【課程設(shè)計(jì)】電力電子系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)-單極性模式PWM逆變電路的計(jì)算機(jī)仿真

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。【課程設(shè)計(jì)】電力電子系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)-單極性模式PWM逆變電路的計(jì)算機(jī)仿真【課程設(shè)計(jì)】電力電子系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)-單極性模式PWM逆變電路的計(jì)算機(jī)仿真 電力電子系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)題目：?jiǎn)螛O性模式PWM逆變電路的計(jì)算機(jī)仿真 學(xué)院： 電信學(xué)院 班級(jí)： 電氣工程及其自動(dòng)化3班 學(xué)號(hào)： XXXXX 姓名： XX 指導(dǎo)老師：XX 日期： 2010年12月3號(hào) 前言PWM控制技術(shù)是逆變電路中應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)，現(xiàn)在大量應(yīng)用的逆變電路中，絕大部分都是PWM型逆變電路。為了對(duì)PWM型逆變電路進(jìn)行分析，首先建立了

2、逆變器控制所需的電路模型，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模塊對(duì)仿真波形進(jìn)行了FFT分析（諧波分析）。通過(guò)仿真分析表明，運(yùn)用PWM控制技術(shù)可以很好的實(shí)現(xiàn)逆變電路的運(yùn)行要求。 目錄 一 概述 3二 主電路工作原理說(shuō)明 8三 主電路設(shè)計(jì)的詳細(xì)過(guò)程 10四 仿真模型的建立及各模塊參數(shù)設(shè)置 11五 仿真結(jié)果分析 14六 總結(jié) 18七 參考文獻(xiàn) 19八 體會(huì) 20 一 概述1.1MATLAB的介紹MATLAB (Matrix Labora

3、tory)為美國(guó)Mathworks公司1983年首次推出的一套高性能的數(shù)值分析和計(jì)算軟件，其功能不斷擴(kuò)充，版本不斷升級(jí)，1992年推出劃時(shí)代的4.0版，1993年推出了可以配合Microsoft Windous使用的微機(jī)版，95年4.2版，97年5.0版，99年5.3版，5.X版無(wú)論是界面還是內(nèi)容都有長(zhǎng)足的進(jìn)展，其幫助信息采用超文本格式和PDF格式，可以方便的瀏覽。至2001年6月推出6.1版，2002年6月推出6.5版，繼而推出6.5.1版, 2004年7月MATLAB7和Simulink6.0被推出，目前的最新版本為7.1版。     MATLAB將矩陣運(yùn)算、

4、數(shù)值分析、圖形處理、編程技術(shù)結(jié)合在一起，為用戶(hù)提供了一個(gè)強(qiáng)有力的科學(xué)及工程問(wèn)題的分析計(jì)算和程序設(shè)計(jì)工具，它還提供了專(zhuān)業(yè)水平的符號(hào)計(jì)算、文字處理、可視化建模仿真和實(shí)時(shí)控制等功能，是具有全部語(yǔ)言功能和特征的新一代軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)。     MATLAB 已發(fā)展成為適合眾多學(xué)科，多種工作平臺(tái)、功能強(qiáng)大的大型軟件。在歐美等國(guó)家的高校，MATLAB已成為線(xiàn)性代數(shù)、自動(dòng)控制理論、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、數(shù)字信號(hào)處理、時(shí)間序列分析、動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真等高級(jí)課程的基本教學(xué)工具。成為攻讀學(xué)位的本科、碩士、博士生必須掌握的基本技能。在設(shè)計(jì)研究單位和工業(yè)開(kāi)發(fā)部門(mén)，MMATLAB被廣泛的應(yīng)用于研究和解決各種具體

5、問(wèn)題。在中國(guó)，MATLAB也已日益受到重視，短時(shí)間內(nèi)就將盛行起來(lái)，因?yàn)闊o(wú)論哪個(gè)學(xué)科或工程領(lǐng)域都可以從MATLAB中找到合適的功能。1.2PWM技術(shù)PWM技術(shù)的的應(yīng)用十分廣泛，它使電力電子裝置的性能大大提高，因此它在電力電子技術(shù)的發(fā)展史上占有十分重要的地位。PWM控制技術(shù)正是有賴(lài)于在逆變電路中的成功應(yīng)用，才確定了它在電力電子技術(shù)中的重要地位。 脈寬調(diào)制(PWM（Pulse Width Modulation）是利用微處理器的數(shù)字輸出來(lái)對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測(cè)量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。簡(jiǎn)而言之，PWM是一種對(duì)模擬信號(hào)電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。通過(guò)高分辨率計(jì)數(shù)器

