(完整版)三相逆變器SPWM的仿真

1、目錄一 摘要2二 三項逆變器 SPWM 調(diào)制原理2三 SPWM 逆變電路及其控制方法23.1SPWM 包括單極性和雙極性兩種調(diào)制方法23.2 調(diào)制法33.3 特定諧波消去法4四 三相橋式逆變器SPWM 調(diào)制的仿真型54.1SUBSYSTEM 封裝模塊64.2SUBSYSTEM1 封裝模塊7五 三相橋式逆變器SPWM 調(diào)制的仿真波形7六頻譜分析146.1 對相電壓 UN 、VN 、WN 輸出電壓進行諧波分析146.2 對負載的線電壓UUV 、UVW 、 UWU 的輸出波形進行諧波分析166.3 負載 VN 的相電壓 UN 、 VN 、 WN 輸出波形進行諧波分析17七結(jié) 語19八 參考文獻191

2、三相逆變器雙極性SPWM 調(diào)制技術(shù)的仿真一摘要：在電力電子技術(shù)中，PWM （ Pulse Width Modulation ）控制就是對脈沖的寬度進行調(diào)制的技術(shù)。即通過對一系列脈沖的寬度進行調(diào)制，來等效地獲得所需要波形（含形狀和幅值）。本論文以三相逆變器雙極性SPWM 調(diào)制技術(shù)的仿真為例，通過運用了Matlab/Simulink和 Power System Block(PSB)電力系統(tǒng)模塊集工具箱仿真環(huán)境，對電路進行建模、計算和仿真分析。通過調(diào)節(jié)載波比N ，用示波器觀看輸出波形的改變。另外，采用 subplot 作出相電壓、相電流、線電壓、不同器件所承受的電壓波形以及頻譜圖，并加以分析。關(guān)鍵詞

3、： PWM三相逆變器載波比 N示波器仿真波形二 三相逆變器 SPWM 調(diào)制原理在采樣控制理論中有一個重要的結(jié)論：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。圖 1 中各個形狀的窄脈沖在作用到逆變器中電力電子器件時，其效果是相同的，是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。重要理論基礎(chǔ)面積等效原理a)矩形脈沖b)三角脈沖c)正弦半波脈沖d)單位脈沖函圖 1 形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖三 SPWM 逆變電路及其控制方法3.1 SPWM 包括單極性和雙極性兩種調(diào)制方法（ 1）如果在正弦調(diào)制波的半個周期內(nèi)，三角載波只在正或負的一種極性范圍內(nèi)變化，所得到的 SPWM 波也只處于一個極性

4、的范圍內(nèi)，叫做單極性控制方式。2（2）如果在正弦調(diào)制波半個周期內(nèi)，三角載波在正負極性之間連續(xù)變化，則 SPWM 波也是在正負之間變化，叫做雙極性控制方式。圖 2 雙極性 PWM 控制方式其中： 載波比 載波頻率fc 與調(diào)制信號頻率fr 之比 N，既N = fc / fr調(diào)制度調(diào)制波幅值A(chǔ)r 與載波幅值A(chǔ)c 之比，即Ma Ar/Ac同步調(diào)制 N 等于常數(shù)，并在變頻時使載波和信號波保持同步。? 基本同步調(diào)制方式， fr 變化時 N 不變，信號波一周期內(nèi)輸出脈沖數(shù)固定；?三相電路中公用一個三角波載波，且取N 為 3 的整數(shù)倍，使三相輸出對稱；?為使一相的PWM 波正負半周鏡對稱，N 應(yīng)取奇數(shù)；? f

5、r 很低時， fc 也很低，由調(diào)制帶來的諧波不易濾除；? fr 很高時， fc 會過高，使開關(guān)器件難以承受。異步調(diào)制 * 載波信號和調(diào)制信號不同步的調(diào)制方式。?通常保持fc 固定不變，當fr 變化時，載波比N 是變化的；? 在信號波的半周期內(nèi)， PWM 波的脈沖個數(shù)不固定，相位也不固定，正負半周期的脈沖不對稱，半周期內(nèi)前后1/4 周期的脈沖也不對稱；? 當 fr 較低時， N 較大，一周期內(nèi)脈沖數(shù)較多，脈沖不對稱產(chǎn)生的不利影響都較??；?當fr增高時， N 減小，一周期內(nèi)的脈沖數(shù)減少，PWM脈沖不對稱的影響就變大。3.2 調(diào)制法1）單相橋式SPWM 逆變電路調(diào)制法設(shè)負載為阻感負載，工作時V1 和

