单极性模式PWM逆变电路的计算机仿真
实验单相逆变器单极性和双极性SPWM调制技术的仿真
图6双极性SPWM波形
从上图可以看出，对于双极性SPWM控制方式，在正弦调制波半个周期内，三角载波在正负极性之间连续变化，SPWM波也是在正负之间变化。
3.2三相SPWM波形的产生：仿真图如下所示。
图7三相SPWM逆变器触发脉冲发生电路
本文中采用单三角载波和三个幅值、频率相同相位互差120度的三相交流波形作为调制波。同上，在Simulink的“Source”库中选择“Clock”模块，以提供仿真时间t,乘以 后再通过一个“sin”模块即为sin ，乘以调制比m后可得到所需的正弦波调制信号，通过设置即可产生三相正弦波信号。三角载波信号由“Source”库中的“Repeating Sequence”模块产生,参数设置为【0 1/ /42/ /4 1/ 】和【-101-1】，便可生成频率为 的三角载波。将调制波和载波通过一些运算与比较，即可得出三相SPWM触发脉冲波形。三角载波与调制波的波形如图8所示：
单相逆变器单极性和双极性SPWM调制技术的仿真
1.
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。
(完整)单相正弦波PWM逆变电路
一、实验目的1、用MATLAB对单相正弦波PWM逆变电路进行仿真，讨论载波信号、调制信号对输出电压、电流、谐波以及谐波畸变率的影响.2、主要讨论载波比、调制深度对输出电压、电流、谐波以及谐波畸变率的影响。
二、实验原理1、PWM控制的基本原理PWM控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术,将宽度变化的窄脉冲作为驱动信号，其控制的基本原理是面积等效原理，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。
冲量指窄脉冲的面积.效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同。
低频段常接近，仅在高频段略有差异。
如图1—1为PWM波等效为正弦波，2-1a中把正弦波分成N等分，就可以把正弦波看成是由N个彼此相连的脉冲序列组成的波形，这些脉冲的宽度相等，都为π/N，但幅值不相等。
如果把这一系列的窄脉冲用等幅而不等宽的矩形窄脉冲代替,使矩形脉冲的中点与相应的正弦脉冲部分的中点重合,且使矩形脉冲与相应的正弦脉冲的面积相等,且宽度是按正弦规律变化的如图2—1b，由面积等效原理可知,PWM波和正弦波是等效的。
这种脉冲宽度按正弦规律变化和正弦波等效的PWM波形叫做SPWM.图2—1 SPWM波等效为正弦波2、电路结构及控制方法2.1单相SPWM逆变电路结构图2-2单相SPWM 逆变电路2.2 单相SPWM 逆变电路控制方式图2-3单极性SPWM 控制方式波形 图2—4双极性SPWM 控制方式波形对于单极性SPWM ，如图2-3所示，在Ur 和Uc 焦点的时刻控制IGBT 的通断.在Ur 的正半周,VT1保持通态，VT2保持断态,当Ur 〉Uc 时使VT4导通，VT3关断，Uo=Ud ；当Ur<Uc 时使VT4关断，VT3导通，Uo=0。
在Ur 的负半周，VT1保持断态，VT2保持通态，当Ur 〈Uc 时使VT3导通,VT4关断，Uo=—Ud;当Ur 〉Uc 时使VT3关断，VT4导通，Uo=0.对于双极性SPWM ，如图2-4所示，仍然在Ur 和Uc 焦点的时刻控制IGBT 的通断。
电压型PWM控制逆变电路仿真实验
单相桥式单极性调制PWM型逆变电路 正弦波与V1和V2触发信号波形
单相桥式单极性调制PWM型逆变电路 载波、调制波和V3与V4触发信号波形
单相桥式单极性调制PWM型逆变电路 载波、调制波和输出电流、电压波形
02
三相桥式双极性调 制PWM型逆变电路
工作原理 .仿真模型搭建 模块参数设置 运行截图
谢谢聆听！
通过了这次仿真，我们组 加 深 了 对 PWM 控 制 技 术 的 理解，明白了单极性PWM 和 双 极 性 PWM 控 制 原 理 ， 深化了PWM对单相和三相 桥式逆变电路的控制的理 解；学会了利用MATLAB中 Simulink构建单极性和双 极性PWM波，并用其控制 逆变电路，很有效的对这 章知识进行了复习，并加 强了自己的动手能力。
电压型PWM控制逆 变电路仿真实验
摘要
※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，来等效的获得所需要的 波形（包含形状和幅值）。 ※PWM控制技术在逆变电路中应用最为广泛，对逆变电路的影响也最为 深刻。现在大量应用的逆变电路中，绝大多数都是PWM型逆变电路。
