單極性模式PWM逆變電路的計算機(jī)仿真

1、摘要逆變電路是PWM控制技術(shù)最為重要的應(yīng)用場合。這里在研究單相橋式PWM逆變電路的理論基礎(chǔ)上，采用Matlab的可視化仿真工具Simulink建立單相橋式單極性控制方式下PWM逆變電路的仿真模型，通過動態(tài)仿真，研究了調(diào)制深度、載波頻率對輸出電壓、負(fù)載上電流的影響；并分析了輸出電壓、負(fù)載上電流的諧波特性。仿真結(jié)果表明建模的正確性，并證明了該模型具有快捷、靈活、方便、直觀等一系列特點(diǎn)，從而為電力電子技術(shù)教學(xué)和研究中提供了一種較好的輔助工具。關(guān)鍵詞:Matlab/Simulink；PWM逆變電路；動態(tài)仿真；建模刖百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P

2、WM型逆變電路。為了對PWM型逆變電路進(jìn)行分析，首先建立了逆變器控制所需的電路模型，采用IGBT作為開關(guān)器件，并對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模塊對仿真波形進(jìn)行了FFT分析 （諧波分析）。通過仿真分析表明，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。目錄摘要1前言2一逆變電路相關(guān)概述41.1.MATLAB的介紹41.2PWM技術(shù)41.3PWM控制方法5二主電路工作原理說明102.1PWM控制的基本原理10三主電路設(shè)計的詳細(xì)過程12四仿真模型的建

3、立及各模塊參數(shù)設(shè)置144.1單極性PWM控制發(fā)生電路模型144.2單極性SPWM方式下的單相橋式逆變電路16五、總結(jié)23參考文獻(xiàn)24七、體會25一逆變電路相關(guān)概述1.1 .MATLAB的介紹MATLAB將矩陣運(yùn)算、數(shù)值分析、圖形處理、編程技術(shù)結(jié)合在一起，為用戶提供了一個強(qiáng)有力的科學(xué)及工程問題的分析計算和程序設(shè)計工具，它還提供了專業(yè)水平的符號計算、文字處理、可視化建模仿真和實(shí)時控制等功能，是具有全部語言功能和特征的新一代軟件開發(fā)平臺。MATLAB已發(fā)展成為適合眾多學(xué)科，多種工作平臺、功能強(qiáng)大的大型軟件。MATLAB已成為線性代數(shù)、自動控制理論、數(shù)理統(tǒng)計、數(shù)字信號處理、時間序列分析、動態(tài)系統(tǒng)仿真等

4、高級課程的基本教學(xué)工具。1.2 PWM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(PulseWidthModulation)是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。簡而言之，PWM是一種對模擬信號電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。通過高分辨率計數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來對一個具體模擬信號的電平進(jìn)行編碼。PWM信號仍然是數(shù)字的，因?yàn)樵诮o定的任何時4亥

5、1J,滿幅值的直流供電要么完全有（ON）,要么完全無（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。通的時候即是直流供電被加到負(fù)載上的時候，斷的時候即是供電被斷開的時候。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用PWM進(jìn)行編碼。1.3 PWM控制方法采樣控制理論中有一個重要結(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，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)，對半導(dǎo)體開關(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的脈沖，用這些脈沖來代替正弦波或其他所需要的波形.按一定的規(guī)則對各脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，既可改變逆變電路輸

6、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類方法.（1）相電壓控制PWM1等脈寬PWM法VVVF(VariableVoltageVariableFrequency)PAM(Puls

7、eAmplitudeModulation)控制技術(shù)來實(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裝置在早期是采用法的這個缺點(diǎn)發(fā)展而來的，是PWM法中最為簡單的一種.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.相對于PAM法，該方法的優(yōu)點(diǎn)是簡化了電路結(jié)構(gòu)，提高了輸入端的功率因數(shù)，但同時也存在輸出電壓中除基波外，還包含較大的諧波分量.2隨機(jī)PWM在上世紀(jì)70年代開始至上世紀(jì)80年代初，由于當(dāng)時大功率晶體管主要為雙極性達(dá)林頓三極管，載波頻率一月不超