6、的使用，方波的占空比被調(diào)制用來(lái)對(duì)一個(gè)具體模擬信號(hào)的電平進(jìn)行編碼。PWM信號(hào)仍然是數(shù)字的，因?yàn)樵诮o定的任何時(shí)刻，滿(mǎn)幅值的直流供電要么完全有(ON)，要么完全無(wú)(OFF)。電壓或電流源是以一種通(ON)或斷(OFF)的重復(fù)脈沖序列被加到模擬負(fù)載上去的。通的時(shí)候即是直流供電被加到負(fù)載上的時(shí)候，斷的時(shí)候即是供電被斷開(kāi)的時(shí)候。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用PWM進(jìn)行編碼。 1.3PWM控制方法采樣控制理論中有一個(gè)重要結(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(shí),其效果基本相同.PWM控制技術(shù)就是以該結(jié)論為理論基礎(chǔ),對(duì)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷進(jìn)行控制,使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不相等

7、的脈沖,用這些脈沖來(lái)代替正弦波或其他所需要的波形.按一定的規(guī)則對(duì)各脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制,既可改變逆變電路輸出電壓的大小,也可改變輸出頻率.PWM控制的基本原理很早就已經(jīng)提出,但是受電力電子器件發(fā)展水平的制約,在上世紀(jì)80年代以前一直未能實(shí)現(xiàn).直到進(jìn)入上世紀(jì)80年代,隨著全控型電力電子器件的出現(xiàn)和迅速發(fā)展,PWM控制技術(shù)才真正得到應(yīng)用.隨著電力電子技術(shù),微電子技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展以及各種新的理論方法,如現(xiàn)代控制理論,非線(xiàn)性系統(tǒng)控制思想的應(yīng)用,PWM控制技術(shù)獲得了空前的發(fā)展.到目前為止,已出現(xiàn)了多種PWM控制技術(shù),根據(jù)PWM控制技術(shù)的特點(diǎn),到目前為止主要有以下8類(lèi)方法. (1) 相電壓控制PWM

8、 1 等脈寬PWM法 VVVF(Variable Voltage Variable Frequency)裝置在早期是采用PAM(Pulse Amplitude Modulation)控制技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的,其逆變器部分只能輸出頻率可調(diào)的方波電壓而不能調(diào)壓.等脈寬PWM法正是為了克服PAM法的這個(gè)缺點(diǎn)發(fā)展而來(lái)的,是PWM法中最為簡(jiǎn)單的一種.它是把每一脈沖的寬度均相等的脈沖列作為PWM波,通過(guò)改變脈沖列的周期可以調(diào)頻,改變脈沖的寬度或占空比可以調(diào)壓,采用適當(dāng)控制方法即可使電壓與頻率協(xié)調(diào)變化.相對(duì)于PAM法,該方法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu),提高了輸入端的功率因數(shù),但同時(shí)也存在輸出電壓中除基波外,還包含較大的

9、諧波分量. 2 隨機(jī)PWM 在上世紀(jì)70年代開(kāi)始至上世紀(jì)80年代初,由于當(dāng)時(shí)大功率晶體管主要為雙極性達(dá)林頓三極管,載波頻率一般不超過(guò)5kHz,電機(jī)繞組的電磁噪音及諧波造成的振動(dòng)引起了人們的關(guān)注.為求得改善,隨機(jī)PWM方法應(yīng)運(yùn)而生.其原理是隨機(jī)改變開(kāi)關(guān)頻率使電機(jī)電磁噪音近似為限帶白噪聲(在線(xiàn)性頻率坐標(biāo)系中,各頻率能量分布是均勻的),盡管噪音的總分貝數(shù)未變,但以固定開(kāi)關(guān)頻率為特征的有色噪音強(qiáng)度大大削弱.正因?yàn)槿绱?即使在IGBT已被廣泛應(yīng)用的今天,對(duì)于載波頻率必須限制在較低頻率的場(chǎng)合,隨機(jī)PWM仍然有其特殊的價(jià)值;另一方面則說(shuō)明了消除機(jī)械和電磁噪音的最佳方法不是盲目地提高工作頻率,隨機(jī)PWM技術(shù)正

