单相逆变器SPWM调制技术的仿真

合集下载

电压型单相SPWM半桥逆变器电路仿真实验

电压型单相SPWM半桥逆变器电路仿真实验实验目的掌握电压型单相SPWM半桥逆变器仿真模型的建立及模块参数和仿真参数的设置。

理解电压型单相SPWM半桥逆变器的工作原理及仿真波形。

实验设备：MA TLAB/Simulink/PSB实验原理电压型单相SPWM半桥逆变器如图6-1所示。

图6-1 电压型单相SPWM半桥逆变器电路实验内容启动Matlab，建立如图6-2所示的电压型单相SPWM半桥逆变器结构模型图。

图6-2 电压型单相SPWM半桥逆变器模型双击各模块，在出现的对话框内设置相应的模型参数，如图6-3、6-4、6-5、6-6、6-7所示。

图6-3 直流电压源Ed/1-1模块参数图6-4 直流电压源Ed/1-2模块参数图6-5 通用桥模块参数图6-6 PWM发生器模块参数图6-7 负载模块参数系统仿真参数设置如图6-8所示。

图6-8 系统仿真参数运行仿真模型系统即可得到输出端负载电流和输出端负载电压的仿真波形，如图6-9所示。

图6-9 电压型单相SPWM半桥逆变器仿真波形（输出频率为50Hz）在PWM发生器模块中，将半桥逆变器输出电压频率设置为200Hz，此时的仿真波形如图6-10所示。

图6-10 电压型单相SPWM半桥逆变器仿真波形（输出频率为200Hz）改变PWM发生器模块的输出电压频率参数，或改变负载模块的参数，即可得到不同工作情况下的仿真波形。

例如将半桥逆变器输出电压频率设置为25Hz，此时的仿真波形如图6-11所示。

图6-11 电压型单相SPWM半桥逆变器仿真波形（输出频率为25Hz）实验总结1、总结电压型单相SPWM 半桥逆变器的工作原理。

如上图。

采用双极性方式时，在r u 的半个周期内，三角波载波是有正有负，所得的PWM 波也是有正有负。

仍然在调制信号r u 和载波信号c u 的交点时刻控制各开关器件的通断。

在r u 的正负半周，对各开关器件的控制规律相同。

即当r c u u >时，给1T 以导通信号，给2T 以关断信号，这时如o 0i >，则1T 通，如o 0i <，则1D 通，不管哪种情况都是输出电压o d u U =。

单相电流型多电平逆变器的CPS-SPWM技术

关键词：波相移开关脉宽调制；载电流型逆变器；电平；多单相
中图分类号：Ｍ６Ｔ４ｌ文献标识码：Ａ文章编号：０ — ５１２０）７００ — ２１１４５（０７０ — ０９００
ＣＰＳ・ＰＷＭｅｈｎｉｕｅｆｒａｓｎｅ－ｈａｅｍｕｌｉｅｌｃｒｎｏｕｃｎｅｔｒ－Ｓｔｃｑｏｉｇｌ・ｐｓｔｌｖｅｕｒｅｔｓｒｅｉｖｒｅ
对于多电平逆变器而言，ＷＭ技术无疑是一种Ｐ
获取理想输出的方案。但是在大功率变换器系统中，由于受电力电子开关器件（ＧＯ等）关频率如Ｔ开上限的限制，用常规的ＳＷＭ技术具有电流谐波采Ｐ大、流器通频带窄等缺点。因此要获得较好的系变统性能，之有效的方法是采用载波相移ＳＷＭ技行Ｐ术 ¨ 。文献［］出一种通用的单相电流型多电３提平逆变器拓扑结构，该类拓扑可以用来输出任意电平数的输出电流波形。但是文献中采用阶梯波合成的方法得到多电平输出电流，因此在开关频率一定
白志红，张仲超
（江大学电气工程学院，江杭州３０２）浙浙１０７
摘
要：波相移开关脉宽调制（Ｐ —Ｐ载ＣＳＳＷＭ）术是一种优秀的开关调制策略，够在较低的开关载波的效果。通过分析一种单相电流型多电平逆变器的工作原理，出了该提

交流电机SPWM调速系统建模与动态仿真

交流电机SPWM调速系统建模与动态仿真1交流电机调速原理正弦脉宽调制技术SPWM (Sine Pulse Width Modulation)是用所期望的正弦波为“调制波”(Modulation Wave),而以N倍于调制波频率的三角波为“载波”(Carrier Wave)的一种逆变器控制技术。