8、過5kHz,電機(jī)繞組的電磁噪音及諧波造成的振動引起了人們的關(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)改變開關(guān)頻率使電機(jī)電磁噪音近似為限帶白噪聲(在線性頻率坐標(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，對于載波頻率必須限制在較低頻率的場合，隨機(jī)PWM仍然有其特殊的價值；另一方面則說明了消除機(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)正是提供了一個分析，解決這種問題的全新思路.3 SPWM法SPWM(SinusoidalPWM)法是一種比較成熟的，目前使用較廣泛的

9、PWM法.前面提到的采樣控制理論中的一個重要結(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，其效果基本相同.SPWM法就是以6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，通過查表的方式生成PWM信號控制開關(guān)器件

10、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)確地計算出各開關(guān)器件的通斷時刻，其所得的的波形很接近正弦波，但其存在計算繁瑣，數(shù)據(jù)占用內(nèi)存大，不能實(shí)時控制的缺點(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，把接受調(diào)制的信號作為載波，通過對載波的調(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)制信號波為正弦波時，所得到白就是SPWM波形.其實(shí)現(xiàn)方法簡單，可以用模擬電路構(gòu)成三角波載波和正弦調(diào)制波發(fā)生電路，用比較器來確定它們的交點(diǎn)，在交點(diǎn)時刻對開關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制，就可以生成SPWM波.但是，這種模擬

11、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，在兩個波形的自然交點(diǎn)時刻控制開關(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，脈沖中心在一個周期內(nèi)不等距，從而脈寬表達(dá)式是一個超越方程，計算繁瑣，難以實(shí)時控制.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正弦波進(jìn)行采

12、樣得到階梯波，再以階梯波與三角波的交點(diǎn)時刻控制開關(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)）位置對正弦波進(jìn)行采樣時，由階梯波與三角波的交點(diǎn)所確定的脈寬，在一個載波周期（即采樣周期）內(nèi)的位置是對稱的，這種方法稱為對稱規(guī)則采樣.當(dāng)三角波既在其頂點(diǎn)又在底點(diǎn)時刻對正弦波進(jìn)行采樣時，由階梯波與三角波的交點(diǎn)所確定的脈寬，在一個載波周期（此時為采樣周期的兩倍）內(nèi)的位置一般并不對稱，這種方法稱為非對稱規(guī)則采樣.規(guī)則采樣法是對自然采樣法的改進(jìn)， 其主要優(yōu)點(diǎn)就是是計算簡單， 便于在線實(shí)時運(yùn)算，其中非對稱規(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，線性控制范圍較小.以上兩種方法均只

13、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.其原理是對輸出電壓波形按傅氏級數(shù)展開，表示為u（wt）=ansinnwt,首先確定基波分量al的值，再令兩個不同的an=0,就可以建立三個方程，聯(lián)立求解得a1,a2及a3,這樣就可以消去兩個頻率的諧波.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相當(dāng)大，而且同樣存在計算復(fù)雜的缺點(diǎn).該方法同樣只適用于同步調(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8

14、6.6%.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8較法.該方法是采用梯形波作為調(diào)制信號，三角波為載波，且使兩波幅值相等，以兩波的交點(diǎn)時刻控制開關(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，其所含的基波分量幅值已超過了三角波幅值，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.4 2)線電壓控制PWM前面所介紹的各種PWM控制方法用于三相逆變電路時，都是對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，對于像三相異步電動機(jī)這樣的三相無中線對稱負(fù)載，逆變器輸出不必追求相電壓接近正弦，而可著

15、眼于使線電壓趨于正弦.因此，提出了線電壓控制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)制信號便呈現(xiàn)出馬鞍形，而且幅值明顯降低，于是在調(diào)制信號的幅值不超過載波幅值的情況下，可以使基波幅值超過三角波幅值，提高了直流電壓利用率.在三相無中線系統(tǒng)中，由于三次諧波電流無通路，所以三個線電壓和線電流中均不含三次諧波4.除了可以注入三次諧波以外，還可以注入其他3倍頻于正弦波信號的其他波形，這些信號都不會影響線電壓.這是因?yàn)椋?經(jīng)過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

