三相SSPWM逆變電路的建模及應(yīng)用仿真

1、三相SSPWM逆變電路的建模及應(yīng)用仿真一、電路原理1、三相逆變電路原理圖1采用IGBT作為開關(guān)器件的三相橋式電壓型逆變電路。圖1三相PWM逆變電路當(dāng)U U U時，給V1導(dǎo)通信號，給V4關(guān)斷信號，U UN、，= U d/2 ；當(dāng)U u U時，給V4導(dǎo)通信號，給V1關(guān)斷信號，U = -U d/2。當(dāng)給V1(V4)%導(dǎo)通信號時，可能是V1(V4)導(dǎo)通，也可能是VD1 ( VD4 )導(dǎo)通。U 、U 和 U 的PWM波形只有土U兩種電平。U 波形可由U、U 得出，當(dāng)1和6通時，U = Ud，當(dāng)3和4通時，U = - Ud，當(dāng)1和3或4和6通時，U =00 U吹、U wu的波形可同理得出。2、正弦脈沖寬度

2、調(diào)制SPWM原理PWM (Pulse Width Modulation)控制就是對脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)，即通過對一系列脈沖 的寬度進(jìn)行調(diào)制，來等效地獲得所需要的波形。PWM控制技術(shù)的重要理論基礎(chǔ)是面積等效原理，即: 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，其效果基本相同。下面分析如何用一系列 等幅不等寬的脈沖來代替一個正弦半波。把正弦半波分成N等分，就可以把正弦半波看成由N個彼 此相連的脈沖序列所組成的波形。如果把這些脈沖序列用相同數(shù)量的等幅不等寬的矩形脈沖代替， 使矩形脈沖的中點和相應(yīng)正弦波部分的中點重合，且使矩形脈沖和相應(yīng)的正弦波部分面積(沖量) 相等，就可得到圖2所示的脈沖

3、序列，這就是PWM波形。像這種脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化而和正 弦波等效的PWM波形，也稱為SPWM波。如圖2所示。2兀1010 |2兀0(b)v (t) = V 1 m sin ti= 0 = 0100正1,0川:9-10(a)（a）正弦電壓（b）SPWM等效電壓SPWM調(diào)制原理SPWM調(diào)制方式根據(jù)載波三角波的不同，可以分為單極性和雙極性兩種，分別稱為SSPWM和BSPWM。如圖3所示。! ?I I初S3 & 5幻n-H心圖3 SSPWM控制方式波形（左）BSPWM控制方式波形（右）3、單極性正弦脈沖寬度調(diào)制SSPWMSSPWM在正半周只有正弦脈沖電壓，在負(fù)半周只有負(fù)脈沖電壓。載波比為n =

4、c，f為載波f c（三角波）頻率，f 為調(diào)制波（正弦波）頻率;每半個正弦波內(nèi)脈沖電壓數(shù)為P u調(diào)制比為m =甘，u為調(diào)制波幅值，u為載波幅值。利用傅里葉變換分析可知，SSPWM調(diào)制時的輸出電壓波形中的最低次諧波的次數(shù)為（N-3）或 （2P-1）。二、模型建立及主要模塊說明及參數(shù)設(shè)置1、仿真模型DC 250V2、Universal Bridge 3Series RLC Branchi模塊及參數(shù)設(shè)置多功能橋式電路模型是一個既可以用作整流也可以用作逆變的模型，并且可以通過設(shè)置來改變 它的相數(shù)和采用的電力電子開關(guān)類型。圖5 （左）是其參數(shù)設(shè)置，第一欄是選擇橋臂的相數(shù)，第三欄是所選用電力電子開關(guān)的類型，