10、是提供了一個(gè)分析,解決這種問(wèn)題的全新思路. 3 SPWM法 SPWM(Sinusoidal PWM)法是一種比較成熟的,目前使用較廣泛的PWM法.前面提到的采樣控制理論中的一個(gè)重要結(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(shí),其效果基本相同.SPWM法就是以該結(jié)論為理論基礎(chǔ),用脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆變電路中開(kāi)關(guān)器件的通斷,使其輸出的脈沖電壓的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(guò)改變調(diào)制波的頻率和幅值則可調(diào)節(jié)逆變電路輸出電壓的頻率和幅值.該方法的實(shí)現(xiàn)有以下幾種方案. 一 等面積法 該方案實(shí)際上就是SPWM法原理的直接闡釋,用

11、同樣數(shù)量的等幅而不等寬的矩形脈沖序列代替正弦波,然后計(jì)算各脈沖的寬度和間隔,并把這些數(shù)據(jù)存于微機(jī)中,通過(guò)查表的方式生成PWM信號(hào)控制開(kāi)關(guān)器件的通斷,以達(dá)到預(yù)期的目的.由于此方法是以SPWM控制的基本原理為出發(fā)點(diǎn),可以準(zhǔn)確地計(jì)算出各開(kāi)關(guān)器件的通斷時(shí)刻,其所得的的波形很接近正弦波,但其存在計(jì)算繁瑣,數(shù)據(jù)占用內(nèi)存大,不能實(shí)時(shí)控制的缺點(diǎn). 二 硬件調(diào)制法 硬件調(diào)制法是為解決等面積法計(jì)算繁瑣的缺點(diǎn)而提出的,其原理就是把所希望的波形作為調(diào)制信號(hào),把接受調(diào)制的信號(hào)作為載波,通過(guò)對(duì)載波的調(diào)制得到所期望的PWM波形.通常采用等腰三角波作為載波,當(dāng)調(diào)制信號(hào)波為正弦波時(shí),所得到的就是SPWM波形.其實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)單,可

12、以用模擬電路構(gòu)成三角波載波和正弦調(diào)制波發(fā)生電路,用比較器來(lái)確定它們的交點(diǎn),在交點(diǎn)時(shí)刻對(duì)開(kāi)關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制,就可以生成SPWM波.但是,這種模擬電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜,難以實(shí)現(xiàn)精確的控制. 三 軟件生成法 由于微機(jī)技術(shù)的發(fā)展使得用軟件生成SPWM波形變得比較容易,因此,軟件生成法也就應(yīng)運(yùn)而生.軟件生成法其實(shí)就是用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)制的方法,其有兩種基本算法,即自然采樣法和規(guī)則采樣法.四 自然采樣法 以正弦波為調(diào)制波,等腰三角波為載波進(jìn)行比較,在兩個(gè)波形的自然交點(diǎn)時(shí)刻控制開(kāi)關(guān)器件的通斷,這就是自然采樣法.其優(yōu)點(diǎn)是所得SPWM波形最接近正弦波,但由于三角波與正弦波交點(diǎn)有任意性,脈沖中心在一個(gè)周期內(nèi)不等距,從而脈