单相桥式单极性调制PWM型逆变电路
模块参数：
直流电源电压为100V， 频率50Hz，直流侧电阻 为 1Ω，载波频率为 1000Hz，滤波电感为 10mH，正弦调制信号 幅值为0.7（调制度为 0.7）。
单相桥式单极性调制PWM型逆变电路
Sine wave function
单相桥式单极性调制PWM型逆变电路 Sawtooth
单相桥式单极性调制PWM型逆变电路
工作原理
设负载为阻感负载，工作时V1和V2的通断状态互补， V3和V4的通断状态也互补。具体的控制规律如下:在 输出电压u0的正半周，让V1保持通态，V2保持断态， V3和V4交替通断。由于负载电流比电压滞后，因此 在电压正半周，电流有一段区间为正，一段区间为 负。在负载电流为正的区间，V1和V4导通时，负载 电压u0等于直流电压Ud；V4关断时，负载电流通过 V1和VD3续流，u0=0。在负载电流为负的区间，仍为 V1和V4导通时，因i0为负，故i0实际上从VD1和VD4 流过，仍有u0=Ud；V4关断，V3开通后，i0从V3和 VD1续流,u0=0。这样u0总可以得到ud和零两种电平。 同样，在u0的负半周,让V2保持通态，V1保持断态， V3和V4交替通断，负载电压u0可以得到-ud和零两种 电平。
单相正弦波PWM逆变电路仿真报告(Simulink)
单相正弦波PWM逆变电路仿真报告1. 仿真目的：通过对单相SPWM逆变电路不同控制方式的仿真研究，进一步理解SPWM 控制信号的产生原理，单极性、双极性控制方式的原理及不同、载波比与调制深度不同对逆变电路输出波形的影响等。
2. 仿真原理：2.1 单相桥式逆变电路图1 所示为单相桥式逆变电路的框图，设负载为阻感负载。
在桥式逆变电路中，桥臂的上下两个开关器件轮流导通，即工作时V1 和V2 通断状态互补，V3 和V4 的通断状态互补。
下面将就单极性及双极性两种不同的控制方法进行分析。
图1 单相桥式PWM逆变电路2.2 不同控制方式原理2.2.1 单极性控制方式调制信号u r为正弦波，载波u c在u r的正半周为正极性的三角波，在u r的负半周为负极性的三角波。
在u r的正半周，V1保持通态，V2保持断态，在u r>u c 时使V4导通，V3关断，u0=U d; 在u r<u c时使V3导通，V4关断，u0=0; 在u r 的负半周，V1保持断态，V2保持通态，在u r<u c时使V3导通，V4关断，u0=-U d; 在u r>u c时使V4导通，V3关断，u0=0。
这样就得到了SPWM波形u0。
图2 单极性PWM控制波形2.2.2 双极性控制方式采用双极性方式时，在u r的半个周期内，三角波不再是单极性的，而是有正有负，所得的PWM波也是有正有负。
在u r的一个周期内，输出的PWM波只有两种电平，而不像单极性控制时还有零电平。
在u r的正负半周，对各开关器件的控制规律相同。
即u r>u c时，给V1和V4导通信号，给V2和V3以关断信号，如i0>0，则V1和V4通，如i0<0，则VD1和VD4通，不管哪种情况都是输出电压u0=U d。
u r<u c时，给V2和V3导通信号，给V1和V4以关断信号，这时如i0<0，则V2和V3通，如i0>0，则VD2和VD3通,不管哪种情况都是输出电压u0=-U d。
电力电子技术matlab仿真实验报告
上海电机学院卢昌钰 BG0801 10号1.单相半波可控整流电路（1）电阻性负载（R=1欧姆，U2=220V,α=30°）接线图电阻性负载二次电压，输出电压，二次电流，输出电流，晶闸管电压曲线输入电压与输出电压波形（2）阻感负载（R=1欧姆，L=0.05H，U2=220V,α=30°）接线图阻感负载二次电压，输出电压，二次电流，输出电流，晶闸管电压曲线输入电压与输出电压波形（3）阻感负载+续流二极管（R=1欧姆，L=0.05H，U2=220V,α=30°）有问题接线图阻感负载二次电压，输出电压，二次电流，输出电流，晶闸管电压曲线输入与输出电压波形2.单相桥式全控整流电路（1）电阻性负载（R=1欧姆，U2=220V,α=60°）电阻性负载电路图搭建电阻负载输入电压和输出电压对比电阻负载直流电压和电流波形电阻负载时晶闸管T1的波形电流i2的曲线（2）电感性负载（R=1欧姆，L=0.05H,α=60°，U2=220V,）阻感负载电路图搭建阻感负载电压输入与输出波形阻感负载输出电流id阻感负载输出电压ud阻感负载交变时的电流i2阻感负载交变时的电压u2阻感负载VT1的电压波形（3）电感性负载+续流二极管（R=1欧姆，L=0.05H,α=60°，U2=220V,）电感性负载+续流二极管接线图输入和输出电压波形负载电流负载电压二次侧电流晶闸管两端电压3.