16、號的諧波，但在合成線電壓時，各相電壓中的這些諧波將互相抵消，從而使線電壓仍為正弦波.二單元脈寬調(diào)制法因?yàn)?，三相對稱線電壓有Uuv+Uvw+Uwu=0的關(guān)系，所以，某一線電壓任何時刻都等于另外兩個線電壓負(fù)值之和.現(xiàn)在把一個周期等分為6個區(qū)間,每區(qū)間60,對于某一線電壓例如Uuv,半個周期兩邊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作同樣處理時，就可以得到三相線電壓波形只有半周內(nèi)兩邊60區(qū)間的兩種波形形狀，并9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，載波仍用三角波并把各區(qū)間的曲線用直線近似(實(shí)踐表明，這樣做引起的誤差不大，完全可行)，就可以得

17、到線電壓的脈沖波形，該波形是完全對稱，且規(guī)律Tt很強(qiáng)，負(fù)半周是正半周相應(yīng)脈沖列的反相，因此，只要半個周期兩邊600區(qū)間的脈沖列一經(jīng)確定，線電壓的調(diào)制脈沖波形就唯一地確定了.這個脈沖并不是開關(guān)器件的驅(qū)動脈沖信號，但由于已知三相線電壓的脈沖工作模式，就可以確定開關(guān)器件的驅(qū)動脈沖信號了.該方法不僅能抑制較多的低次諧波，還可減小開關(guān)損耗和加寬線性控制區(qū)，同時還能帶來用微機(jī)控制的方便，但該方法只適用于異步電動機(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，把實(shí)際的電流波形作為反饋信號，通過兩者瞬時值的比較來決定各開關(guān)器件的通斷，使實(shí)際輸出隨指令信號的改變

18、而改變二主電路工作原理說明4.1 PWM控制的基本原理PWM(PulseWidthModulation)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(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

19、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10圖（2-1）:單極性PWM控制方4.2 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)確計算PWM波各脈沖寬度和間隔，據(jù)此控制逆變電路開關(guān)器件的通斷，就可得到所需PWM波形，這種方法稱為計算法。由于計算法較繁瑣，當(dāng)輸出正弦波的頻率、幅值或相位變化時，結(jié)果都要變化。與計算法相對應(yīng)的是調(diào)制法，即把希望調(diào)

20、制的波形作為調(diào)制信號，把接受調(diào)制的信號作為載波，通過信號波的調(diào)制得到所期望的PWM波形。通常采用等腰三角波作為載波，在調(diào)制信號波為正弦波時，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作為開關(guān)器件的單相橋式電壓型逆變電路。11上圖波形稱為單極性PW瞰形，根據(jù)面積等效原理，正弦波還可等效為下圖(2-2)單相橋式PWM逆變電路(1)單極性PWM控制方式：在ur和uc的交點(diǎn)時刻控制IGBT的通斷。ur正半周，V1保持通，V2保持?jǐn)唷．?dāng)uruc時使V4通，V3斷，uo=Ud。當(dāng)uruc時使V4斷，V3通，uo=0。ur負(fù)半周，V2保

21、持通，V1保持?jǐn)?。?dāng)uruc時使V3斷，V4通，uo=0。這樣就得到圖(2-1)所示的單極性的SPWM波形。(2)雙極性PWM控制方式：在ur的半個周期內(nèi)，三角波載波有正有負(fù)，所彳導(dǎo)PWM波也有正有負(fù)，其幅值只有土Ud兩種電平。同樣在調(diào)制信號ur和載波信號uc的交點(diǎn)時刻控制器件的通斷。ur正負(fù)半周，對各開關(guān)器件的控制規(guī)律相同。當(dāng)uruc時，給V1和V4導(dǎo)通信號，給V2和V3關(guān)斷信號。如io0,V1和V4通，如io0,VD1和VD4通，uo=Ud。當(dāng)uruc時，給V2和V3導(dǎo)通信號，給V1和V4關(guān)斷信號。如io0,VD2和VD3通，uo=-Ud。這樣就得到圖二所示的雙極性的SPWM波形。三主電路

