基于PWM 逆變器的設(shè)計(jì)與仿真

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設(shè)計(jì)題目：基于

電力電子仿真

PWM逆變器的設(shè)計(jì)與仿真1

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摘要

隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，電力電子技術(shù)的各種裝置在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各行各業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。從電能轉(zhuǎn)換的觀點(diǎn)，電力電子的裝置涵蓋交流——直流變換、直流——交流變換、直流——直流變換、交流——交流變換。譬如在可控電路直流電動(dòng)機(jī)控制，可變直流電源等方面都得到了廣泛的應(yīng)用,而這些都是以逆變電路為核心。由于電力電子技術(shù)中有關(guān)電能的變換與控制過程，內(nèi)容大多涉及電力電子各種裝置的分析與大量的計(jì)算、電能變幻的波形分析、測(cè)量與繪制等，這些工作特別適合Matlab的使用。本次設(shè)計(jì)的題目是基于PWM逆變器的設(shè)計(jì)與仿真，所以在此次仿真就用的是Matlab軟件，建立了基于Matlab的單相橋式SPWM逆變電路,采用IGBT作為開關(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/simupowersystems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,分別用單極性SPWM和雙極性SPWM的動(dòng)態(tài)模型給出了仿真的實(shí)例與仿真結(jié)果，驗(yàn)證了模型的正確性，并浮現(xiàn)了Matlab仿真具有的快捷，靈活，便利，直觀的以及Matlab繪制的圖形確鑿、明了、幽美的優(yōu)點(diǎn),從而進(jìn)一步展示了Matlab的優(yōu)越性。

關(guān)鍵字：PWM逆變器單極性SPWM雙極性SPWMMATLAB仿真2

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目錄摘要

緒論???????????????????????????1第1章MATLAB軟件???????????????????31.1軟件的介紹?????????????????????31.2電力電子電路的Matlab仿真?????????????41.2.1試驗(yàn)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)???????????????51.2.2電力電子電路Simulink仿真d特點(diǎn)???????5第2章逆變主電路的方案論證與選擇??????????6第3章PWM逆變器的工作原理??????????????93.1PWM控制理論基礎(chǔ)?????????????????93.1.1面積等效原理?????????????????93.2PWM逆變電路及其控制方法????????????113.2.1計(jì)算法????????????????????113.2.2調(diào)制法????????????????????113.2.3SPWM控制方式????????????????15第4章單相橋式PWM逆變器的仿真????????????184.1單相橋式PWM逆變器調(diào)制電路的Simulink模型?????184.1.1單極性SPWM仿真模型圖????????????184.1.2雙極性SPWM仿真模型圖???????????194.2仿真參數(shù)的設(shè)定及仿真圖的分析??????????194.2.1單極性SPWM的仿真及分析??????????193

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4.2.2雙極性SPWM仿真及分析??????????????26總結(jié)??????????????????????????32

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第2章逆變主電路的方案論證與選擇

方案一：半橋式逆變電路。在驅(qū)動(dòng)電壓的輪番開關(guān)作用下,半橋電路兩只晶體管交替導(dǎo)通和截止。半橋電路輸入電壓只有一半加在變壓器一次側(cè)，這導(dǎo)致電流峰值增加，因此半橋電路只在較低輸出功率場(chǎng)合下使用，同時(shí)它具有抗不平衡能力，從而得到廣泛應(yīng)用。半橋式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)原理圖如下圖。

半橋式逆變電路

方案二：?jiǎn)蜗鄻蚴侥孀冸娐贰蜗鄻蚴侥孀兤饔兴膫€(gè)帶反并聯(lián)續(xù)流二極管的IGBT組成，分別為VT1~VT4，直流側(cè)由兩個(gè)串聯(lián)電容，他們共同提供直流電壓Ud，負(fù)載為阻感負(fù)載，調(diào)制電路分別由單相交流正弦調(diào)制波形和三角載波組成，其中三角載波和正弦調(diào)制波的幅值和頻率之比分別被稱為調(diào)制度和載波頻率，這是SPWM調(diào)制中的兩個(gè)重要參數(shù)。三角載波和正弦調(diào)制波相互調(diào)制產(chǎn)生四路脈沖信號(hào)分別給六個(gè)IGBT提供觸發(fā)信號(hào)。

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單相橋式逆變電路

方案三：三相橋式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?Ud/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=0。UVW、UWU的波形可同理得出。