SPWM技术的控制的特点是原理简单、通用性强、控制方便、调节灵活，能有效降低谐波分量、稳定输出电压，是一种比较好的波形改善法，在目前中小型逆变器中获得了广泛的应用。

1.1 SPWM控制原理(1)单极性SPWM法是指三角波载波信号Uc与正弦波调制信号Ur始终保持相同极性Uc为正的三角波，当Ur处于正半周期时，产生正向调制脉冲信号；当Ur 处于负半周期时，通过倒向电路保持同极性，产生负向调制脉冲信号，如图1-1所示。

(2)双极性SPWM法是指三角波载波信号与正弦波调制信号的极性均为正负交替改变，如图1-2所示。

载波信号Uc为正负对称的三角波，调制信号Ur 直接与Uc 进行比较，便可得到双极性SPWM脉冲。

对于三相逆变器来说，载波信号Uc可以三相共用；由正弦波发生器产生三相相位相差120°的可变幅，变频的正弦波信号Uru、Urv和Urw分别作为三相调制信号。

三相调制信号分别于Uc进行比较，可获得三相SPWM信号，利用三相SPWM信号控制相应的电子开关的开通和关断，便可得到三相双极性SPWM输出电压。

图1-2双极性SPWM原理1.2 SPWM的控制算法常用的生成SPWM波的控制算法主要有自然采样法和对称规则采样法（本文只介绍这两种）。

（1）自然采样法：按照正弦波与三角波的交点进行脉冲宽度与间隙时间的采样，从而生成SPWM波形，称为自然采样法，如图1-3所示，图中Tc为载波周期，S为脉冲宽度。

自然采样法采用计算的方法寻找三角载波Uc与参考正弦波Ur的交点作为开关值以确定SPWM的脉冲宽度，这种方法误差小、精度高，但是计算量大，难以做到实时控制，用查表法将占用大量内存，调速范围有限，一般在实际的机算计控制中不采用。

multisim仿真教程正弦波脉宽调制SPWM逆变电路业界精制

技术教育
1
如果将每一等份的正弦曲线与横轴所包围的面积用一个与此面积相等的等高矩形脉冲代替，就得到图11.8.1（b）所示的脉冲序列。这样，由N个等幅而不等宽的矩形脉冲所组成的波形与正弦波的正半周等效，正弦波的负半周也可用相同的方法来等效。
技术教育
2
SPWM（Sine Pulse Width Modulation正弦波脉宽调制）的控制思想，就是利用逆变器的开关元件，由控制线路按一定的规律控制开关元件的通断，从而在逆变器的输出端获得一组等幅、等距而不等宽的脉冲序列。其脉宽基本上按正弦分布，以此脉冲列来等效正弦电压波。
方向变化，所得到输出电压的PWM波形也只在一个方向变化的控制方式称为单极性PWM控制方式。
3. 双极性PWM控制方式
技术教育
15
图11.8.2的单相桥式逆变电路采用双极性PWM 控制方式的波形如图11.8.4所示。在双极性方
式中ur的半个周期内，三角波载波是在正、负
两个方向变化的，所得到的PWM波形也是在两
11.8.1正弦脉宽调制（SPWM）逆变电路工作原理
1. SPWM控制的基本原理图11.8.1（a）示出正弦彼的正半周波形，
并将其划分为N等份，这样就可把正弦半波看成由N个彼此相连的脉冲所组成的波形。这些脉冲的宽度相等，都等于π／ N，但幅值不等，且脉冲顶部是曲线，各脉冲的幅值按正弦规律变化。
技术教育
8
如负载电流较大，那么直到使VT4再一次导通之前，VD3一直持续导通。如负载电流较快地衰减到零，在VT4再一次导通之前，负载电压也一直
为零。这样，负载上的输出电压uo就可得到零
和UD交替的两种电平。
技术教育
9

SPWM波控制逆变器双闭环PID调节器的建模与仿真

SPWM波控制逆变器双闭环PID调节器的建模与仿真随着电力行业的快速发展，逆变器的应用越来越广泛，逆变器的好坏会直接影响整个系统的逆变性能和带载能力。

逆变器的控制目标是提高逆变器输出电压的稳态和动态性能，稳态性能主要是指输出电压的稳态精度和提高带不平衡负载的能力；动态性能主要是指输出电压的THD(Total Hannonic Distortion) 和负载突变时的动态响应水平。

在这些指标中对输出电压的THD 要求比较高，对于三相逆变器，一般要求阻性负载满载时THD 小于2%,非线性满载(整流性负载)的THD 小于5%.这些指标与逆变器的控制策略息息相关。

