效的PWM波。結(jié)合IGBT單相橋式電壓型逆變電路對(duì)調(diào)制法進(jìn)行說(shuō)明：設(shè)負(fù)載為阻感負(fù)載，工作時(shí)V1和V2通斷互補(bǔ)，V3和V4通斷也互補(bǔ)。控制規(guī)律：正半周，通，斷

19、，和交替通斷，負(fù)載電流比電壓滯后，在電壓正半周，電流有一段為正，一段為負(fù)，負(fù)載電流為正區(qū)間，和導(dǎo)通時(shí)，等于，關(guān)斷時(shí)，負(fù)載電流通過(guò)和續(xù)流，=0，負(fù)載電流為負(fù)區(qū)間，為負(fù)，實(shí)際上從和流過(guò)，仍有=，斷，通后，從和續(xù)流，=0，總可得到和零兩種電平。負(fù)半周，讓保持通，保持?jǐn)?，和交替通斷，可?和零兩種電平。 3-2-1 單相橋式逆變電路單極性PWM控制方式（單相橋逆變）：在和的交點(diǎn)時(shí)刻控制IGBT的通斷，正半周，保持通，保持?jǐn)?，?dāng)>時(shí)使通，斷，=，當(dāng)<時(shí)使斷，通，=0。負(fù)半周，保持?jǐn)?，保持通，?dāng)<時(shí)使通，斷，=-，當(dāng)>時(shí)使斷，通，=0，虛線表示的基波分量。波形見(jiàn)圖3-2-2。圖3-

20、2-2 單極性PWM控制方式波形同一相上下兩臂的驅(qū)動(dòng)信號(hào)互補(bǔ)，為防止上下臂直通造成短路，留一小段上下臂都施加關(guān)斷信號(hào)的死區(qū)時(shí)間。死區(qū)時(shí)間的長(zhǎng)短主要由器件關(guān)斷時(shí)間決定。死區(qū)時(shí)間會(huì)給輸出PWM波帶來(lái)影響，使其稍稍偏離正弦波。計(jì)算法中一種較有代表性的方法，圖3-2-3。輸出電壓半周期內(nèi)，器件通、斷各3次（不包括0和），共6個(gè)開(kāi)關(guān)時(shí)刻可控。為減少諧波并簡(jiǎn)化控制，要盡量使波形對(duì)稱。首先，為消除偶次諧波，使波形正負(fù)兩半周期鏡對(duì)稱，即： (3.2.1) 其次，為消除諧波中余弦項(xiàng)，使波形在半周期內(nèi)前后1/4周期以/2為軸線對(duì)稱。 (3.2.2)四分之一周期對(duì)稱波形，用傅里葉級(jí)數(shù)表示為： (3.2.3)圖3-2

21、-3 特定諧波消去法的輸出PWM波形 式中，an為 圖3-2-3，能獨(dú)立控制、和共3個(gè)時(shí)刻。該波形的為 式中n=1,3,5, (3.2.4) 確定的值，再令兩個(gè)不同的=0就可建三個(gè)方程，求得、和消去兩種特定頻率的諧波：在三相對(duì)稱電路的線電壓中，相電壓所含的3次諧波相互抵消，可考慮消去5次和7次諧波，得如下聯(lián)立方程： （2-5） （2-6） （2-7）給定，解方程可得、和。變，、和也相應(yīng)改變。一般，在輸出電壓半周期內(nèi)器件通、斷各k次，考慮PWM波四分之一周期對(duì)稱，k個(gè)開(kāi)關(guān)時(shí)刻可控，除用一個(gè)控制基波幅值，可消去k1個(gè)頻率的特定諧波，k越大，開(kāi)關(guān)時(shí)刻的計(jì)算越復(fù)雜。3.2.3 SPWM控制方式一SPW

22、M包括單極性和雙極性兩種調(diào)制方法，（1）如果在正弦調(diào)制波的半個(gè)周期內(nèi)，三角載波只在正或負(fù)的一種極性范圍內(nèi)變化，所得到的SPWM波也只處于一個(gè)極性的范圍內(nèi)，叫做單極性控制方式。（2）如果在正弦調(diào)制波半個(gè)周期內(nèi)，三角載波在正負(fù)極性之間連續(xù)變化，則SPWM波也是在正負(fù)之間變化，叫做雙極性控制方式。(a)單極性SPWM法 (1)調(diào)制波和載波：曲線是正弦調(diào)制波，其周期決定于需要的調(diào)頻比kf，振幅值決定于ku,曲線是采用等腰三角波的載波，其周期決定于載波頻率，振幅不變，等于ku=1時(shí)正弦調(diào)制波的振幅值，每半周期內(nèi)所有三角波的極性均相同(即單極性)。 調(diào)制波和載波的交點(diǎn)，決定了SPWM脈沖系列的寬度和脈沖音