单相桥式半空整流电路（1）电阻负载（R=1欧姆，α=60°，U2=220V,）接线图二次侧电压，负载电压，二次侧电流，负载电流，晶闸管电压，二极管电压，二极管电流波形图（2）阻感负载（R=1欧姆，L=0.05H，α=60°，U2=220V,）接线图二次侧电压，负载电压，二次侧电流，负载电流，晶闸管电压，二极管电压，二极管电流波形图（3）阻感负载+续流二极管（R=1欧姆，L=0.05H，α=60°，U2=220V,）接线图二次侧电压，负载电压，二次侧电流，负载电流，晶闸管VT1电压，二极管VD4电压，二极管VD4电流波形图4.三相半波可控整流电路电阻负载接线图（0°）三相输入电压输出电流和电压晶闸管1的电流电压输出波形（电阻0°）三相输入电压输出电流和电压晶闸管1的电流电压输出波形（电阻30°）阻感负载接线图（30°）三相输入电压输出电流和电压晶闸管1的电流电压输出波形（阻感30°）阻感负载+续流二极管接线图（30°）三相输入电压输出电流和电压晶闸管1的电流电压输出波形（阻感+续流二极管30°）5．三相全控整流电路电阻负载接线图（30°导通角）三相输入输出电压对比，晶闸管1电压，输出电流电压图形（30°）阻感负载接线图（30°导通角）三相输入输出电压对比，晶闸管1电压，输出电流电压图形（30°）阻感负载+续流二极管接线图（30°导通角）三相输入输出电压对比，晶闸管1电压，输出电流电压图形（30°）6 降压BUCK电路降压斩波电路（电流连续）接线图BUCK变换器电感电流连续时仿真波形BUCK变换器电感电流断续时仿真波形7 升压Boost电路升压Boost变换器仿真接线图升压Boost变换器连续工作升压Boost变换器断续工作8 单相全桥方波逆变电路单相全桥方波电阻负载逆变电路接线图电阻负载逆变器直流侧电流，输出交流电压电流方波波形单相全桥方波阻感负载逆变电路接线图阻感负载逆变器直流侧电流，输出交流电压电流方波波形9 三相方波逆变电路三相方波逆变电路接线图三相方波逆变电路仿真波形（感性无功=100Var）三相方波逆变电路仿真波形（感性无功=1000Var）10单极性的PWM方式下的单相全桥逆变电路单极性的PWM方式下的单相全桥逆变电路接线图在下：输出电压，电流和直流侧电流波形。
PSIM仿真设计单相桥式SPWM逆变器
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。
单极性模式PWM逆变电路的计算机仿真
逆变电路是P W M控制技术最为重要的应用场合。
这里在研究单相桥式P WM逆变电路的理论基础上，采用Ma t la b的可视化仿真工具S i mu lin k建立单相桥式单极性控制方式下P W M逆变电路的仿真模型，通过动态仿真，研究了调制深度、载波频率对输出电压、负载上电流的影响；并分析了输出电压、负载上电流的谐波特性。
仿真结果表明建模的正确性，并证明了该模型具有快捷、灵活、方便、直观等一系列特点，从而为电力电子技术教学和研究中提供了一种较好的辅助工具。
关键词:Matlab/Simulink；PWM逆变电路；动态仿真；建模；PWM控制技术是逆变电路中应用最为广泛的技术，现在大量应用的逆变电路中，绝大部分都是PWM型逆变电路。
为了对PWM型逆变电路进行分析，首先建立了逆变器控制所需的电路模型，采用IGBT作为开关器件，并对单相桥式电压型逆变电路和PWM控制电路的工作原理进行了分析，运用MATLAB中的SIMULINK对电路进行了仿真，给出了仿真波形，并运用MATLAB提供的powergui模块对仿真波形进行了FFT分析（谐波分析）。
通过仿真分析表明，运用PWM控制技术可以很好的实现逆变电路的运行要求。
目录摘要 (1)前言 (2)一逆变电路相关概述 (4)1.1 .MATLAB的介绍 (4)1.2 PWM技术 (4)1.3PWM控制方法 (5)二主电路工作原理说明 (10)2.1 PWM控制的基本原理 (10)三主电路设计的详细过程 (12)四仿真模型的建立及各模块参数设置 (14)4.1单极性PWM控制发生电路模型 (14)4.2单极性SPWM方式下的单相桥式逆变电路 (16)五、总结 (23)参考文献 (24)七、体会 (25)一逆变电路相关概述1.1 .MATLAB的介绍MATLAB将矩阵运算、数值分析、图形处理、编程技术结合在一起，为用户提供了一个强有力的科学及工程问题的分析计算和程序设计工具，它还提供了专业水平的符号计算、文字处理、可视化建模仿真和实时控制等功能，是具有全部语言功能和特征的新一代软件开发平台。
