試驗(yàn)單相逆變器單極性和雙極性SPWM調(diào)制技術(shù)的仿真

1、單相逆變器單極性和雙極性SPWMK制技術(shù)的仿真. 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)， 即通過對(duì)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(shí)，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(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

2、和相應(yīng)的正弦波部分面積(沖量)相等，就可得到圖1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，也稱為SPWM波。Ud-Ud圖1單極性SPWM控制方式波形上圖所示的波形稱為單極性 SPWM波形，根據(jù)面積等效原理，正弦波還可等 效為圖2中所示的PWM波，這種波形稱為雙極性 SPWM波形，而且這種方式 在實(shí)際應(yīng)用中更為廣泛。圖2雙極性SPWM控制方式波形. 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。

3、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)此控制逆變電路開關(guān)器件的通斷， 就可 得到所需PWM波形，這種方法稱為計(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，通過信號(hào)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(hào)波為正弦 波時(shí)，所得到的就是SPWM波形。下面具體分析單相和三相逆變電路雙極性控 制方式。圖3是采用IGBT作為開關(guān)器件的單相橋式電壓型逆變電路。Uc時(shí)，給V1和V4導(dǎo)通信號(hào)，給V2和V3關(guān)斷信 號(hào)。如 i00

4、, V1 和 V4 通，如 i00, VD1 和 VD4 通，U0 = Ud 。當(dāng) UrUc 時(shí), 給V2和V3導(dǎo)通信號(hào)，給V1和V4關(guān)斷信號(hào)。如0, VD2和VD3通，Uo=-Ud。這樣就得到圖2所示的雙極性的SPWM波形。圖4是采用IGBT作為開關(guān)器件的三相橋式電壓型逆變電路。圖4三相PWM逆變電路當(dāng)Uru Uc時(shí)，給V1導(dǎo)通信號(hào)，給V4關(guān)斷信號(hào)，Uun、, =Ud/2；當(dāng)Uru Uc 時(shí)，給V4導(dǎo)通信號(hào)，給V1關(guān)斷信號(hào)，Uun、, =-Ud/2。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。UUN、,、UVN、，和UWN、，的PWM 波形只有

5、Vd/2兩種電平。Uuv波形可由Uun、,、Uvn、,得出，當(dāng)1和6通時(shí)， Uuv =Ud ,當(dāng) 3和 4通時(shí)，Uuv = Ud ,當(dāng) 1 和 3或 4和 6通時(shí)，Uuv=00Uvw、 Uwu的波形可同理得出。.電路仿真及分析雙極性SPWM波形的產(chǎn)生：仿真電路圖如圖5所示。在Simulink的“Source庫中選擇“Clock模塊，以提供仿真時(shí)間t,乘以2砧后 再通過一個(gè)“si莫塊即為sinwt,乘以調(diào)制比m后可得到所需的正弦波調(diào)制 信號(hào)。三角載波信號(hào)由“Sourc捽中的“Repeating Sequence帙產(chǎn)生，參數(shù)設(shè) 置為【0 1/fc/4 3/fc/4 1/fcl和【0 1 -1 0，

6、便可生成頻率為fc的 三角載波。將調(diào)制波和載波通過一些運(yùn)算與比較，即可得出圖6所示的雙極性SPWM觸發(fā)脈沖波形。圖5雙極性PWM逆變器觸發(fā)脈沖發(fā)生電路圖6雙極性SPWM波形從上圖可以看出，對(duì)于雙極性SPWM控制方式，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,SPWM波也是在正負(fù)之間變化。三相SPWM波形的產(chǎn)生：仿真圖如下所示。CleoXProductGainlXsin-2*pi/3Repeating SequnoeTrigunometri c FunctionlConstantCloc*1Constgnti%ProduetlAMrRep&atingSequence 1XsinCo

7、natarWConstanta CIdoZGa n2CD-iStsntZ-Tri g cnometri cFunctiDn2R*p9tingSeq：u&noe2DataLogicalOptrstDTReli lionalOp e ratorl，F(xiàn)4OTLgial；Op&fHt&rl .孫RelBticrelOp-&ratof24 f-iotLogicalOpHAtw2doubleCorie*sian3doubleCDnv&rsion 1double0 PiT/LlConv&f5i5n2Sooptl圖7三相SPWM逆變器觸發(fā)脈沖發(fā)生電路本文中采用單三角載波和三個(gè)幅值、頻率相同相位互差120度的三

8、相交流波 形作為調(diào)制波。同上，在 Simulink的“Source庫中選擇“Clock模塊，以提供仿 真時(shí)間t,乘以2%后再通過一個(gè)“sin模塊即為sintct,乘以調(diào)制比m后可得到所 需的正弦波調(diào)制信號(hào)，通過設(shè)置即可產(chǎn)生三相正弦波信號(hào)。三角載波信號(hào)由“Sourced中的 “RepeatingSequence模塊產(chǎn)生，參數(shù)設(shè)置為【0 1/fc/4 2/fc/4 1/fcl和1-1 0 1 -1，便可生成頻率為fc的三角載波。將調(diào)制波和載波通 過一些運(yùn)算與比較，即可得出三相 SPWM觸發(fā)脈沖波形。三角載波與調(diào)制波的 波形如圖8所示：圖8三相調(diào)制波與三角載波波形雙極性SPWM控制方式的單相橋式逆變

9、電路仿真及分析雙極性SPWM方式下的單相橋式逆變電路主電路圖如下圖所示:圖9單相橋式PWM逆變器主電路圖為了使仿真界面簡潔，仿真參數(shù)易于修改，通用橋(Universal Bridge)的觸發(fā)脈沖是圖5所示部分封裝成的子模塊。對(duì)于單相SPWM控制方式的逆變電路, 有如下重要參數(shù)：載波比N 載波頻率fc與調(diào)制信號(hào)頻率fr之比，即N = fc/fr0調(diào)制度m-調(diào)制波幅值A(chǔ)r與載波幅值A(chǔ)c之比，即m= AJAc。輸出電壓基波幅值Udim=mUd,其中，Ud為直流側(cè)電源電壓。將調(diào)制度m設(shè)置為0.9,調(diào)制波頻率設(shè)為50Hz,載波頻率設(shè)為基波的30倍 (載波比N=30),即1500Hz,仿真時(shí)間設(shè)為0.04s,在powergui中設(shè)置為離散仿 真模式，采樣時(shí)間設(shè)為1e-006s,運(yùn)行后可得仿真結(jié)果，建立 m文件，程序如下 所示：(示波器名稱設(shè)置為inv)subplot(2,1,1);plot(inv.time,inv.signals(1).values);title( 輸出電壓波形)；subplot(2,1,2);plot(inv.time,inv.signals(2).values);title( 輸出電