文中主要介绍如何建立电压双环SPWM 逆变器的数学模型，并采用电压有效值外环和电压瞬时值内环进行控制。

针对UPS 单模块10 kVA 单相电压型SPWM 逆变器进行建模仿真。

通过仿真，验证了控制思路的正确性以及存该控制策略下的逆变器所具有的鲁棒性强，动态响应快，THD 低等优点。

并以仿真为先导，将其思想移植到具体开发中，达到预期效果。

1 三电平逆变器单相控制模型的建立带LC 滤波器的单相逆变器的主电路结构如图1 所示。

图1 中L 为输出滤波电感，C 为滤波电容，T1,T2,T3,T4 分别是用来驱动IGBT 的三电平的SPWM 波，U0 为输出负载两端的电压。

在建立控制系统的仿真模型时，需要采集负载两端的电压与实际要求的电乐值做比较，然后通过调节器可以得到所需要调节的值。

在此仿真模型中，驱动波形采用的是三电平的SPWM 波形，具体的产生原理在这不做详细描述。

在Matlah 的Simlink 库中SPWM 波的产生如图2 所示，这里调制比设为0.8。

图1 三电平逆变器单相主电路图2 四相SPWM 产生电路。

SPWM波控制单相逆变器双闭环PID调节器的Simulink建模与仿真

SPWM波控制单相逆变器双闭环PID调节器的Simulink建模与仿真随着电力行业的快速发展，逆变器的应用越来越广泛，逆变器的好坏会直接影响整个系统的逆变性能和带载能力。

逆变器的控制目标是提高逆变器输出电压的稳态和动态性能，稳态性能主要是指输出电压的稳态精度和提高带不平衡负载的能力;动态性能主要是指输出电压的THD(Total Hannonic Distortion)和负载突变时的动态响应水平。

文中主要介绍如何建立电压双环SPWM 逆变器的数学模型，并采用电压有效值外环和电压瞬时值内环进行控制。

针对UPS 单模块10 kVA 单相电压型SPWM 逆变器进行建模仿真。

通过仿真，验证了控制思路的正确性以及存该控制策略下的逆变器所具有的鲁棒性强，动态响应快，THD 低等优点。

并以仿真为先导，将其思想移植到具体开发中，达到预期效果。

1 三电平逆变器单相控制模型的建立带LC 滤波器的单相逆变器的主电路结构如图1 所示。

图1 中L 为输出滤波电感，C 为滤波电容，T1,T2,T3,T4 分别是用来驱动IGBT 的三电平的SPWM 波，U0 为输出负载两端的电压。

在建立控制系统的仿真模型时，需要采集负载两端的电压与实际要求的电乐值做比较，然后通过调节器可以得到所需要调节的值。

在此仿真模型中，驱动波形采用的是三电平的SPWM 波形，具体的产生原理在这不做详细描述。

在Matlah 的Simlink 库中SPWM 波的产生如图2 所示，这里调制比设为0.8.。

一种基于SPWM控制的逆变器设计与仿真

求，不再受分裂电容的制约，是通常是通过空间矢但
方案的复杂程度。无论是分裂电容式三桥臂还是四桥臂式的逆变器拓扑结构，都是通过引出中线来调
ｂｌｔｆｉｒｉｌｓｓｅｉｎｒａｅｉｉｙｏｎｅｔａｙｔｍｓｉｃｅｓｄ．Ｋｅｒｙｗｏｄｓ：ＷＭ；ｎｖａｅ；ＡＴＬＡＢ；ｏｂｅｏｐｃｎｒｌＳＰｉｅｒＭｄｕｌ－ｌｏｏｔｏ
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ０引言
近年来，着生产生活中对电源质量要求的不随
摘
要：设计一种基于ＳＷＭ控制的逆变器，Ｐ通过增加Ｂｏｔｏｓ升压电路，成了逆变器母线电压的闭环控制，完同
时用ＳＷＭ的占空比对逆变器输出电压进行闭环，Ｐ从而实现双闭环控制，增加了逆变器的功率和对不平衡负载情况
的处理，并运用ＭＡＬＢ对控制策略进行仿真验证，明双闭环控制和增加ＢｏｔＴＡ证ｏｓ的逆变器设计能够提高逆变器对
ＤｅｉｎａｄｉｕａｉｎｏｎＩｅｔｒＢａｅｎＰＷＭｎｔｏｓｇｎＳｍｌｔｏｆａｎｖｒｅｓｄｏＳＣｏｒｌ
ＹＮｉ－ｅ，ＵＡＧＪｇｗｉＬｎ
，ＩｈｎｎＺＡＧＹ币Ｌｅｇ，ＨＮｕＳ
三线制，但是这种逆变器只能给平衡负载供电，在带
不平衡负载逆变器中越来越多地采用了三相四线制，其主要区别在于三相四线制系统通过不同的方