三相橋式逆變電路

方案四：推挽式逆變電路。推挽電路的工作是由兩路相位相反的

驅(qū)動(dòng)脈沖分別加到逆變開關(guān)管Q1、Q2的基極，控制它們交替斷通，使輸入直流電壓變換成高頻的方波交流電壓從變壓器輸出。

推挽式逆變電路

方案選擇：橋式電路和推挽電路的電壓利用率是一樣的，均比半橋電路大一倍。再基于橋式結(jié)構(gòu)的控制方式比較靈活，我選用橋式電7

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路，對(duì)于單相橋式電路和三相橋式電路，我選擇單相橋式電路來實(shí)現(xiàn)PWM逆變器的實(shí)現(xiàn)，所以選用方案二。

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第3章PWM逆變器的工作原理3.1理論基礎(chǔ)

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)，其效果基本一致。沖量指窄脈沖的面積。效果基本一致，是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本一致。低頻段十分接近，僅在高頻段略有差異。

3-1-1形狀不同而沖量一致的各種窄脈沖

3.1.1面積等效原理

分別將如圖3-1-1所示的電壓窄脈沖加在一階慣性環(huán)節(jié)（R-L電路）上，如圖3-1-2a所示。其輸出電流i(t)對(duì)不同窄脈沖時(shí)的響應(yīng)波形如圖3-1-2b所示。從波形可以看出，在i(t)的上升段，i(t)的形狀也略有不同，但其下降段則幾乎完全一致。脈沖越窄，各i(t)響應(yīng)波形的差異也越小。假使周期性地施加上述脈沖，則響應(yīng)i(t)也是周期性的。用傅里葉級(jí)數(shù)分解后將可看出，各i(t)在低頻段的特性將十分接近，僅在高頻段有所不同。用一系列等幅不等寬的脈沖來代替一個(gè)正弦半波，正弦半波N等分，看成N個(gè)相連的脈沖序列，寬度相等，但幅值不等；用矩形脈沖代替，等幅，不等寬，中點(diǎn)重合，面積（沖量）相等，寬度按正弦規(guī)律變化。9

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上述原理可以稱為面積等效原理，它是PWM控制技術(shù)的重要理論基礎(chǔ)。

下面分析用一系列等幅不等寬的脈沖來代替一個(gè)正弦半波。圖3-1-3可以看到把半波分成N等份，就可以把正弦半波看成N個(gè)彼此相連的脈沖序列組成的波形，然后把脈沖序列利用一致數(shù)量的等幅而不等寬的矩形脈沖代替，使它們面積相等，就可以得到脈沖序列。根據(jù)面積等效原理，PWM波形和正弦半波是等效的。

3-1-2沖量一致的各種窄脈沖的響應(yīng)波形

3-1-3用PWM波代替正弦半波10

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要改變等效輸出正弦波幅值，按同一比例改變各脈沖寬度即可。

3.2PWM逆變電路及其控制方法

目前中小功率的逆變電路幾乎都采用PWM技術(shù)。逆變電路是PWM控制技術(shù)最為重要的應(yīng)用場(chǎng)合。PWM逆變電路也可分為電壓型和電流型兩種，目前實(shí)用的幾乎都是電壓型。

3.2.1計(jì)算法

根據(jù)正弦波頻率、幅值和半周期脈沖數(shù)，確鑿計(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。

缺點(diǎn)：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

3.2.2調(diào)制法

輸出波形作調(diào)制信號(hào)，進(jìn)行調(diào)制得到期望的PWM波；尋常采用等腰三角波或鋸齒波作為載波；等腰三角波應(yīng)用最多，其任一點(diǎn)水平寬度和高度成線性關(guān)系且左右對(duì)稱；與任一平緩變化的調(diào)制信號(hào)波相交，在交點(diǎn)控制器件通斷，就得寬度正比于信號(hào)波幅值的脈沖，符合PWM的要求。

調(diào)制信號(hào)波為正弦波時(shí)，得到的就是SPWM波；調(diào)制信號(hào)不是正弦波，而是其他所需波形時(shí)，也能得到等效的PWM波。