22、設(shè)計的詳細(xì)過程根據(jù)設(shè)計要求，采用單相全橋PWM逆變電路，工作方式為單極性PWM方式，開關(guān)器件選用IGBT,直流電源電壓為300V,電阻負(fù)載，電阻1歐姆，電感2mh。設(shè)計主電路圖12信號波載波圖（3-1）單相橋式PWM逆變電路采用IGBT作為開關(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。a.當(dāng)ucoutri,且-ucoutri,觸發(fā)VTA+和VTB-導(dǎo)通,輸入電源Ud經(jīng)過VTA+、負(fù)載和VTB-構(gòu)成電流回路，uo=-Ud,電流上升；b.當(dāng)ucoutri,且

23、-ucoutri,使VTB-斷開，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,同時電流下降；直至下一個周期觸發(fā)VTA+和VTB-導(dǎo)通。由此循環(huán)往復(fù)周期性的工作。13四仿真模型的建立及各模塊參數(shù)設(shè)置4.1單極性PWM控制發(fā)生電路模型信號波載波圖（4-1）所示1）建立仿真模型第一步先建立主電路的仿真模型。直流電源在Simulink的“SimPowerSystems”庫中的“ElectricalSources”中的“DCvoltageSource”模塊生成，雙擊其對話框，設(shè)置“Amplitude”為300,設(shè)置Measurement

24、s”為“Voltage，便可構(gòu)成300V的直流電源；阻感性負(fù)載在“SimPowerSystems”庫中的“Elements”中的“SeriesRLCBranch”模塊生成，雙擊其對話框，設(shè)置“Branchtype”為“RL，設(shè)置Resistance”為1,設(shè)置“Inductance”為2e-3,將“Measurements”設(shè)置為“Branchvoltageandcurrent，于是便設(shè)置出電阻為1歐姆，電感為2mh的阻感性負(fù)載。設(shè)置IGBT元件模型，“SimPowerSystems”庫中的“PowerElectronics”中的“UniversalBridge”模塊生成，雙擊其對話框，設(shè)置“

25、Numberofbridgearms”為2,“SnubberresistanceRs”為“inf”，設(shè)置“PowerElectronicdevice”為“IGBT/Diodes14電流表在“SimPowerSystems”庫中的“Measurements”下的“CurrentMeasurement”模塊生成。所用到的萬用表是由“SimPowerSystems”庫中的Measurements”下的“VoltageMeasurement”模塊生成。示波器是在“CommonlyUsedBlocks”下的“Scope”模塊生成， 雙擊其對話框， 設(shè)置“Numberofaxes”為3,示波器是用來觀測P

26、WM脈沖波形、逆變輸出的電壓和電流波形。第二步再來構(gòu)造單極性PWM控制信號的發(fā)生部分。在Simulink的“Source”庫中選擇“Clock”模塊，以提供仿真時間t,乘以2*pi*f后通過一個“sin”模塊即為simwt,乘以調(diào)整深度m后可得所需的正弦調(diào)整信號；三角載波信號由“Source”庫中的“RepeatingSequence”模塊產(chǎn)生，雙擊其對話框，設(shè)置“TimeValues”為01/fc/43/fc/41/fc,設(shè)置“OutputValues”為0-110,便生成頻率為fc的三角載波；將調(diào)制波和載波通過一些運(yùn)算與比較，即可得出下圖所2）分析仿真結(jié)果調(diào)制深度m設(shè)為0.5,輸出基波頻率

27、設(shè)為50hz,載波頻率設(shè)為基波的15倍，即750hz.將仿真時間設(shè)為0.06,在powerui中設(shè)置為離散仿真模式，采樣時間為0.00001s,運(yùn)行后可得仿真結(jié)果，輸出交流電壓、交流電流和直流電流波形如圖（4-2）所示。輸出的電壓PWM型電壓，脈沖寬度符合正玄變化規(guī)律。直流電流同樣含有直流分量、兩倍基頻的交流分量以及與開關(guān)頻率有關(guān)的更高次諧波分量。但負(fù)載電流以開關(guān)頻率向直流電源回饋的情況較雙極性調(diào)制時大大減少，因此直流電流的開關(guān)次諧波大大小于雙極性情況。15i11 11.二|力f f-ifanH-ifanH尸 W:產(chǎn)-F-F-：-I-I7 7,I,I1 11 1= =R-LFITL1R-LFI