基于SPWM逆变器控制系统的建模与仿真

ＣｉＬ馋电球】Ｉ：
２１００年７月２５日第２７卷第４期
ＴｅｅｏＰｗｅｃｎｌｇｌｃｍｏｒＴｅｈｏｏｙＪ１５，２１ｕ．２００，Ｖｏ．２．４１７Ｎｏ
文章编号：０９３６（０００ —０４０１０ —６４２１）４００ —４
ｃｒｅｔｆｅｂｃｏｔｏＳｓｌｃｅｓａｂｔｅｃｅ．Ｆｉａｌｔｅｓｍｕａｉｎｒｓｌｆｔｅｓｌｃｅｏｔｏｃｅｈｗｕｒｎｅｄａｋｃｎｒ ¨ ｅｅｔｄａｅｔｒｓｈｍｅｎｌｙｈｉｌｔｅｕｔｏｈｅｅｔｄｃｎｒｌｈｍｅｓｏｏｓｓ
（ＳｈｏｆＯｐｉａｅｔｉｌｎｏｕｅｇｎｅｉｇｃｏｌｔｌｏｃＥｌｃｒｃｄＣｍｐｔｒＥｎｉｅｒ，Ｕｎｖｒｉｆａａｎｉｅｓｔｏｙ
ＳａｇａｏｃｅｃｎｃｎｌｇｈｎｈｉｆｒＳｉｎｅａｄＴｅｈｏｏｙ，Ｓａｇａ００３，Ｃｈｎ）ｈｎｈｉ０９２ｉａ
Ａｂｔａｔｎｄｕｌｌｏｏｔｏｙｔｍ，ｉｒｅｏｏｔｉｅｔｒｃｎｒｌｆｅｔｈｎｅｔｒｍｕｔａｈｅｅｔｅｓａｅｓｒｃ：Ｉｏｂｅｏｐｃｎｒ１ｓｅ－ｓｎｏｄｒｔｂａｎｂｔｅｏｔｏｆｃ，ｔｅｉｖｒｅｓｃｉｖｈｔｔｅｆｅｂｃｅｏｐｉｇｎｔｉｐｐｒａｅｎｓａｅｆｅｂｃｅｏｐｉｇ，ｔｅＳＷＭｔｅｔａｄｌｗａｓａｌｈｄｅｄａｋｄｃｕｌ．Ｉｈｓａｅ，ｂｓｄｏｔｔｅｄａｋｄｃｕｌｎｎｈＰｍａｈｍａｉｌｃｍｏｅｓｅｔｂｉｅ，ｓａｄｔｅｅｔｒｐｓｄｃｎｒｌｃｅｓａｅｃｍｐｒｄ，ｂｎｌｚｎｈｏｎｈｎｔｈｗｏｐｏｏｅｏｔｏｈｍｅｒｏａｅｓｙａａｙｉｇｔｅｃｍｍａｄｔａｓｅｕｃｉｎｏｈｙａｃｔａｋｎｒｎｆｒｎｔｆｔｅｄｎｍｉｒｃ — ｆｏ

SPWM逆变器供电的交流电动机系统仿真

• 52•PWM 技术是利用全控型电力电子器件的通断情况，将一个直流电压变换成一定形状的电压脉冲序列，实现变压变频控制。

正弦PWM （SPWM ）技术因其成本较低、实现较简单，在实际应用中，是一种应用较为广泛的PWM 技术，具有较高的使用价值。

本文介绍了由SPWM 逆变器供电的交流电动机系统的仿真设计，系统仿真模型主电路由通用桥式电路模块构成，控制电路由主要PWM 产生器模块构成，总体仿真模型由直流电压源模块、通用桥式电路模块、PWM 产生器模块和交流异步电动机及其他辅助模块组成。

通过提取仿真模块、参数设置，搭建仿真模型，对系统波形进行分析。

1 主电路拓扑结构图三相桥式逆变电路由三个单相桥式电路组成，如图1所示，桥臂的电力电子开关器件为应用较多的全控型器件IGBT ，各相开关器件的控制规律相同，同一相的上下两个桥臂交替导电，各相开始导电的角度依次相差120°，换相在同一相上下两个桥臂之间进行，同一时刻有三个桥臂同时导通。