13、寬表達(dá)式是一個(gè)超越方程,計(jì)算繁瑣,難以實(shí)時(shí)控制. 五 規(guī)則采樣法 規(guī)則采樣法是一種應(yīng)用較廣的工程實(shí)用方法,一般采用三角波作為載波.其原理就是用三角波對(duì)正弦波進(jìn)行采樣得到階梯波,再以階梯波與三角波的交點(diǎn)時(shí)刻控制開(kāi)關(guān)器件的通斷,從而實(shí)現(xiàn)SPWM法.當(dāng)三角波只在其頂點(diǎn)(或底點(diǎn))位置對(duì)正弦波進(jìn)行采樣時(shí),由階梯波與三角波的交點(diǎn)所確定的脈寬,在一個(gè)載波周期(即采樣周期)內(nèi)的位置是對(duì)稱(chēng)的,這種方法稱(chēng)為對(duì)稱(chēng)規(guī)則采樣.當(dāng)三角波既在其頂點(diǎn)又在底點(diǎn)時(shí)刻對(duì)正弦波進(jìn)行采樣時(shí),由階梯波與三角波的交點(diǎn)所確定的脈寬,在一個(gè)載波周期(此時(shí)為采樣周期的兩倍)內(nèi)的位置一般并不對(duì)稱(chēng),這種方法稱(chēng)為非對(duì)稱(chēng)規(guī)則采樣. 規(guī)則采樣法是對(duì)自然采

14、樣法的改進(jìn),其主要優(yōu)點(diǎn)就是是計(jì)算簡(jiǎn)單,便于在線(xiàn)實(shí)時(shí)運(yùn)算,其中非對(duì)稱(chēng)規(guī)則采樣法因階數(shù)多而更接近正弦.其缺點(diǎn)是直流電壓利用率較低,線(xiàn)性控制范圍較小. 以上兩種方法均只適用于同步調(diào)制方式中. 4 低次諧波消去法低次諧波消去法是以消去PWM波形中某些主要的低次諧波為目的的方法.其原理是對(duì)輸出電壓波形按傅氏級(jí)數(shù)展開(kāi),表示為u(t)=ansinnt,首先確定基波分量a1的值,再令兩個(gè)不同的an=0,就可以建立三個(gè)方程,聯(lián)立求解得a1,a2及a3,這樣就可以消去兩個(gè)頻率的諧波. 該方法雖然可以很好地消除所指定的低次諧波,但是,剩余未消去的較低次諧波的幅值可能會(huì)相當(dāng)大,而且同樣存在計(jì)算復(fù)雜的缺點(diǎn).該方法同樣只

15、適用于同步調(diào)制方式中. 5梯形波與三角波比較法 前面所介紹的各種方法主要是以輸出波形盡量接近正弦波為目的,從而忽視了直流電壓的利用率,如SPWM法,其直流電壓利用率僅為86.6%.因此,為了提高直流電壓利用率,提出了一種新的方法-梯形波與三角波比較法.該方法是采用梯形波作為調(diào)制信號(hào),三角波為載波,且使兩波幅值相等,以?xún)刹ǖ慕稽c(diǎn)時(shí)刻控制開(kāi)關(guān)器件的通斷實(shí)現(xiàn)PWM控制. 由于當(dāng)梯形波幅值和三角波幅值相等時(shí),其所含的基波分量幅值已超過(guò)了三角波幅值,從而可以有效地提高直流電壓利用率.但由于梯形波本身含有低次諧波,所以輸出波形中含有5次,7次等低次諧波. （2） 線(xiàn)電壓控制PWM 前面所介紹的各種PWM控

16、制方法用于三相逆變電路時(shí),都是對(duì)三相輸出相電壓分別進(jìn)行控制的,使其輸出接近正弦波,但是,對(duì)于像三相異步電動(dòng)機(jī)這樣的三相無(wú)中線(xiàn)對(duì)稱(chēng)負(fù)載,逆變器輸出不必追求相電壓接近正弦,而可著眼于使線(xiàn)電壓趨于正弦.因此,提出了線(xiàn)電壓控制PWM,主要有以下兩種方法. 一 馬鞍形波與三角波比較法 馬鞍形波與三角波比較法也就是諧波注入PWM方式(HIPWM),其原理是在正弦波中加入一定比例的三次諧波,調(diào)制信號(hào)便呈現(xiàn)出馬鞍形,而且幅值明顯降低,于是在調(diào)制信號(hào)的幅值不超過(guò)載波幅值的情況下,可以使基波幅值超過(guò)三角波幅值,提高了直流電壓利用率.在三相無(wú)中線(xiàn)系統(tǒng)中,由于三次諧波電流無(wú)通路,所以三個(gè)線(xiàn)電壓和線(xiàn)電流中均不含三次諧波