結(jié)合IGBT單相橋式電壓型逆變電路對(duì)調(diào)制法進(jìn)行說明：設(shè)負(fù)載為阻感負(fù)載，工作時(shí)V1和V2通斷互補(bǔ)，V3和V4通斷也互補(bǔ)?？刂埔?guī)律：

u0正半周，V1通，V2斷，V3和V4交替通斷，負(fù)載電流比電壓滯后，在11

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電壓u正半周，電流有一段為正，一段為負(fù)，負(fù)載電流為正區(qū)間，V1V4關(guān)斷時(shí)，和V4導(dǎo)通時(shí)，負(fù)載電流通過V1和VD3續(xù)流，u0等于Ud，u0=0，

負(fù)載電流為負(fù)區(qū)間，i0為負(fù)，實(shí)際上從VD1和VD4流過，仍有u0=Ud，V4斷，V3通后，i0從V3和VD1續(xù)流，u0=0，u0總可得到Ud和零兩種電平。

u0負(fù)半周，讓V2保持通，V1保持?jǐn)?，V3和V4交替通斷，u0可得-Ud和

零兩種電平。

3-2-1單相橋式逆變電路

單極性PWM控制方式（單相橋逆變）：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，u0=Ud，當(dāng)uruc時(shí)使V3斷，V4通，u0=0，虛線u0f表示u0的基波分量。波形見圖3-2-2。12

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圖3-2-2單極性PWM控制方式波形

同一相上下兩臂的驅(qū)動(dòng)信號(hào)互補(bǔ)，為防止上下臂直通造成短路，留一小段上下臂都施加關(guān)斷信號(hào)的死區(qū)時(shí)間。死區(qū)時(shí)間的長(zhǎng)短主要由器件關(guān)斷時(shí)間決定。死區(qū)時(shí)間會(huì)給輸出PWM波帶來影響，使其稍稍偏離正弦波。

計(jì)算法中一種較有代表性的方法，圖3-2-3。輸出電壓半周期內(nèi)，器件通、斷各3次（不包括0和π），共6個(gè)開關(guān)時(shí)刻可控。為減少諧波并簡(jiǎn)化控制，要盡量使波形對(duì)稱。首先，為消除偶次諧波，使波形正負(fù)兩半周期鏡對(duì)稱，即：

u(?t)??u(?t??)

(3.2.1)

其次，為消除諧波中余弦項(xiàng)，使波形在半周期內(nèi)前后1/4周期以π/2為軸線對(duì)稱。

u(?t)?u(???t)(3.2.2)13

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四分之一周期對(duì)稱波形，用傅里葉級(jí)數(shù)表示為：u(?t)?nn?1,3,5,...?a?sinn?t(3.2.3)

圖3-2-3特定諧波消去法的輸出PWM波形

式中，an為an?4???20u(?t)sinn?td?t

圖3-2-3，能獨(dú)立控制a1、a2和a3共3個(gè)時(shí)刻。該波形的an為

a2UdUdan?[?sinn?td?t??(?sinn?t)d?t?a1?022?a3UUdd2(?sinn?td?t??a22?a32sinn?t)d?t]?2Ud(1?2cosn?1?2cosn?2?2cosn?3)n?4a1式中n=1,3,5,?(3.2.4)

確定a1的值，再令兩個(gè)不同的an=0就可建三個(gè)方程，求得a1、a2和a3消去兩種特定頻率的諧波：

在三相對(duì)稱電路的線電壓中，相電壓所含的3次諧波相互抵消，可考慮消去5次和7次諧波，得如下聯(lián)立方程：

a1?2Ud?(1?2cos?1?2cos?2?2cos?3)（2-5）14

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2Ud(1?2cos5?1?2cos5?2?2cos5?3)?0（2-6）5?2Uda7?(1?2cos7?1?2cos7?2?2cos7?3)?0（2-7）

7?a5?給定a1，解方程可得a1、a2和a3。a1變，a1、a2和a3也相應(yīng)改變。

一般，在輸出電壓半周期內(nèi)器件通、斷各k次，考慮PWM波四分之一周期對(duì)稱，k個(gè)開關(guān)時(shí)刻可控，除用一個(gè)控制基波幅值，可消去k－1個(gè)頻率的特定諧波，k越大，開關(guān)時(shí)刻的計(jì)算越繁雜。

3.2.3SPWM控制方式

一．SPWM包括單極性和雙極性兩種調(diào)制方法，

（1）假使在正弦調(diào)制波的半個(gè)周期內(nèi)，三角載波只在正或負(fù)的一種極性范圍內(nèi)變化，所得到的SPWM波也只處于一個(gè)極性的范圍內(nèi)，叫做單極性控制方式。