图1 三相桥式逆变主电路图双极性调制，三相调制信号依次相差120°，公用一个三角载波，且取载波比为3的整数倍，以使三相输出波形更好地对称，同时，为了消除偶次谐波，使波形正负半周镜对称，载波比取奇数。

在实际应用中，载波频率通常远高于调制波频率，因此载波的不对称对输出电流的影响很小，可以忽略。

3 模型建立Simscape 仿真建模步骤：打开模块浏览器，根据电路结构原理图，提取相应模块；设置模块参数，连线；设置仿真时间，仿真算法；启动仿真，示波器观察波形，分析结果。

直流电压源采用DC Voltage Source 模块，电压E 取600V 。

Universal Bridge 通用桥式电路模块，将桥臂数目设置为3，选择电力电子器件类型为IGBT/Diodes 。

逆变器的控制信号使用PWM Generator(2-Level)模块，在模块参数中，设置类型为的三相桥式电路（6脉冲），三角载波的幅值固定为1，频率在对话框中设置为50Hz ，设置载波频率为50×15Hz ，选中内部产生调制信号对话框，对调制度、输出电压频率和输出电压相位三项参数进行设置，设置调制系数为0.9，调制正弦波对应的输出电压频率为50Hz ，输出电压相位为0°。

单双极性SPWM单相桥电压型逆变电路课程设计单极性

单双极性SPWM单相桥电压型逆变电路课程设计单极性单极性PWM控制方式调制信号ur为正弦波，载波uc在ur的正半周为正极性的三角波，在ur的负半周为负极性的三角波。

在ur的正半周，V1保持通态，V2保持断态。

当ur>uc时使V4导通，V3关断，uo=Ud。

当ur<uc时使V4关断，V3导通，uo=0。

在ur的负半周，V1保持断态，V2保持通态。

当ur<uc时使V3导通，V4关断uo=-Ud。

当ur>uc时使V3关断，V4导通，uo=0。

主电路在每个开关周期内输出电压在正和零（或负和零）间跳变，正、负两种电平不会同时出现在一个开关周期内，故称为单极性SPWM。

七、单极性SPWM调制分析载波比和调制深度的定义与双极性SPWM相同。

它不适于半桥电路，而双极性SPWM在半桥、全桥电路中都可以使用。

与双极性SPWM相同，在m<=1和fc>>f的条件下，单极性SPWM逆变电路输出的基波电压u1的幅值U1m满足如下关系：U1m=mUd即输出电压的基波幅值随调制深度m线性变化，故其直流电压利用率与双极性时也相同。

就基波性能而言，单极性SPWM和双极性SPWM完全一致，但在线性调制情况下它的谐波性能优于双极性调制：开关次整数倍谐波消除，值得考虑的最低次谐波幅值较双极性调制时小得多，所需滤波器也较小。

八、建立单极性SPWM仿真模型单极性SPWM触发信号产生图：为[101]。

对脉冲电路进行封装：触发电路中三角载波（Triangle）参数设置：“TimeValue”为[01/fc/21/fc]，“OutputValue”单极性SPWM主电路：触发电路参数设置：Ud=300v，R=1欧，L=2mH九、进行单极性SPWM仿真1、仿真时间设为0.06键入MATLAB语言命令：>>ubplot(4,1,1)>>ubplot(4,1,2)仿真结果如下：单极性SPWM单相逆变器m=0.8，N=15时的仿真波形图仿真结果分析：输出电压为单极性SPWM型电压，脉冲宽度符合正弦变化规律。

单相逆变器的重复控制技术

单相逆变器的重复控制技术
单相逆变器重复控制。

采用重复控制与准比例谐振控制相结合的符合控制策略，spwm调制环节采用载波移相控制，进一步降低谐波。

仿真中开关频率20k，通过FFT分析，谐波主要分布在40k附近，并没有分布在20k附近，载波移相降低了谐波含量。

整个仿真全部离散化，包括采样与控制的离散，控制与采样环节没有使用simulink自带的模块搭建，全部手工搭建。

重复控制是基于内模原理的一种控制方法，包括重复信号发生器模块和补偿器模块。

它将重复信号发生器作为周期性扰动信号植入控制系统中，能有效实现系统的无静差跟踪控制。

本设计采用改进型重复控制器，即在重复信号发生器内模中附加一滤波器。

使用SPWM控制技术的全数字单相变频器的设计及实现方法

使用SPWM控制技术的全数字单相变频器的设计及
实现方法
常见的AC／DC／AC变频器，是对输出部分进行变频、变压调节，而
且在多种逆变控制技术中，应用最广泛的一种逆变控制技术是正弦脉宽调制(SPWM)技术。