6、 V2 通斷互補， V3 和 V4 通斷也互補。以uo 正半周，讓 V1 通， V2 斷， V3 和 V4 交替通斷。由于負載電流比電壓滯后，在電壓正半周，電流有一段區(qū)間為正，一段區(qū)間為負。負載電流為正的區(qū)間，V1 和 V4 導(dǎo)通時， uo 等于 Ud 。V4關(guān)斷時，負載電流通過V1 和 VD3 續(xù)流， uo=0負載電流為負的區(qū)間，V1 和 V4 仍導(dǎo)通， io 為負，實際上io 從 VD1 和 VD4 流過，仍有uo=U d 。 V4 關(guān)斷 V3 開通后， io 從 V3 和 VD1 續(xù)流， uo=0。3uo 總可得到 Ud 和零兩種電平。 uo 負半周， 讓 V2 保持通， V1 保持斷，

7、 V3 和 V4 交替通斷， uo 可得 -Ud 和零兩種電平。圖 3 三相橋式 PWM 型逆變電路2） U 、 V 、 W 三相的 PWM 控制是通常公用一個三角波Uc，三相的調(diào)制信號 Uru 、Urv 、Urw 依次相差120。U 、V 、W 各相功率開關(guān)器件的控制規(guī)律相同，現(xiàn)以 U 相為例來分析。當 UruUc 時，給橋臂 V1 以導(dǎo)通的信號，給下橋臂 V4以關(guān)斷的信號，則 U 相相對于直流電源假想中點N的輸出電壓 UN =Ud/2 。當 Uru=UProductRelationalOperator20.88ConstantRepeatingSequence=VProduct1Relat

8、ionalOperator1=WProduct2RelationalOperator1Out1NOT2Out2LogicalOperator3Out34Out4NOT5Out5LogicalOperator16Out6NOT7LogicalOut7Operator2脈沖電路參數(shù)設(shè)置為：載波比N=9-21，取 N=16 設(shè)置三角波時間0 6.25e-4 1.25e-3 幅值 -1 1 -1,Ma=0.8-0.95, 取 Ma=0.88 ，單相調(diào)制信號波 U, V, W 依次相差 120電角度。 w 取 100*pi, U、 V 、W取角度分別取 0、2/3*pi 、4/3*pi 。E1=E2=1

9、50V 。64.2SUBSYSTEM1封裝模塊In21gCV1E1mE1ConnNOut11In32E2gCV4mEOut44In43In64gCgCVD1V3VD3V5mEmEOut33Out55In56In75gCgCV6VD6V2VD4mEmEOut66Out22VD5Conn12Conn23Conn34VD2E1=E2=150V4.3 調(diào)制波電路分析4.3.1 單相雙極性SPWM 調(diào)制原理圖U=NOT1ProductOut2RelationalLogicalOperator2Operator0.882ConstantRepeatingOut3Sequence當 0.88Ur=Uc 時，

10、輸出 Out3 當 0.88Ur=NOT1UProductOut2RelationalLogicalOperator2Operator0.88Constant2Out3RepeatingSequence3Out4=NOT4Product1VOut5RelationalLogicalOperator1Operator15Out6W=NOT6Product2Out7RelationalLogicalOperatorOperator2原理同上比較得出， 當 0.88Ur=Uc 時，輸出 Out3 ；當 0.88Ur=Uc 時,輸出 Out4; 當 0.88Vr=Uc, 時，輸出 Out6, 當 0.

11、88WrWr,所以 SPWM波形中所含的主要諧波的頻率要比基波頻率高的多， 是很容易濾除的。 載波頻率越高， SPWM波形諧波頻率就越高，所需濾波器的體積越小。另外，一般的濾波器都有帶寬，如按載波頻率設(shè)計濾波器，載波附近的諧波也可濾除。七 結(jié) 語通過以上的仿真過程分析，可以得到下列結(jié)論：（1）與采用常規(guī)電路分析方法所得到的輸出電壓波形進行比較，進一步驗證了仿真結(jié)果的正確性。（2 ）載波頻率越高， SPWM波形中諧波頻率就越高。所需濾波器的體積就越小。一般在輸出電壓半周期內(nèi)，器件通、斷各 k 次，考慮到 PWM 波四分之一周期對稱，k 個開關(guān)時刻可控，除用一個自由度控制基波幅值外，可消去 k1 個頻率的特定諧波。（3）三相橋式 PWM 型逆變電路采用雙極性控制方式比較可行， 且操作簡單。 再依次驗證了PWM 控制技術(shù)在逆變電路中有著十分重要的意義。讓自己學(xué)到挺多認識更深，更了解Simulink 。通過學(xué)習(xí)對CAD 的認識更深，能夠更好的運用仿真軟件， 以后可以更好的運