（2）假使在正弦調(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，則SPWM波也是在正負(fù)之間變化，叫做雙極性控制方式。(a)單極性SPWM法

(1)調(diào)制波和載波：曲線②是正弦調(diào)制波，其周期決定于需要的調(diào)頻比kf，振幅值決定于ku,曲線①是采用等腰三角波的載波，其周期決定于載波頻率，振幅不變，等于ku=1時(shí)正弦調(diào)制波的振幅值，每半周期內(nèi)所有三角波的極性均一致(即單極性)。

調(diào)制波和載波的交點(diǎn)，決定了SPWM脈沖系列的寬度和脈沖音的間隔寬度，每半周期內(nèi)的脈沖系列也是單極性的。

(2)單極性調(diào)制的工作特點(diǎn)：每半個(gè)周期內(nèi)，逆變橋同一橋臂的兩個(gè)逆變器件中，只有一個(gè)器件按脈沖系列的規(guī)律時(shí)通時(shí)通時(shí)斷地工15

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作，另一個(gè)完全截止；而在另半個(gè)周期內(nèi)，兩個(gè)器件的工況正好相反，流經(jīng)負(fù)載ZL的便是正、負(fù)交替的交變電流。

單極性PWM控制方式(b)雙極性SPWM法

(1)調(diào)制波和載波：

調(diào)制波仍為正弦波，其周期決定于kf，振幅決定于ku,中曲線①，載波為雙極性的等腰三角波，其周期決定于載波頻率，振幅不變，與ku=1時(shí)正弦波的振幅值相等。

調(diào)制波與載波的交點(diǎn)決定了逆變橋輸出相電壓的脈沖系列，此脈沖系列也是雙極性的，但是，由相電壓合成為線電壓(uab=ua-ub;ubc=ub-uc;uca=uc-ua)時(shí)，所得到的線電壓脈沖系列卻是單極性的。16

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(2)雙極性調(diào)制的工作特點(diǎn)：逆變橋在工作時(shí)，同一橋臂的兩個(gè)逆變器件總是按相電壓脈沖系列的規(guī)律交替地導(dǎo)通和關(guān)斷，毫不停息，而流過負(fù)載ZL的是按線電壓規(guī)律變化的交變電流。

雙極性PWM控制方式

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第四章單相橋式PWM逆變器的仿真

4.1單相橋式PWM逆變器調(diào)制電路的Simulink模型4.1.1單極性SPWM仿真模型圖

設(shè)計(jì)中不采用IGBT元件模型，而是采用“UniversalBridge〞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)器件選反并聯(lián)二極管的IGBT；阻感負(fù)載.直流電壓模塊設(shè)置為E=220其模塊設(shè)置如下圖所示

PulsesDiscrete,Ts=1e-005s.powerguiDiscretePWMGenerator+v-UniversalBridgeCurrentMeasurementDCVoltageSource+gA-B+i-+i-VoltageMeasurementCurrentMeasurement1ScopeSeriesRLCBranch

4-1-1單極性SPWM仿真主電路

通用橋?yàn)镾imulink中的Universalbridge模塊。參數(shù)設(shè)置：其中Numberofbridgearms（橋臂個(gè)數(shù)）為2，PowerElectronicdevice（電力電子器件）選用IGBT/Diodes（晶閘管），從而構(gòu)成了逆變器。

產(chǎn)生SPWM的脈沖信號(hào)發(fā)生器，使用的是Matlab中的DiscretePWMGenerator模塊。該模塊的作用即為為產(chǎn)生PWM而用以控制IGBTs等電橋的脈沖信號(hào)。在Generatormode選項(xiàng)中選擇2-arms18

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bridge(4pulse),即兩橋臂共需要4個(gè)脈沖信號(hào)用以控制開關(guān)管。Carrierfrequency為載波頻率，該頻率的大小決定了一個(gè)周期內(nèi)SPWM脈沖的密度。Frequencyofoutputvoltage是輸出電壓的頻率，此處設(shè)置為國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的50Hz。另外用到powergui模塊，其設(shè)置為離散仿真模式，采樣時(shí)間為2e-005.

