單相正弦波PWM逆變電路仿真報(bào)告Simulink

1、單相正弦波PWM逆變電路仿真報(bào)告仿真目的：經(jīng)過對(duì)單相SPWM逆變電路不一樣控制方式的仿真研究，進(jìn)一步理解SPWM控制信號(hào)的產(chǎn)生原理，單極性、雙極性控制方式的原理及不一樣、載波比與調(diào)制深度不一樣對(duì)逆變電路輸出波形的影響等。仿真原理:2.1單相橋式逆變電路圖1所示為單相橋式逆變電路的框圖，設(shè)負(fù)載為阻感負(fù)載。在橋式逆變電橋臂的上下兩個(gè)開關(guān)器件輪流導(dǎo)通，即工作時(shí)V1和V2通斷狀態(tài)互補(bǔ)V3和V4的通斷狀態(tài)互補(bǔ)。下邊將就單極性及雙極性兩種不一樣的控制方法進(jìn)行路中，,分析。圖1單相橋式PWM逆變電路2.2不一樣控制方式原理2.2.1單極性控制方式調(diào)制信號(hào)山為正弦波，載波Uc在山的正半周為正極性的三角波，在山

2、的負(fù)半周為負(fù)極性的三角波。在Ur的正半周,V1保持通態(tài)，V2保持?jǐn)鄳B(tài)，在UrUc時(shí)使V4導(dǎo)通，V3關(guān)斷，U0=Ud；在UrUc時(shí)使V3導(dǎo)通，V4關(guān)斷，U0=0；在Ur的負(fù)半周，V1保持?jǐn)鄳B(tài)，V2保持通態(tài)，在UrUc時(shí)使V4導(dǎo)通，V3關(guān)斷，U0=0。這樣就獲取了SPWM波形U0o圖2單極性PWM控制波形雙極性控制方式采納雙極性方式時(shí)，在U的半個(gè)周期內(nèi)，三角波不再是單極性的，而是有正有r負(fù)，所得的波也是有正有負(fù)。在U的一個(gè)周期內(nèi)，輸出的波只有土?？兩種r電平，而不像單極性控制時(shí)還有零電平。在r的正負(fù)半周，對(duì)各開關(guān)器件的控制規(guī)U律相同。即rc時(shí)，給V1和V4導(dǎo)通訊號(hào)，給V2和V3以關(guān)斷信號(hào)，如i0那

3、么UU0,V1和V4通，如0那么VD1和VD4通，不管哪一種狀況都是輸出電壓0d。rci0,如iU=UUU時(shí)，給V2和V3導(dǎo)通訊號(hào)，給V1和V4以關(guān)斷信號(hào)，這時(shí)0,VD2VD3U=-U仿真過程：3.1仿真主電路模型：仿真模型如圖4所示，此中的模塊為依據(jù)不一樣控制方式自定義的子系統(tǒng)封裝PWM模塊，設(shè)置該模塊的參數(shù)為m調(diào)制深度、f調(diào)制波頻率、fc載波頻率,Discrete,Ts=le-D05s.povrferguiSocpevoltageSourceLoad方便仿真時(shí)快捷調(diào)整調(diào)制深度及載波比，來觀察不一樣參數(shù)對(duì)逆變電路輸出的影響。UniversalBridgea-圖4仿真主電路圖中的Univers

4、alBridge模塊，在對(duì)話框中選擇橋臂數(shù)為2,即可構(gòu)成單相全橋電路，開關(guān)器件選帶反并聯(lián)二極管的IGBT直流電壓源模塊設(shè)置為300V;“SeriesRLCBrandh模塊去掉電容后將阻感負(fù)載分別設(shè)為1Q和2mH；在申聯(lián)RLC支路模塊的對(duì)話框下方選中丈量電壓和電流，再利用“Multimeter模塊即可觀察逆變器的輸出電壓、電流；“Powergui模塊設(shè)置為失散仿真模式，采樣時(shí)間為1e-5s仿真時(shí)間設(shè)為0.06s,選擇ode45仿真算法。3.2單極性PWM逆變仿真3.2.1單極性PWM控制信號(hào)產(chǎn)生原理在本仿真中，采納同幅值、同頻率的兩條等腰三角載波分別與同幅值、同頻率，但相位相差180的兩條正弦調(diào)

5、制波比較，經(jīng)過辦理后獲取控制信號(hào)，原理PWM如圖5所示。由丁兩個(gè)橋臂是分開控制的同一橋臂上的兩個(gè)開關(guān)在控制上仍然互補(bǔ)。在輸出電壓的半個(gè)周期內(nèi)，電壓極性只在一個(gè)方向變化，故稱為單極性控制。u。ffipmnniTOomjuiii辦1.圖5單極性PWM控制信號(hào)產(chǎn)生原理3.2.2單極性控制仿真模型圖6單極性控制信號(hào)產(chǎn)生模型PWM在圖6中，正弦波m?sin2瑚)以及m?sin?2f+由模塊組合產(chǎn)生，與頻率為fc的等腰三角波比較后，經(jīng)過辦理產(chǎn)生單極性控制信號(hào)。PWM3.2.3進(jìn)行仿真及波形記錄調(diào)制深度m設(shè)為0.5,基波頻率f設(shè)為50Hz,載波頻率fc設(shè)為基頻的20倍，即。運(yùn)轉(zhuǎn)仿真主電路，可得輸出電壓、負(fù)載