在变频调速系统中，应用DSP作为控制芯片以实现数字化控制，它既提高了系统可靠性，又使系统的控制精度高、实时性强、硬件简单、软件编程容易，是变频调速系统中最有发展前景的研究方向之一。

本文介绍了基于DSPTMS320LF2407A并使用SPWM控制技术的全数字单相变频器的设计及实现方法，最后给出了实验波形。

1 TMS320LF2407A芯片简介
TMS320LF2407A是TI公司专为电机控制而设计的单片DSP控制器。

它具有高性能的C2XLP内核，采用改进的哈佛结构，四级流水线操作，它不仅具备强大高速的运算能力，而且内部集成了丰富的电机控制外围部件，如事件管理器EVA、EVB各包括3个独立的双向定时器；支持产生可编程的死区控制PWM输出；4个捕获口中的2个可直接连接来自光电编码器的正交编码
脉冲；2个独立的10位8路A／D转换器可同时并行完成两个模拟输入的转换；片内的串行通信接口可用于与上位机通信；片内串行外设口用于与外设之间通信；40个可独立编程的复用I／O口可以选配成键盘输入和示波器显
示的输入／输出口。

这些为实现交流电机变频调速控制提供了极大的便利。

2 系统总体方案及硬件电路
图1为系统硬件框图。

在本系统中，以TMS320LF2407A为主要控制芯片，逆变器采用SPWM调制控制方式实现变频控制算法，系统硬件由主电路、显示电路、键盘输入电路以及检测与保护电路等组成。

DSP首先从键盘采集需。

SPWM工作原理及建模

SPWM工作原理及建模SPWM是一种调制技术，全称为Sinusoidal Pulse Width Modulation，即正弦脉宽调制。

它是一种用来控制逆变器输出波形的技术，适用于交流调压调速控制、电力供应的可控制直流源等领域。

SPWM的工作原理是将待控频率的正弦波与一个高频三角波进行比较，并通过调整脉冲的宽度来实现对输出波形的控制。

SPWM的工作原理基于以下几个关键步骤：1.生成三角波：使用一个可调的频率高于待控频率的三角波发生器来生成高频三角波。

这个高频三角波用来与待控频率的正弦波进行比较。

2.生成正弦波：通过一个正弦波发生器生成待控频率的正弦波。

3.比较器：将生成的正弦波与高频三角波进行比较。

比较器的输出信号形成了SPWM信号。

4.比较结果：比较器根据正弦波的幅值与三角波的幅值之间的比较关系，分析出幅度大小，进而得到高电平时间与低电平时间的比值。

5.控制输出：利用比较结果调整输出脉冲的宽度，控制逆变器的开关管的开关时间，从而实现对输出波形的控制。

通过以上步骤，SPWM可以将高频三角波与待控频率的正弦波进行比较，并通过调整脉冲的宽度来控制输出波形。

比较结果会根据正弦波的幅值与三角波的幅值之间的比较关系，将高频三角波的低电平和高电平时间比例反映到输出波形上，从而实现对输出波形的调节控制。

SPWM的建模可以用数学公式来描述。

设待控频率的正弦波为x(t)，高频三角波为y(t)，输出波形为z(t)。

则SPWM的控制方法可以表示为：z(t)=f(x(t),y(t))其中，f是一个函数，它描述了如何根据输入的正弦波信号和高频三角波信号来得到输出波形信号。

具体参数与函数形式由SPWM的具体实现决定。

一般而言，这个函数会通过比较正弦波信号和三角波信号的幅值来决定输出波形的脉冲宽度，从而控制输出波形的形状。

总结起来，SPWM是一种通过比较三角波和正弦波来控制输出波形的技术。

它的工作原理是通过调整脉冲的宽度来实现对输出波形的控制。

PSIM仿真设计单相桥式SPWM逆变器

PSIM仿真设计单相桥式PWM逆变器一、实验目的1.加深对SPWM基本原理的理解2.熟悉双极性脉冲宽度调制和单极倍频正弦脉宽调制的原理。

3.掌握PSIM仿真软件基本操作并搭建单相SPWM仿真验证双极性脉冲宽度调制和单极倍频正弦脉宽调制；实验验证单级倍频正弦脉宽调制的特点。

二、实验设备表4-1 实验所需设备表三、实验原理(一)、单相桥式电路（H桥）拓扑及其工作原理电压型全桥逆变电路共有四个开关管：T1、T2、T3、T4和四个续流二极管二极管D1、D2、D3、D4，如图4.1所示。