4.1.2雙極性SPWM仿真模型圖

PulsesDiscrete,Ts=1e-005s.powerguiDiscretePWMGenerator+i-UniversalBridgeDCVoltageSourceg+A+i-CurrentMeasurement1Scope1SeriesRLCBranch-B+-4-1-2雙極性SPWM仿真主電路

對(duì)于雙極性的電路來說設(shè)置基本與單極性的一致，只是雙極性的產(chǎn)生SPWM的脈沖信號(hào)發(fā)生器，使用的是Matlab中的DiscretePWMGenerator模塊，此時(shí)在Generatormode選項(xiàng)中選擇1-armsbridge(2pulse),即兩橋臂共需要2個(gè)脈沖信號(hào)用以控制開關(guān)管.

4.2仿真參數(shù)的設(shè)定及仿真圖的分析4.2.1單極性SPWM的仿真及分析

一.負(fù)載的變化

設(shè)定輸出電壓頻率50HZ，載波頻率1080HZ，調(diào)制深度m=0.41.當(dāng)電阻R=3，L=2e-2時(shí)的直流側(cè)電流、交流側(cè)電壓、交流側(cè)電流19

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的波形（仿真時(shí)間T=0.05）

20230-10-20R=3L=2e-2直流側(cè)電流交流側(cè)電壓4002000-200-400交流側(cè)電流20230-10-2000.0050.010.0150.020.0250.030.0350.040.0450.05

圖4-2-1R=3，L=2e-2的波形

2.當(dāng)電阻R=5，L=2e-2時(shí)的直流側(cè)電流、交流側(cè)電壓、交流側(cè)電流的波形（仿真時(shí)間T=0.05）

直流側(cè)電流151050-5-10交流側(cè)電壓4002000-200-400直流側(cè)電流交流側(cè)電流20230-10-2000.0050.010.0150.020.0250.030.0350.040.0450.05

圖4-2-2R=5，L=2e-2時(shí)的波形20

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分析：從圖4-2-1和圖4-2-2可以看出,當(dāng)系統(tǒng)剛啟動(dòng)時(shí)電流波

形不穩(wěn)定，會(huì)發(fā)生震蕩，當(dāng)電感一致的狀況下，電阻較小時(shí)（R=3），電流波形震蕩的更厲害，震蕩完以后才趨于穩(wěn)定。

3.當(dāng)電阻R=10，L=2e-1時(shí)的直流側(cè)電流、交流側(cè)電壓、交流側(cè)電流的波形（仿真時(shí)間T=0.05）

直流側(cè)電流1050-5交流側(cè)電壓4002000-200-400交流側(cè)電流1050-5-1000.0050.010.0150.020.0250.030.0350.040.0450.05

圖4-2-3R=10，L=2e-1時(shí)的波形

4.當(dāng)電阻R=10，L=2e-3時(shí)的直流側(cè)電流、交流側(cè)電壓、交流側(cè)電流的波形（仿真時(shí)間T=0.05）

直流側(cè)電流151050交流側(cè)電壓4002000-200-400交流側(cè)電流20230-10-2000.0050.010.0150.020.0250.030.0350.040.0450.05

圖4-2-4R=10，L=2e-3時(shí)的波形21

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分析：從圖4-2-3和圖4-2-4可以看出,當(dāng)電阻一定時(shí)，減小電

感，會(huì)發(fā)現(xiàn)電流波形在正弦波的基礎(chǔ)上發(fā)生大幅度的震蕩，波形的峰值電壓增大，影響系統(tǒng)的特性，所以對(duì)于阻感性負(fù)載不能使電感過小。

通過仿真，比較分析，得出改變負(fù)載對(duì)輸出的影響的結(jié)論：

（1）負(fù)載有功功率越大，系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)的時(shí)間越快，較小的負(fù)載有功率會(huì)在暫態(tài)時(shí)產(chǎn)生很大的波動(dòng)。（2）負(fù)載的感性功率會(huì)影響峰值電壓。二.輸出電壓頻率和載波頻率的變化

設(shè)定R=10,L=2e-2，調(diào)制深度m=0.4

1.當(dāng)輸出電壓頻率為50HZ，載波頻率1080HZ時(shí)的直流側(cè)電流、交流側(cè)電壓、交流側(cè)電流波形仿真時(shí)間T=0.02s