23、的間隔寬度，每半周期內(nèi)的脈沖系列也是單極性的。 (2) 單極性調(diào)制的工作特點(diǎn)：每半個(gè)周期內(nèi)，逆變橋同一橋臂的兩個(gè)逆變器件中，只有一個(gè)器件按脈沖系列的規(guī)律時(shí)通時(shí)通時(shí)斷地工作，另一個(gè)完全截止；而在另半個(gè)周期內(nèi)，兩個(gè)器件的工況正好相反，流經(jīng)負(fù)載ZL的便是正、負(fù)交替的交變電流。 單極性PWM控制方式(b)雙極性SPWM法 (1)調(diào)制波和載波： 調(diào)制波仍為正弦波，其周期決定于kf，振幅決定于ku,中曲線，載波為雙極性的等腰三角波，其周期決定于載波頻率，振幅不變，與ku=1時(shí)正弦波的振幅值相等。 調(diào)制波與載波的交點(diǎn)決定了逆變橋輸出相電壓的脈沖系列，此脈沖系列也是雙極性的，但是，由相電壓合成為線電壓(uab

24、=ua-ub;ubc=ub-uc;uca=uc-ua)時(shí)，所得到的線電壓脈沖系列卻是單極性的。 (2)雙極性調(diào)制的工作特點(diǎn)：逆變橋在工作時(shí)，同一橋臂的兩個(gè)逆變器件總是按相電壓脈沖系列的規(guī)律交替地導(dǎo)通和關(guān)斷，毫不停息，而流過(guò)負(fù)載ZL的是按線電壓規(guī)律變化的交變電流。 雙極性PWM控制方式 第四章 單相橋式PWM逆變器的仿真4.1單相橋式PWM逆變器調(diào)制電路的Simulink模型4.1.1單極性SPWM仿真模型圖設(shè)計(jì)中不采用IGBT元件模型，而是采用“Universal Bridge”模塊，在對(duì)話框中選擇橋臂數(shù)為2，即可構(gòu)成單相全橋電路，開(kāi)關(guān)器件選反并聯(lián)二極管的IGBT；阻感負(fù)載.直流電壓模塊設(shè)置為

25、E=220其模塊設(shè)置如下圖所示 4-1-1 單極性SPWM仿真主電路通用橋?yàn)镾imulink中的Universal bridge模塊。參數(shù)設(shè)置：其中Number of bridge arms（橋臂個(gè)數(shù)）為2，Power Electronic device（電力電子器件）選用IGBT/Diodes（晶閘管），從而構(gòu)成了逆變器。產(chǎn)生SPWM的脈沖信號(hào)發(fā)生器，使用的是Matlab中的Discrete PWM Generator模塊。該模塊的作用即為為產(chǎn)生PWM而用以控制IGBTs等電橋的脈沖信號(hào)。在Generator mode選項(xiàng)中選擇2-arms bridge(4 pulse),即兩橋臂共需要4個(gè)

26、脈沖信號(hào)用以控制開(kāi)關(guān)管。Carrier frequency為載波頻率，該頻率的大小決定了一個(gè)周期內(nèi)SPWM脈沖的密度。Frequency of output voltage是輸出電壓的頻率，此處設(shè)置為國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的50Hz。另外用到powergui模塊，其設(shè)置為離散仿真模式，采樣時(shí)間為2e-005.4.1.2 雙極性SPWM仿真模型圖 4-1-2 雙極性SPWM仿真主電路 對(duì)于雙極性的電路來(lái)說(shuō)設(shè)置基本與單極性的相同，只是雙極性的產(chǎn)生SPWM的脈沖信號(hào)發(fā)生器，使用的是Matlab中的Discrete PWM Generator模塊，此時(shí)在Generator mode選項(xiàng)中選擇1-arms bridg

27、e(2pulse),即兩橋臂共需要2個(gè)脈沖信號(hào)用以控制開(kāi)關(guān)管.4.2 仿真參數(shù)的設(shè)定及仿真圖的分析4.2.1 單極性SPWM的仿真及分析一. 負(fù)載的變化設(shè)定輸出電壓頻率50HZ，載波頻率1080HZ，調(diào)制深度m=0.41. 當(dāng)電阻R=3，L=2e-2時(shí)的直流側(cè)電流、交流側(cè)電壓、交流側(cè)電流的波形（仿真時(shí)間T=0.05） 圖4-2-1 R=3，L=2e-2的波形2. 當(dāng)電阻R=5，L=2e-2時(shí)的直流側(cè)電流、交流側(cè)電壓、交流側(cè)電流的波形（仿真時(shí)間T=0.05） 圖4-2-2 R=5，L=2e-2時(shí)的波形 分析：從圖4-2-1和圖4-2-2可以看出,當(dāng)系統(tǒng)剛啟動(dòng)時(shí)電流波形不穩(wěn)定，會(huì)發(fā)生震蕩，當(dāng)電感相