当T1、T4导通时，V ab=V D；当T2、T3导通时，V ab=-V D；当T1、T3导通时V ab=0；当T2、T4导通时，V ab=0（其中T1、T2不能同时导通；T3、T4不能同时导通）。

因此控制四个开关管的通断可以控制输出电压在V D、-V D、0之间变化。

(二)、SPWM 的原理采样控制理论有一个重要的原理——冲量等效原理：大小、波形不相同的窄脉冲变量，例如电压V(t)，作用于惯性系统（例如RLC电路）时，只要它们的冲量，即变量对时间的积分相等，其作用效果相同。

V DV o 图3-1 单相桥式逆变电路的拓扑结构图3-2 用SPWM电压等效正弦电压如果将图3-2所示的标准正弦波等分成很多份，那么一个连续的正弦波也可以看作是一系列幅值为正弦波片段的窄脉冲组成。

如果每个片段的面积分别与①、②、③…所示一系列等宽不等高的矩形窄脉冲的面积相等，那么从冲量等效的观点看，由①、②、③…这些等宽不等高矩形脉冲波构成的阶梯波和标准正弦波是等效的。

进一步，如果让图3-1所示逆变器产生如图3-2所示一系列幅值为±U d 的等高不等宽矩形电压窄脉冲，每个电压脉冲的面积（冲量）分别与①、②、③…面积相等，于是图3-2中的登高不等宽的脉冲电压和正弦电压也是冲量等效的。

作用于R、L、C惯性系统后基本是正弦波。

※(三)、双极性正弦脉冲宽度调制（重点）图3-3 双极性正弦脉宽调制输出波形基于载波的SPWM如图3-3所示，图中的高频三角波v c成为载波，正弦波v r称为调制波或参考调制波。

单相SPWM逆变

主电路设计
直流电源设计
选择适当的直流电压源，如电池、整流器等，并确保其稳定性和
可靠性。
逆变桥设计
采用适当的功率开关器件（如 IGBT、MOSFET等）构建单相全桥逆变电路，实现直流到交流的转换。
输出滤波器设计
设计合适的滤波器，以减小输出电压的谐波含量，提高输出波形质量。
控制电路设计
控制芯片选择
面进行了深入研究，取得了一系列重要成果。
国内研究现状
国内在单相SPWM逆变技术方面的研究起步较晚，但近年来发展迅速。国内学者在单相SPWM逆变技术的控制策略、调制方法、拓扑结构等方面进行了广泛研究，取得了一定成果。然而，与国外先进水平相比，国内在单相SPWM逆变技术的理论研究和实
际应用方面仍存在一定差距。
通过比例、积分、微分三个环节对输出电压或电流进行闭环控制，实现输出波形的稳定与精确。
SPWM控制算法
根据正弦调制波与载波的比较结果，生成对应的 PWM控制信号，控制开关管的导通与关断。
数字控制技术
采用DSP、FPGA等数字处理器实现控制算法，提高控制系统的精度和灵活性。
03
单相SPWM逆变系统设计
问题与改进措施
03
针对实验过程中出现的问题进行分析，提出相应的改进措施和
优化方案，为后续的研究提供参考。
05
单相SPWM逆变系统性能评估与优化
性能评估指标与方法
效率评估
通过测量输入和输出功率，计算转换效率。高效率意味着更低的能量损失。
失真度评估
使用总谐波失真（THD）作为评估输出波形质量的指标，THD越低，输出波形越接近理想正弦波。
隔离与保护
在驱动电路中加入隔离措施，如光耦、变压器等，确保控制系统的安全性。

单相逆变器SPWM调制技术的仿真

丰求疚迪，、夕课程设计(论文)任务书电气学院 _____________ 学院08电力牵引专业二班一、课程设计(论文)题目单相逆变器SPWM调制技术的仿真二、课程设计(论文)工作自2011年6月_20_日起至2009年6月25 日止。

三、课程设计(论文)地点：____________________ 电气学院机房_____________________________________________四、课程设计(论文)内容要求：1本课程设计的目的(1)熟练掌握MATLAE语言的基本知识和技能；(2)熟悉matlab 下的simulink 禾口simpowersystems 工具箱；(3)熟悉构建单相桥式逆变器SPWM单极性和双极性调制的仿真模型;(4)培养分析、解决问题的能力；提高学生的科技论文写作能力。

2 •课程设计的任务及要求1)基本要求：(1)要求对主电路和脉冲电路进行封装，并对调制度和载波比参数进行封装；(2)仿真参数为：E=100-300V; Ma=0.8-0.95; N=9-21; h=0.0001s，其他参数自定；(3)给出调制波原理图、相电压、相电流、线电压、不同器件所承受的电压波形以及频谱图，要求采用subplot作图；(4 )选取不同参数进行仿真，比较仿真结果有何变化，给出自己的结论。