直流側(cè)電流1050-5交流側(cè)電壓4002000-200-400交流側(cè)電流1050-5-1000.0020.0040.0060.0080.010.0120.0140.0160.0180.02

圖4-2-5輸出電壓頻率為50HZ，載波頻率1080HZ時(shí)的波形22

蘭州理工大學(xué)電力電子仿真仿真時(shí)間T=0.05s

1050-54002000-200-4001050-5-1000.0050.010.0150.020.0250.030.0350.040.0450.05

圖4-2-6輸出電壓頻率為50HZ，載波頻率1080HZ時(shí)的波形2.當(dāng)輸出電壓頻率為50HZ，載波頻率3240HZ時(shí)的直流側(cè)電流、交流側(cè)電壓、交流側(cè)電流的波形仿真時(shí)間T=0.02

直流側(cè)電流1050-5交流側(cè)電壓4002000-200-400交流側(cè)電流1050-5-1000.0020.0040.0060.0080.010.0120.0140.0160.0180.02

圖4-2-7輸出電壓頻率為50HZ，載波頻率3240HZ時(shí)的波形23

蘭州理工大學(xué)電力電子仿真仿真時(shí)間T=0.05

1050-54002000-200-4001050-5-1000.0050.010.0150.020.0250.030.0350.040.0450.05

圖4-2-8輸出電壓頻率為50HZ，載波頻率3240HZ時(shí)的波形

分析：從圖4-2-5和圖4-2-7可以看出，載波頻率直接影響了波形的光滑度，載波頻率越大波紋越小仿正弦效果越好。但也應(yīng)注意到頻率過高有可能對(duì)整流橋器件產(chǎn)生影響，所以也不能過于高。另外載波頻率越高，在一個(gè)周期內(nèi)PWM脈沖越密。

3.當(dāng)輸出電壓頻率為100HZ，載波頻率1080HZ時(shí)的直流側(cè)電流、交流側(cè)電壓、交流側(cè)電流的波形24

蘭州理工大學(xué)電力電子仿真仿真時(shí)間T=0.05

直流側(cè)電流210-1-2交流側(cè)電壓4002000-200-400交流側(cè)電流1.510.50-0.5-100.0050.010.0150.020.0250.030.0350.040.0450.05

圖4-2-9輸出電壓頻率為100HZ，載波頻率1080HZ時(shí)的波形4.當(dāng)輸出電壓頻率為100HZ，載波頻率3240HZ時(shí)的直流側(cè)電流、交流側(cè)電壓、交流側(cè)電流的波形（仿真時(shí)間T=0.05）

直流側(cè)電流1050-5交流側(cè)電壓4002000-200-400交流側(cè)電流1050-5-1000.0050.010.0150.020.0250.030.0350.040.0450.05

圖4-2-10輸出電壓頻率為100HZ，載波頻率3240HZ時(shí)的波形25

蘭州理工大學(xué)電力電子仿真

分析a：從圖4-2-9和圖4-2-5以及圖4-2-8和4-2-10可以看出，

當(dāng)載波頻率不變時(shí)，輸出電壓頻率改變后可以注意到，波紋相對(duì)于輸出電壓頻率為50Hz時(shí)比較小，但是輸出電壓頻率為50HZ時(shí)每個(gè)周期內(nèi)的脈沖個(gè)數(shù)比100HZ時(shí)的減小了一半，所以仿正弦的效果大大下降了，可見如若提高輸出電壓的頻率后，不改變載波頻率，逆變效果會(huì)打折扣。

分析b：從圖4-2-6和4-2-10可以看出，即輸出電壓頻率為50HZ，

載波頻率1080HZ時(shí)的波形和輸出電壓頻率為100HZ，載波頻率3240HZ時(shí)的波形進(jìn)行比較，可以看出：在提高了輸出電壓頻率的同時(shí)，成比例的提高載波頻率，既可以使波紋更小，而且可以增加每個(gè)周期內(nèi)的脈沖個(gè)數(shù)，使得仿正弦的效果更好。

通過仿真，比較分析，得出載波頻率與輸出電壓頻率改變對(duì)輸出的影響的結(jié)論：

在電壓輸出頻率一定的狀況下，載波頻率的大小影響了仿正弦波的光滑度，即決定了正弦波形的仿制質(zhì)量。當(dāng)載波頻率一定時(shí)，電壓輸出頻率的大小決定每個(gè)周期內(nèi)的仿正弦的個(gè)數(shù)。