17、4. 除了可以注入三次諧波以外,還可以注入其他3倍頻于正弦波信號(hào)的其他波形,這些信號(hào)都不會(huì)影響線(xiàn) 電壓.這是因?yàn)?經(jīng)過(guò)PWM調(diào)制后逆變電路輸出的相電壓也必然包含相應(yīng)的3倍頻于正弦波信號(hào)的諧波,但在合成線(xiàn)電壓時(shí),各相電壓中的這些諧波將互相抵消,從而使線(xiàn)電壓仍為正弦波. 二 單元脈寬調(diào)制法5 因?yàn)?三相對(duì)稱(chēng)線(xiàn)電壓有Uuv+Uvw+Uwu=0的關(guān)系,所以,某一線(xiàn)電壓任何時(shí)刻都等于另外兩個(gè)線(xiàn)電壓負(fù)值之和.現(xiàn)在把一個(gè)周期等分為6個(gè)區(qū)間,每區(qū)間60°,對(duì)于某一線(xiàn)電壓例如Uuv,半個(gè)周期兩邊60°區(qū)間用Uuv本身表示,中間60°區(qū)間用-(Uvw+Uwu)表示,當(dāng)將Uvw和Uwu

18、作同樣處理時(shí),就可以得到三相線(xiàn)電壓波形只有半周內(nèi)兩邊60°區(qū)間的兩種波形形狀,并且有正有負(fù).把這樣的電壓波形作為脈寬調(diào)制的參考信號(hào),載波仍用三角波,并把各區(qū)間的曲線(xiàn)用直線(xiàn)近似(實(shí)踐表明,這樣做引起的誤差不大,完全可行),就可以得到線(xiàn)電壓的脈沖波形,該波形是完全對(duì)稱(chēng),且規(guī)律性很強(qiáng),負(fù)半周是正半周相應(yīng)脈沖列的反相,因此,只要半個(gè)周期兩邊60°區(qū)間的脈沖列一經(jīng)確定,線(xiàn)電壓的調(diào)制脈沖波形就唯一地確定了.這個(gè)脈沖并不是開(kāi)關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào),但由于已知三相線(xiàn)電壓的脈沖工作模式,就可以確定開(kāi)關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)了. 該方法不僅能抑制較多的低次諧波,還可減小開(kāi)關(guān)損耗和加寬線(xiàn)性控制區(qū),同時(shí)

19、還能帶來(lái)用微機(jī)控制的方便,但該方法只適用于異步電動(dòng)機(jī),應(yīng)用范圍較小. （3） 電流控制PWM 電流控制PWM的基本思想是把希望輸出的電流波形作為指令信號(hào),把實(shí)際的電流波形作為反饋信號(hào),通過(guò)兩者瞬時(shí)值的比較來(lái)決定各開(kāi)關(guān)器件的通斷,使實(shí)際輸出隨指令信號(hào)的改變而改變二 主電路工作原理說(shuō)明2.1 PWM控制的基本原理PWM（Pulse Width Modulation）控制就是對(duì)脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)，即通過(guò)對(duì)一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來(lái)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(shí)，其效果基本相同。下面分析如何用一系列等幅不

20、等寬的脈沖來(lái)代替一個(gè)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(gè)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(diǎn)和相應(yīng)正弦波部分的中點(diǎn)重合，且使矩形脈沖和相應(yīng)的正弦波部分面積（沖量）相等，就可得到下圖b所示的脈沖序列，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(chēng)為SPWM波形。SPWM波形如圖2-1所示：tOwUd-Ud圖（2-1）:單極性PWM控制方式波形上圖波形稱(chēng)為單極性PWM波形，根據(jù)面積等效原理，正弦波還可等效為下圖中的PWM波，即雙極性PWM波形，而且這種方式在實(shí)際應(yīng)用中更為廣泛

21、。OwtUd-Ud圖（2-2）:雙極性PWM控制方式波形2.2 PWM逆變電路及其控制方法PWM逆變電路可分為電壓型和電流型兩種，目前實(shí)際應(yīng)用的幾乎都是電壓型電路，因此本節(jié)主要分析電壓型逆變電路的控制方法。要得到需要的PWM波形有兩種方法，分別是計(jì)算法和調(diào)制法。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，就可得到所需PWM波形，這種方法稱(chēng)為計(jì)算法。由于計(jì)算法較繁瑣，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。與計(jì)算法相對(duì)應(yīng)的是調(diào)制法，即把希望調(diào)制的波形作為調(diào)制信號(hào)，把接受調(diào)制的信號(hào)作為載波，通過(guò)信號(hào)波的調(diào)制得到所期望的PWM波形