6、電流、直流側(cè)電流如圖71000Hz所圖7m=0.5,fc=1000Hz時(shí)單極性PWM逆變電路輸出波形對(duì)此時(shí)的輸出電壓及負(fù)載電流進(jìn)行FFT分析，結(jié)果如圖8所示。輸出電壓基波幅值為150.4V,與理論值很湊近，約為基波幅值的。其為124.27%而由丁50%THD感性負(fù)載的存在，負(fù)載電流的THD為4.97%。洽EwwnLLO邕骸5圖8m=0.5,fc=1000Hz時(shí)單極性輸出電壓FFT分析結(jié)果仿真(2)在(1)的基礎(chǔ)上，將調(diào)制深度m改為1,其他參數(shù)不變，仿真后可得此時(shí)輸出電壓、負(fù)載電流及直流側(cè)輸電流波形如圖9所示。圖9m=1,fc=1000Hz時(shí)單極性PWM逆變電路輸出波形對(duì)此時(shí)的輸出電壓及負(fù)載電流

7、進(jìn)行FFT分析，結(jié)果如圖10所示。輸出電壓基波幅值為300.1V,與理論值特別湊近，其THD降為52.16%。而相同由丁感性負(fù)載的存在，負(fù)載電流的THD為1.99%,比(1)中降低很多。2J3言64-2器O?萼圖10m=1,fc=1000Hz時(shí)單極性輸出電壓FFT分析結(jié)果仿真(3)在(2)的基礎(chǔ)大將載波頻率提升到fc=2000Hz.仿真后，獲取此時(shí)的輸出電壓，負(fù)載電流及直流側(cè)電流波形如圖11所示.圖11m=1,fc=2000Hz時(shí)單極性PWM逆變電路輸出波形此時(shí)的輸出電壓基波幅值為300.2V,THD為52.1%;負(fù)載電流的THD降為1.09%,更加湊近正弦Fundamental=2S4.1.

8、TUA109%ooO(-國一匚助5352-5153OUUBFUnLX.2曜2)-OJ0To05101520HarmQnicorder圖12m=1,fc=2000Hz時(shí)單極性負(fù)載電流FFT分析結(jié)果3.2.4單極性控制仿真結(jié)果分析對(duì)照仿真、的仿真波形及FFT分析結(jié)果可以看出，相對(duì)丁1123的結(jié)果，2的結(jié)果波形中電壓中心局部明顯加寬，THD明顯減小，負(fù)載電流波形更加圓滑；而3的結(jié)果波形中輸出電壓中心加寬更明顯，負(fù)載電流的正弦度也更好了。因而可知調(diào)制深度與載波比對(duì)波形的影響很大，參數(shù)值越大，逆變輸出效m果越好。3.3雙極性PWM逆變仿真3.3.1雙極性PWM控制信號(hào)產(chǎn)生原理相對(duì)丁單極性控制，雙極性控制

9、較為簡單，將正弦調(diào)制信號(hào)與雙極性三角PWM載波進(jìn)行比較后經(jīng)過簡單辦理，即可產(chǎn)生控制信號(hào)。其原理如圖3所PWM小O3.3.2雙極性PWM控制信號(hào)產(chǎn)生模型圖13雙極性PWM控制信號(hào)產(chǎn)生模型圖13中，相同由時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)過辦理產(chǎn)生的正弦波與頻率為三角波比較后，經(jīng)過辦理即可獲取雙極性PWM控制信號(hào)。fc的雙極性等腰3.3.3進(jìn)行仿真及波形記錄如單極性PWM逆變仿真中相同，分別對(duì)應(yīng)丁仿真1、2、3,設(shè)定調(diào)制深度m與載波頻率fc的值，獲取仿真波形如圖14、15、16所示。圖15m=1,fc=1000Hz時(shí)雙極性PWM逆變電路輸出波形“出龜在虺禮圖16m=1,fc=2000Hz時(shí)雙極性PWM逆變電路輸出波形3.

10、3.4仿真結(jié)果分析相同對(duì)每次仿真結(jié)果進(jìn)行FFT分析，輸出電壓THD由263.75新至99.72%;負(fù)載電流THD由21.09%降至3.83%,諧波含量及正弦度明顯改進(jìn)。如同單極性PWM逆變仿真結(jié)果分析中所述，調(diào)制深度m和載波比的大小對(duì)雙極性PWM逆變輸出波形的影響也很大，在m和fc值較大的狀況下，負(fù)載電流的正弦度明顯較好。同時(shí)，對(duì)照仿真圖可以看出，在相同的參數(shù)條件下，單極性控制下的逆變輸出波形要比雙極性控制下的輸出要好。拓展思慮在仿真過程中可以看出，不管是單極性控制還是雙極性控制，在不一樣的參數(shù)條件下，由丁輸出電壓含有諧波，負(fù)載電流的波形總是不夠圓滑。所以考慮在逆變器輸出局部參加LC濾波環(huán)節(jié)，看能否可以改進(jìn)輸出狀況。經(jīng)過仿真對(duì)照，設(shè)參加濾波環(huán)節(jié)后的仿真主電路如圖17所示:置L=0.002H,C=1e-4F.7T3TTj圖17參加LC濾波的仿真主電路對(duì)單極性和雙極性控制,分別在m=0.5,fc=1000Hz參數(shù)條件下進(jìn)行仿真并記錄波形如圖18、19所示。圖18