28、TL1嚴(yán)IIJ.ps.ps.產(chǎn)士_：011011IIIIj jI ILIL_iL-iLIL_iL-i_ _L LI ILslLslUBUB!_l!_li i* *LIuLJLIuLJLJl_lLJl_lLJLJLJLJL LJIJI- -1_11_1kJkJL_L_I Il&Jl&JLJLnJLJLnJl_ll_l1111- -J J U UI-I-I InJnJLJLJLJULJLJUD DQ5B誨京;1101552右三0030C3F.n4圖（4-2）:單相橋式PWM逆變器觸發(fā)脈沖波形（單極性SPWM波形）4.2單極性SPWM方式下的單相橋式逆變電路主電路圖如下所示:圖（4-

29、3）單相橋式PWM逆變器主電路圖將調(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15倍，即750Hz,仿真時間設(shè)為0.06s,在powergui中設(shè)置為離散仿真模式，采樣時間設(shè)為1e-005s,運(yùn)行后可得仿真結(jié)果，輸出交流電壓，交流電流和直流電流如下圖所示圖（4-4）:單極性SPWM方式下的逆變電路輸出波形16io進(jìn)行FFT分析，得如下分析結(jié)果:SigmItcamlyZeDisplaysslecte:GqualDisplnYFFTvindo/vm攔GE竭匚nW-,_FTE;FrequencyfHz)-AvailablesignalsStructvr：ScaptOshanp

30、ut:.inpiiinpii1 1SignalSignalnunher:1i*-FTwindow沆|。皿“umberorcycles:1uidaiictLalIIEMUIILF50l-FFTsstlnigsDisplayiCyla,u(relativeIoundsnrentd*Base.BSJB:1.0ricqucncyoisHerteMaxFiecuency(HzJ3500Display圖（4-5）:單極性控制方式下輸出電壓的FFT分析17由FFT分析可知：在m=0.5,fc=750Hz,fr=50Hz,即N=15時，輸出電壓的基波電壓的幅值為U1m=150.9V,基本滿足理論上的U1m=m

31、*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時的THD達(dá)到106.50%。對輸出電壓uo進(jìn)行FFT分析，得如下分析結(jié)果：圖(4-6)單極性控制方式下輸出電流的FFT分析18FFTFFTanalysis0000Axailabl?siralsStmctLitScopeJataripuripul.:l.:input2Signal!Signal!niiFbci:1-FFTwindup-tantne(s)C.02Numbercifcycles:1-undanentaiirequenev(Hzl：-FFT-FF

32、T3 上口日style:Bar(rlotiioundanrCinid).已呼1,0rrqunca)isHfirizMaxFiecuerwyMaxFiecuerwy(MzCJuitSi9m11。analyzeDisplayselertacsgralDisplayFFTvindoArFFTFFTwinder:winder:1of3 3eyee e ofeofe l l ctct dBignsOdBignsO0.020,0220.CP4O.MGO.CGfi0.000.CG20.0340.Q3S103S0.020,0220.CP4O.MGO.CGfi0.000.CG20.0340.Q3S103SI；m

33、e(s)200200F FM Mg gmzitamzita(史Hr)Hr)= =9.9.THi=1萬12%2020k kc c口EEPUrLL.EEPUrLL.圖（4-7）單極性控制方式下IGBT電流的FFT分析由FFT分析可知：在m=0.5,fc=750Hz,fr=50Hz,即N=15時，輸出電流基波幅值為128.2A,考慮最高頻率為4500Hz時的THD=13.77%,輸出電流近似為正弦波改變調(diào)制比m和載波比N,如增大m和N,可以有效減小輸出電壓和輸出電流的諧波分量。將調(diào)制深度m設(shè)置為1,輸出基波頻率設(shè)為50Hz,載波頻率設(shè)為基波的15倍，即750Hz,仿真時間設(shè)為0.06s,在power

34、gui中設(shè)置為離散仿真模式，采樣時間設(shè)為1e-005s,運(yùn)行后可得仿真結(jié)果，輸出交流電壓，交流電流和直流19SigirialioanalyzeAvailablesignalasirtj&nj-e:ScopeD-EaInpul.ScopeD-EaInpul.incLt3incLt3SignalnunitiSignalnunitiFFT倒ndLYV-FFT 口 naIvBisj-H107tnJamerial(MHz)-000ICG3 皿口-03G 芯心心 2KAhqiMiBpurMn汽f；J,1一_yJ_Lilli.U占LIUIUQD1=UU20002SQD0 口口U3OJFi|ij*nc