22、。通常采用等腰三角波作為載波，在調(diào)制信號(hào)波為正弦波時(shí)，所得到的就是SPWM波形。下面具體分析單相橋式逆變電路的單極性控制方式和雙極性控制方式。圖（2-3）是采用IGBT作為開(kāi)關(guān)器件的單相橋式電壓型逆變電路。圖（2-3）：?jiǎn)蜗鄻蚴絇WM逆變電路（） 單極性PWM控制方式：在ur和uc的交點(diǎn)時(shí)刻控制IGBT的通斷。ur正半周，V1保持通，V2保持?jǐn)?。?dāng)ur>uc時(shí)使V4通，V3斷，uo=Ud 。當(dāng)ur<uc時(shí)使V4斷，V3通，uo=0 。ur負(fù)半周，V2保持通，V1保持?jǐn)?。?dāng)ur<uc時(shí)使V3通，V4斷，uo=-Ud ;當(dāng)ur>uc時(shí)使V3斷，V4通，uo=0 。這樣就得到

23、圖一所示的單極性的SPWM波形。（） 雙極性PWM控制方式：在ur的半個(gè)周期內(nèi)，三角波載波有正有負(fù)，所得PWM波也有正有負(fù)，其幅值只有±Ud兩種電平。同樣在調(diào)制信號(hào)ur和載波信號(hào)uc的交點(diǎn)時(shí)刻控制器件的通斷。ur正負(fù)半周，對(duì)各開(kāi)關(guān)器件的控制規(guī)律相同。當(dāng)ur >uc時(shí)，給V1和V4導(dǎo)通信號(hào)，給V2和V3關(guān)斷信號(hào)。如io>0，V1和V4通，如io<0，VD1和VD4通， uo=Ud 。當(dāng)ur<uc時(shí)，給V2和V3導(dǎo)通信號(hào)，給V1和V4關(guān)斷信號(hào)。如io<0，V2和V3通，如io>0，VD2和VD3通，uo=-Ud 。這樣就得到圖二所示的雙極性的SPWM波

24、形。 三 主電路設(shè)計(jì)的詳細(xì)過(guò)程 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，采用單相全橋PWM逆變電路，工作方式為單極性PWM方式，開(kāi)關(guān)器件選用IGBT，直流電源電壓為300V,電阻電感負(fù)載。設(shè)計(jì)主電路圖如圖（3-1）所示。圖（3-1）單相橋式PWM逆變電路 采用IGBT作為開(kāi)關(guān)器件的單相橋式電壓型逆變電路。采用負(fù)載為阻感負(fù)載，工作時(shí)V1和V2的通斷狀態(tài)互補(bǔ)，V3和V4的通斷狀態(tài)也互補(bǔ)。在輸出電壓u0的正半周，讓V1保持通態(tài)，V2保持?jǐn)鄳B(tài)，V3和V4交替通斷。 當(dāng)uco>utri，且-uco<utri ，觸發(fā)VTA+和VTB-導(dǎo)通，輸入電源Ud經(jīng)過(guò)VTA+、負(fù)載和VTB-構(gòu)成電流回路，uo=-Ud，電流上升；當(dāng)

25、uco<utri，使VTA+斷開(kāi)，觸發(fā)VTA-，但由于是感性負(fù)載，電流不能突變，因此負(fù)載電流經(jīng)VDA-和VTB-續(xù)流，使VTA-不能導(dǎo)通，uo=0，同時(shí)電流下降；當(dāng)uco>utri，且-uco<utri ，觸發(fā)VTA+和VTB-導(dǎo)通，輸入電源Ud經(jīng)過(guò)VTA+、負(fù)載和VTB-構(gòu)成電流回路，uo=-Ud，電流上升；當(dāng)-uco>utri，使VTB-斷開(kāi)，觸發(fā)VTB+，由于是感性負(fù)載，電流不能突變，因此負(fù)載電流經(jīng)VTA+和VDB+續(xù)流，使VTB+不能導(dǎo)通，uo=0，同時(shí)電流下降；直至下一個(gè)周期觸發(fā)VTA+和VTB-導(dǎo)通。由此循環(huán)往復(fù)周期性的工作。 四 仿真模型的建立及各模塊參數(shù)