5、 對于自關(guān)斷器件，模塊已經(jīng)反并聯(lián)了續(xù)流二極管。最后一欄的測量選項，選擇對全部電壓和電流測量，為多路測量儀提供測量選項。本次仿真，反映的是對直流電壓經(jīng)過逆變后的相電壓和相電流。圖5多功能橋模塊及參數(shù)設(shè)置（左）PWM脈沖發(fā)生器模塊及參數(shù)設(shè)置（右）3、PWM Generator PWM脈沖發(fā)生器模塊及參數(shù)設(shè)置PWM脈沖發(fā)生器是一個多功能模塊，它可以為GTO、FET、IGBT等自關(guān)斷器件組成的一相、 二相和三相橋式變流電路提供驅(qū)動信號，并且還可以用于雙三相橋式電路的驅(qū)動，在模塊對話框中 模式一欄（Generator Mode）選擇。PWM脈沖發(fā)生器脈寬調(diào)制的原理是以三角波（載波）與調(diào)制波比較，在三角波

6、與調(diào)制波相交點 處產(chǎn)生脈沖的前后沿。三角波的頻率可以在對話框中設(shè)置，且三角波的幅值固定為1。調(diào)制波有兩 種產(chǎn)生方式，一種是由PWM脈沖發(fā)生器自動產(chǎn)生，另一種在脈沖發(fā)生器輸入端由外部輸入。點擊 對話框的內(nèi)調(diào)制信號生成欄前的方塊，選中內(nèi)調(diào)制信號生成模式，對話框出現(xiàn)調(diào)制度、輸出電壓頻 率和輸出電壓相位三項參數(shù)設(shè)置欄。此時，調(diào)制波固定為正弦波，即SPWM調(diào)制方式。如圖5 （右）。三、仿真測試系統(tǒng)仿真測試系統(tǒng)如圖6,由多路測試器（Multimeter）、示波器（Scope）、離散傅里葉分析器（Discrete Fourier）、數(shù)字電壓表（Display）和 Powergui 組成。Multimeter

7、模塊用于采集仿真電路中所要測試的電壓和電流，通過示波器Scope顯示電壓及電流 波形。Discrete Fourier模塊對逆變出的a相電壓進(jìn)行離散傅里葉變換，提取相電壓中的基波分量，通 過數(shù)字電壓表Display顯示其幅值有效值。Powergui模塊用于對逆變后輸出的電壓進(jìn)行FFT分析，顯示輸出電壓的頻譜圖形，設(shè)置不同的 載波比N，觀察低次諧波頻率的變化。、仿真分析及結(jié)論1、電壓電流波形圖7所示是scope示波器模塊的測試結(jié)果:圖7電壓電流波形前三項是a、b、c三相電壓：三相相位相差120；第四項是調(diào)制后電壓波形；第五項是輸入直流電壓VD，為250V；后三項是a、b、c三相電流，由于選用的負(fù)

8、載是純電阻，所以與各自的相電壓保持同相位，2 V約為0.16A （本例負(fù)載電阻設(shè)置值為1KQ，符合相電流計算公式i-rd）。E3 Block Parameters: PH GeneratorModulat ion ieIejm (0ml.l :0. 6IIOK I Cancel I ： &凝:| 虻2、（1）輸出基波電壓的大小由電壓調(diào)制比M決定只要載波比N比較大（本例設(shè)置f =1000hz, f =50Hz, N=20），每半個周期中的脈沖波數(shù)P較多（P=9個），而調(diào)制比M 1（U U），則輸出電壓基波幅值V隨調(diào)制比M線性變化。改變調(diào)制比M，即可以成正比地調(diào)控輸出電壓的基波大?。? Block

9、 ParaMeters: PH GeneratorModulat ion indez (0mlJ :0. 8I|QKCancel I Help本例V d=250V，固定載波比N，基波電壓幅值與調(diào)制比成正比。測試結(jié)果如圖8所示：M=1 時，V1T21.9VM=0.8 時，V1=96.92V；M=0.6 時，V1=72.34V；M=0.4 時，V1=45.83V?；緷M足公式1 m2 D。2、(2)每個脈沖的寬度隨調(diào)制比M增大而增大圖9所示為不同的調(diào)制比下的脈沖波形，可以看出M=0.8時的脈沖寬度明顯大于M=0.2時的。3、載波比N增大，最低諧波頻率（N-3）提高；改變調(diào)制波頻率 f，基波頻率f 1隨之改變。這個結(jié)論由Pow