35、y(Ha)鼠 irtniiw2Kns?NLinbiEidTNLinbiEidTc-yctei;c-yctei;1 1FL-r-idaiTieintdfre-quencyFL-r-idaiTieintdfre-quency； HzJHzJ5050FFTsstlirbgstJlipFFTsstlirbgstJliplaysfyie!laysfyie!FrdCMbriCYFrdCMbriCY瓶電UDiiulayUDiiulayPTPT ViHClU6ViHClU6FTTvhIJLW1ufLyvluirulujle&tuJ50CLD2O.0220.02J1.02EOO2BD.D30.0320.

36、0340360.Q3BTimH(&)TimH(&)B-airel-srUvetofmndaneotalliB-airel-srUvetofmndaneotalli- -HM-IZMnwrirgqi.jmef(ME),Mnwrirgqi.jmef(ME),300圖（4-8）單極性SPWM單相逆變器m=1時的仿真波形對上圖中的輸出電壓uo進(jìn)行FFT分析，得如下分析結(jié)果:圖（4-9）單極性SPWM單相逆變器m=1時的諧波分析20SigniltosnalyzdDliplriys&lecljeiasgndl修D(zhuǎn)i5p|i&yFF1FTflrhJilysis- -Avail

37、able!signalsAvailable!signalsStructureinput:mpa.inahHimbAi!1I-FFTwindow-?U*”加&楣C.CT2Numberorcycles；1匕， 心)知 iIB13EMhings博 p 西，抵的：Bar(rclcnvetounfilQrrcntd)Tme(s)Fundamental(50Hz)-2974sTHE5255%對輸出電流io進(jìn)行FFT分析，得如下分析結(jié)果:SignaltoanalyzeDisplays?iectaclsgnaldisplayF-l-rwjlndtuvIme(s)FFTanalysisArailabl?

38、sigrals號tuetuScopedataUlpLiriUlpLiriincMJ:1 1BiqnolBiqnolnunber:1一FFTwindow1Starttimo(Starttimo():):1cm1cmNumberafcycles:1=ErmM_ru_聲二Fmidiorincritial11CMUCTUL,r(KkX50i-FFTtliinys3ispbstyle:Bot(rlcxivIojundQrroKGl)千n?i工Ei；亡h.oFrquncyai&HeilzMaxMaxFiequeftey(Hzj3500DisplayCtase圖（4-10）單極性控制下輸出電流FFT

39、分析SignalIcaiifilfz.bDisplayselectedegnalGDisplayFHwinclojvFFTwindiow1of3cyclesDfselectedsiqnal2 2口0-200Amildbfesignalsstrumrw：ScopcDotanpul;inpu2nlgnmliLmbei:iLmbei:0.020.D220.0240.DC2EO.LQU0.020.D220.0240.DC2EO.LQU0.030.030.CQ20.0340.CQ20.034口036036ELDELD Time(5)rrrHnrivisFundanner.talFundanner.tal

40、(5OHE)= =297.4297.4. .HD=52.5S%HD=52.5S%后2020ISIS1U&1U&U U0 06006001UJD1UJD15001500ROQ2500ROQ2500JQOOJQOO35J035J0Fr&auency(Hr)Fr&auency(Hr)標(biāo)EnpLwg*oFFTwindwStarttime:(3(G.D2NumbciWGIG1-LJidsneataliIreqisency(Hlz):50501 11 1FFTMtling,Diaptoiacylo;orfrelative1Qxundanrentolj產(chǎn) kuHl*h,0risuutiity03HartzMaxFiequerrcy(Hzi3500口聞 I 覆翼|dosedose圖（4-11）單極性控制下輸出電壓FFT分析21AvailablesignalsStructuiE.StructuiE.ScopeJstaripul.:inputinput3 3Signalnunbet:1 1_FFTwindowStartStarttnetne(sjcC.D(sjcC.D2 2NumbvcfcyDl;1rLndaiientalirequencvCH；y-FT-FTnetting?3