26、設(shè)置4.1 單極性PWM控制發(fā)生電路模型圖如圖（4-1）所示。圖（4-1）：?jiǎn)螛O性PWM逆變器觸發(fā)脈沖發(fā)生電路為了得到PWM輸出電壓，可以采用將期望輸出的電壓波形（稱(chēng)為調(diào)制波）與載波信號(hào)（通常為三角波或鋸齒波）相比較，即用調(diào)制波對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，然后用比較產(chǎn)生的信號(hào)去控制電力電子器件的開(kāi)通與關(guān)斷，可以得到所需的PWM控制發(fā)生電路。42單極性PWM控制方式仿真結(jié)果圖（4-2）單極性PWM控制方式仿真結(jié)果4.3 單極性PWM方式下的單相橋式逆變電路 采用單相全橋PWM逆變電路，工作方式為單極性PWM方式，開(kāi)關(guān)器件選用IGBT，直流電源電壓為300V,電阻電感負(fù)載，電阻1歐姆，電感2毫安。圖（4-3）

27、單極性PWM方式下的單相橋式逆變電路參數(shù)說(shuō)明：（1）圖（4-4）是對(duì)IGBT的個(gè)參數(shù)說(shuō)明。 圖（4-4） （2）圖（4-5）是對(duì)PWM Generator的參數(shù)說(shuō)明。圖（4-5）（3）圖（4-6）是對(duì)算法參數(shù)設(shè)置。 圖（4-6）五 仿真結(jié)果分析5.1單極性PWM控制方式的單相橋式逆變電路仿真及分析單極性PWM方式，開(kāi)關(guān)器件選用IGBT,直流電壓300V，電阻負(fù)載，電阻1歐姆，電感2mh，載波頻率fc=1080HZ,調(diào)制信號(hào)頻率fr=50HZ。將調(diào)制深度m設(shè)置為0.4. 圖（5-1）單極性PWM控制方式的單相橋式逆變電路仿真5.2單極性PWM方式下的單相橋式逆變電路仿真，fc=300HZ,fr=

28、50HZ,m=0.4。圖（5-2）單相橋式PWM單相橋式逆變電路仿真 將調(diào)制深度m設(shè)置為0.5，輸出基波頻率設(shè)為50Hz，載波頻率設(shè)為基波的6倍，即300Hz，仿真時(shí)間設(shè)為0.03s，采樣時(shí)間設(shè)為1e-005s，運(yùn)行后可得仿真結(jié)果，輸出電壓，電流。5.3單極性PWM方式下的單相橋式逆變電路仿真，fc=100HZ,fr=50HZ,m=0.4。圖（5-3）54單極性PWM方式下的單相橋式逆變電路仿真，fc=2200HZ,fr=50HZ,m=0.4。 圖（5-4） 55單極性PWM方式下的單相橋式逆變電路仿真，fc=200HZ,f=50HZ,m=0.7 圖(5-5)5.6 FFT諧波分析1）對(duì)電壓進(jìn)行FFT分析，得如下分析結(jié)果：圖（5-6）：?jiǎn)螛O性控制方式下輸出電壓的FFT分析由FFT分析可知：在m=0.5,fc=750Hz,fr=50Hz，即N=15時(shí)，輸出電壓的基波電壓的幅值為U1m=150.9V，基本滿(mǎn)足理論上的U1m=m*Ud(即300*0.5=150)。諧波分布中最高的為29次和31次諧波，分別為基波的71.75%和72.36%，考慮最高頻率為4500Hz時(shí)的THD達(dá)到106.50%。2）對(duì)電流進(jìn)行FFT分析，得如下分析結(jié)果：圖（5-7）：?jiǎn)螛O性控制方式下輸出電流的FFT分析由FFT分析可知：在m=0.5,fc=