4.2.2雙極性SPWM仿真及分析

一．負(fù)載的變化

設(shè)定輸出電壓頻率50HZ，載波頻率1080HZ

1.當(dāng)電阻R=1，L=0.5時(shí)的直流側(cè)電流、交流側(cè)電流、交流側(cè)電壓的波形仿真時(shí)間T=0.0526

蘭州理工大學(xué)電力電子仿真

直流側(cè)電流210-1-2交流側(cè)電流1.510.50-0.5交流側(cè)電壓4002000-200-40000.0050.010.0150.020.0250.030.0350.040.0450.05

圖4-2-11R=1，L=0.5的波形

2.當(dāng)電阻R=10，L=1時(shí)的直流側(cè)電流、交流側(cè)電流、交流側(cè)電壓的波形（仿真時(shí)間T=0.05）

直流側(cè)電流10.50-0.5-1交流側(cè)電流0.80.60.40.20-0.2交流側(cè)電壓3002023000-100-200-30000.0050.010.0150.020.0250.030.0350.040.0450.05

圖4-2-12R=10，L=1的波形27

蘭州理工大學(xué)電力電子仿真

3.當(dāng)電阻R=10，L=0.5時(shí)的直流側(cè)電流、交流側(cè)電流、交流側(cè)電壓的波形（仿真時(shí)間T=0.05）

直流側(cè)電流1.510.50-0.5-1-1.5交流側(cè)電流1.510.50-0.5交流側(cè)電流3002023000-100-200-30000.0050.010.0150.020.0250.030.0350.040.0450.05

圖4-2-13R=10，L=0.5的波形

分析a：從圖4-2-11和圖4-2-13可以看出,當(dāng)電感一致的狀況下，

電阻較大時(shí)（R=10），電流波形發(fā)生震蕩，震蕩完以后才趨于穩(wěn)定。分析b：從圖4-2-11和圖4-2-13可以看出,當(dāng)電阻不變時(shí)，電感越大波形的峰值電壓越小。

通過仿真，比較分析，得出改變負(fù)載對(duì)輸出的影響的結(jié)論：（1）負(fù)載有功功率越小系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)的時(shí)間越快，較大的有功功率會(huì)在暫態(tài)時(shí)產(chǎn)生很大的波動(dòng)。

（2）載的感性功率會(huì)影響峰值電壓，電感越大波形的峰值電壓越小。二．電壓頻率和載波頻率的變化設(shè)定R=10?,L=0.5H28

蘭州理工大學(xué)電力電子仿真

1.當(dāng)輸出電壓頻率為50HZ，載波頻率1080HZ時(shí)的直流側(cè)電流、交流側(cè)電流、交流側(cè)電壓的波形（仿真時(shí)間T=0.05）

直流側(cè)電流1.510.50-0.5-1-1.5交流側(cè)電流1.510.50-0.5交流側(cè)電壓3002023000-100-200-30000.0050.010.0150.020.0250.030.0350.040.0450.05

圖4-2-14輸出電壓頻率為50HZ，載波頻率1080HZ的波形2.當(dāng)輸出電壓頻率為50HZ，載波頻率4320HZ時(shí)的直流側(cè)電流、交流側(cè)電流、交流側(cè)電壓的波形（仿真時(shí)間T=0.05）

直流側(cè)電流1.510.50-0.5-1-1.5交流側(cè)電流10.50交流側(cè)電壓3002023000-100-200-30000.0050.010.0150.020.0250.030.0350.040.0450.05

圖4-2-15輸出電壓頻率為50HZ，載波頻率4320HZ的波形29

蘭州理工大學(xué)電力電子仿真

3.當(dāng)輸出電壓頻率為100HZ，載波頻率1080HZ時(shí)的直流側(cè)電流、交流側(cè)電流、交流側(cè)電壓的波形（仿真時(shí)間T=0.05）

直流側(cè)電流0.50-0.5交流側(cè)電流10.50交流側(cè)電壓3002023000-100-200-30000.0050.010.0150.020.0250.030.0350.040.0450.05

圖4-2-16輸出電壓頻率為100HZ，載波頻率1080HZ的波形4.當(dāng)輸出電壓頻率為100HZ，載波頻率4320HZ時(shí)的直流側(cè)電流、交流側(cè)電流、交流側(cè)電壓的波形（