28、同的情況下，電阻較小時(shí)（R=3），電流波形震蕩的更厲害，震蕩完以后才趨于穩(wěn)定。3. 當(dāng)電阻R=10，L=2e-1時(shí)的直流側(cè)電流、交流側(cè)電壓、交流側(cè)電流的波形（仿真時(shí)間T=0.05） 圖4-2-3 R=10，L=2e-1時(shí)的波形4. 當(dāng)電阻R=10，L=2e-3時(shí)的直流側(cè)電流、交流側(cè)電壓、交流側(cè)電流的波形（仿真時(shí)間T=0.05） 圖4-2-4 R=10，L=2e-3時(shí)的波形 分析：從圖4-2-3和圖4-2-4可以看出,當(dāng)電阻一定時(shí)，減小電感，會(huì)發(fā)現(xiàn)電流波形在正弦波的基礎(chǔ)上發(fā)生大幅度的震蕩，波形的峰值電壓增大，影響系統(tǒng)的特性，所以對(duì)于阻感性負(fù)載不能使電感過(guò)小。通過(guò)仿真，比較分析，得出改變負(fù)載對(duì)輸出

29、的影響的結(jié)論：（1）負(fù)載有功功率越大，系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)的時(shí)間越快，較小的負(fù)載有 功率會(huì)在暫態(tài)時(shí)產(chǎn)生很大的波動(dòng)。（2）負(fù)載的感性功率會(huì)影響峰值電壓。二.輸出電壓頻率和載波頻率的變化 設(shè)定R=10,L=2e-2，調(diào)制深度m=0.41. 當(dāng)輸出電壓頻率為50HZ，載波頻率1080HZ時(shí)的直流側(cè)電流、交流 側(cè)電壓、交流側(cè)電流波形 仿真時(shí)間 T=0.02s 圖4-2-5 輸出電壓頻率為50HZ，載波頻率1080HZ 時(shí)的波形 仿真時(shí)間 T=0.05s 圖4-2-6 輸出電壓頻率為50HZ，載波頻率1080HZ 時(shí)的波形 2. 當(dāng)輸出電壓頻率為50HZ，載波頻率3240HZ時(shí)的直流側(cè)電流、交流側(cè)電壓、交流側(cè)電

30、流的波形 仿真時(shí)間T=0.02 圖4-2-7 輸出電壓頻率為50HZ，載波頻率3240HZ 時(shí)的波形 仿真時(shí)間T=0.05 圖4-2-8 輸出電壓頻率為50HZ，載波頻率3240HZ 時(shí)的波形 分析：從圖4-2-5和圖4-2-7可以看出，載波頻率直接影響了波形的光滑度，載波頻率越大波紋越小仿正弦效果越好。但也應(yīng)注意到頻率過(guò)高有可能對(duì)整流橋器件產(chǎn)生影響，所以也不能過(guò)于高。另外載波頻率越高，在一個(gè)周期內(nèi)PWM脈沖越密。3. 當(dāng)輸出電壓頻率為100HZ，載波頻率1080HZ時(shí)的直流側(cè)電流、交流側(cè)電壓、交流側(cè)電流的波形 仿真時(shí)間T=0.05 圖4-2-9 輸出電壓頻率為100HZ，載波頻率1080HZ

31、 時(shí)的波形4. 當(dāng)輸出電壓頻率為100HZ，載波頻率3240HZ時(shí)的直流側(cè)電流、交流側(cè)電壓、交流側(cè)電流的波形（仿真時(shí)間T=0.05） 圖4-2-10 輸出電壓頻率為100HZ，載波頻率3240HZ 時(shí)的波形分析a：從圖4-2-9和圖4-2-5以及圖4-2-8和4-2-10可以看出，當(dāng)載波頻率不變時(shí)，輸出電壓頻率改變后可以注意到，波紋相對(duì)于輸出電壓頻率為50Hz時(shí)比較小，但是輸出電壓頻率為50HZ時(shí)每個(gè)周期內(nèi)的脈沖個(gè)數(shù)比100HZ時(shí)的減小了一半，所以仿正弦的效果大大下降了，可見(jiàn)如若提高輸出電壓的頻率后，不改變載波頻率，逆變效果會(huì)打折扣。 分析b：從圖4-2-6和4-2-10可以看出，即輸出電壓頻