(5)利用matlab下的simulink和simpowersystems工具箱构建单相桥式逆变器spwm 单极性和双极性调制的仿真模型。

2)创新要求：封装使仿真模型更加美观、合理3)课程设计论文编写要求(1)要按照课程设计模板的规格书写课程设计论文(2)论文包括目录、正文、心得体会、参考文献等(3)课程设计论文用B5纸统一打印，装订按学校的统一要求完成4)答辩与评分标准：(1 )完成原理分析：20分；(2 )完成设计过程：40分；(3)完成调试：20分；(4)回答问题：20分；5)参考文献：[1]刘凤君•现代逆变技术及应用[M]. 北京：科学出版社，2006.[2]伍家驹，王文婷，李学勇，等.单相SPWI逆变桥输出电压的谐波分析[J]. 电力自动化设备,2008, 28（4）: 45-49, 52.[3]王兆安，刘进军，电力电子技术，机械工业出版社，2009.5[4]汤才刚，朱红涛，李莉，陈国桥，基于PW的逆变电路分析，《现代电子技术》2011年6月25日课程设计（论文）评审意见年月日目录1........................................................... 引言. - 5 -2............................................................... 软件介绍. - 6 -3.电力电子电路的仿真实验系统设计........................... - 7 -3.1实验系统总体设计.......................................3.2电力电子电路S lMULINK仿真，具有以下特点•…4...................................................................................... 单相逆变器SPW碉制技术的仿真 ........................................................ -8 -4.1单相逆变器SPW调制电路的基本结构图.……4.2单相逆变器SPW调制电路的工作原理......................4.2.1逆变器SPW调制原理............................ -8 -4.2.2SPWM 控制方式................................. -10 -4.3单相逆变器SPWI调制电路的S lMULINK模型.……4.3.1单极性SPW仿真的模型图 ......................... -12 -4.3.1单极性SPW仿真的模型图 ......................... -13 -4.4 模型参数的设定模型仿真图及其分析 ..........................4.3.1单极性SPW仿真............................... -14 -- 7 - - 7 --8-8- 12 -4.3.2双极性SPW仿真............................... -19 -5.结束语................................................... -25 -6.参考文献 ................................................ - 26 -单相逆变器SPW调制技术仿真的课程设计[摘要] ：随着电力电子技术的不断发展，可控电路直流电动机控制，可变直流电源等方面得到了广泛的应用, 而这些都是以逆变电路为核心。

实验单相逆变器单极性和双极性SPWM调制技术的仿真

单相逆变器单极性和双极性SPWM 调制技术的仿真1.PWM 控制的基本原理PWM （Pulse Width Modulation ）控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术，即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要的波形。

PWM 控制技术的重要理论基础是面积等效原理，即：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。

下面分析如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波。

把正弦半波分成N 等分，就可以把正弦半波看成由N 个彼此相连的脉冲序列所组成的波形。

如果把这些脉冲序列用相同数量的等幅不等宽的矩形脉冲代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点重合，且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积（冲量）相等，就可得到图1所示的脉冲序列，这就是PWM 波形。

像这种脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM 波形，也称为SPWM 波。

图1 单极性SPWM 控制方式波形上图所示的波形称为单极性SPWM 波形，根据面积等效原理，正弦波还可等效为图2中所示的PWM 波，这种波形称为双极性SPWM 波形，而且这种方式在实际应用中更为广泛。

图2 双极性SPWM 控制方式波形2.PWM 逆变电路及其控制方法PWM 逆变电路可分为电压型和电流型两种，目前实际应用的几乎都是电压型电路，因此本节主要分析电压型逆变电路的控制方法。

要得到需要的PWM 波U d -U Oω t Ud - U d形有两种方法，分别是计算法和调制法。

根据正弦波频率、幅值和半周期脉冲数，准确计算PWM 波各脉冲宽度和间隔，据此控制逆变电路开关器件的通断，就可得到所需PWM 波形，这种方法称为计算法。

由于计算法较繁琐，当输出正弦波的频率、幅值或相位变化时，结果都要变化。

与计算法相对应的是调制法，即把希望调制的波形作为调制信号，把接受调制的信号作为载波，通过信号波的调制得到所期望的PWM 波形。

通常采用等腰三角波作为载波，在调制信号波为正弦波时，所得到的就是SPWM 波形。