32、率為50HZ，載波頻率1080HZ時(shí)的波形和輸出電壓頻率為100HZ，載波頻率3240HZ 時(shí)的波形進(jìn)行比較，可以看出：在提高了輸出電壓頻率的同時(shí)，成比例的提高載波頻率，既可以使波紋更小，而且可以增加每個(gè)周期內(nèi)的脈沖個(gè)數(shù)，使得仿正弦的效果更好。通過(guò)仿真，比較分析，得出載波頻率與輸出電壓頻率改變對(duì)輸出的影響的結(jié)論：在電壓輸出頻率一定的情況下，載波頻率的大小影響了仿正弦波的光滑度，即決定了正弦波形的仿制質(zhì)量。當(dāng)載波頻率一定時(shí)，電壓輸出頻率的大小決定每個(gè)周期內(nèi)的仿正弦的個(gè)數(shù)。4.2.2 雙極性SPWM仿真及分析1 負(fù)載的變化 設(shè)定輸出電壓頻率50HZ，載波頻率1080HZ1. 當(dāng)電阻R=1，L=0.

33、5時(shí)的直流側(cè)電流、交流側(cè)電流、交流側(cè)電壓的波形 仿真時(shí)間T=0.05 圖4-2-11 R=1，L=0.5的波形2. 當(dāng)電阻R=10，L=1時(shí)的直流側(cè)電流、交流側(cè)電流、交流側(cè)電壓的波形（仿真時(shí)間T=0.05） 圖4-2-12 R=10，L=1的波形3. 當(dāng)電阻R=10，L=0.5時(shí)的直流側(cè)電流、交流側(cè)電流、交流側(cè)電壓的波形（仿真時(shí)間T=0.05） 圖4-2-13 R=10，L=0.5的波形 分析a：從圖4-2-11和圖4-2-13可以看出,當(dāng)電感相同的情況下，電阻較大時(shí)（R=10），電流波形發(fā)生震蕩，震蕩完以后才趨于穩(wěn)定。 分析b：從圖4-2-11和圖4-2-13可以看出,當(dāng)電阻不變時(shí)，電感越大

34、波形的峰值電壓越小。 通過(guò)仿真，比較分析，得出改變負(fù)載對(duì)輸出的影響的結(jié)論：（1） 負(fù)載有功功率越小系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)的時(shí)間越快，較大的有功 功率會(huì)在暫態(tài)時(shí)產(chǎn)生很大的波動(dòng)。（2）載的感性功率會(huì)影響峰值電壓，電感越大波形的峰值電壓越小。二電壓頻率和載波頻率的變化 設(shè)定R=10,L=0.5H1. 當(dāng)輸出電壓頻率為50HZ，載波頻率1080HZ時(shí)的直流側(cè)電流、交流側(cè)電流、交流側(cè)電壓的波形（仿真時(shí)間T=0.05） 圖4-2-14 輸出電壓頻率為50HZ，載波頻率1080HZ的波形2. 當(dāng)輸出電壓頻率為50HZ，載波頻率4320HZ時(shí)的直流側(cè)電流、交流側(cè)電流、交流側(cè)電壓的波形（仿真時(shí)間T=0.05） 圖4-2-

35、15 輸出電壓頻率為50HZ，載波頻率4320HZ的波形3. 當(dāng)輸出電壓頻率為100HZ，載波頻率1080HZ時(shí)的直流側(cè)電流、交流側(cè)電流、交流側(cè)電壓的波形（仿真時(shí)間T=0.05） 圖4-2-16 輸出電壓頻率為100HZ，載波頻率1080HZ的波形4. 當(dāng)輸出電壓頻率為100HZ，載波頻率4320HZ時(shí)的直流側(cè)電流、交流側(cè)電流、交流側(cè)電壓的波形（仿真時(shí)間T=0.05） 圖4-2-17 輸出電壓頻率為100HZ，載波頻率4320HZ的波形 分析a：從圖4-2-14和圖4-2-15可以看出，載波頻率直接影響了波形的光滑度，載波頻率越大波紋越小仿正弦效果越好。但也應(yīng)注意到頻率過(guò)高有可能對(duì)整流橋器件產(chǎn)生影響，所以也不能過(guò)于高。另外載波頻率越高，在一個(gè)周期內(nèi)PWM脈沖越密。分析b：從圖4-2-14和圖4-2-16以及圖4-2-15和4-2-17可