单相单极性SPWM逆变电路matlab仿真
单相单极性SPWM逆变电路matlab仿真计算机仿真实验报告专业：电气工程及其自动化班级：11电牵4班姓名：江流在班编号：26指导老师：叶满园实验日期：2014年5月15日一、实验名称：单相单极性SPWM逆变电路MATLAB仿真二、目的及要求了解并掌握单相单极性SPWM逆变电路的工作原理； 2.进一步熟悉MATLAB中对Simulink 的使用及构建模块； 3.进一步熟悉掌握用MATLAB绘图的技巧。
三、实验原理1.单相单极性SPWM逆变的电路原理图2、单相单极性SPWM逆变电路工作方式单极性PWM控制方式（单相桥逆变）：在Ur和U c的交点时刻控制IGBT的通断，Ur正半周，V1保持通，V2保持断，当Ur>cu 时使V4通，V3断，U0=Ud，当Ur<U c时使V4断，V3通，U0=0。
Ur负半周，V1保持断，V2保持通，当Ur<cu时使V3通，V4断，U0=-U d，当Ur>Uc时使V3断，V4通，U0=0。
输出电压波形四、实验步骤及电路图1、建立MATLAB仿真模型。
以下分别是主电路和控制电路（触发电路）模型：2、参数设置本实验设置三角载波的周期为t，通过改变t 的值改变输出SPWM矩形波的稠密，从而调节负载获取电压的质量。
设置正弦波周期为0.02s，幅值为1。
直流电源幅值为97V，三角载波幅值为 1.2V，三角载波必须正弦波正半周期输出正三角载波，而在正弦波负半周期输出负三角载波，这可以通过让三角载波与周期与正弦波相同、幅值为1和-1的矩形波相乘实现。
五、实验结果与分析1、设置三角脉冲波形的周期t=0.02/9s时的仿真结果：2、设置三角脉冲波形的周期t=0.02/21s时的仿真结果：根据仿真结果和面积等效原理可知，模拟电路成功的实现了将直流逆变成交流。
对比可发现，当三角载波的周期设置的越小时输出电压的作用效果越接近正弦电压的作用效果，可以推理：当三角载波的周期为无穷小时，逆变电路便输出标准的正弦波,只是电力电子开关器件的关断需要一定的时间，故实际中是做不到的。
实验单相逆变器单极性和双极性SPWM调制技术的仿真
图4三相PWM逆变电路
当 时，给V1导通信号，给V4关断信号， ；当 时，给V4导通信号，给V1关断信号， 。当给V1(V4)加导通信号时，可能是V1(V4)导通，也可能是VD1(VD4)导通。 、 和 的PWM波形只有 两种电平。 波形可由 、 得出，当1和6通时， = ，当3和4通时， = ，当1和3或4和6通时， =0。 、 的波形可同理得出。
图3是采用IGBT作为开关器件的单相桥式电压型逆变电路。
图3单相桥式PWM逆变电路
单相桥式逆变电路双极性PWM控制方式：在 的半个周期内，三角波载波有正有负，所得PWM波也有正有负，其幅值只有± 两种电平。同样在调制信号 和载波信号 的交点时刻控制器件的通断。 正负半周，对各开关器件的控制规律相同。当 > 时，给V1和V4导通信号，给V2和V3关断信号。如 >0，V1和V4通，如 <0，VD1和VD4通， = 。当 < 时，给V2和V3导通信号，给V1和V4关断信号。如 <0，V2和V3通，如 >0，VD2和VD3通， =- 。这样就得到图2所示的双极性的SPWM波形。
图8三相调制波与三角载波波形
3.3
双
图9单相桥式PWM逆变器主电路图
为了使仿真界面简洁，仿真参数易于修改，通用桥（Universal Bridge）的触发脉冲是图5所示部分封装成的子模块。对于单相SPWM控制方式的逆变电路，有如下重要参数：
载波比N——载波频率 与调制信号频率 之比，即N = / 。
调制度m――调制波幅值 与载波幅值 之比，即m＝ / 。
输出电压基波幅值 = ，其中， 为直流侧电源电压。
将调制度m设置为0.9，调制波频率设为50Hz，载波频率设为基波的30倍（载波比N=30），即1500Hz，仿真时间设为0.04s，在powergui中设置为离散仿真模式，采样时间设为1e-006s，运行后可得仿真结果，建立m文件，程序如下所示：（示波器名称设置为inv）
基于MATLAB的单相PWM逆变电路的仿真研究
基于MATLAB的单相PWM逆变电路的仿真研究作者：朱南张理兵叶卫川徐俊佩来源：《电子世界》2012年第07期【摘要】逆变电路是PWM控制技术最为重要的应用场合。
这里在研究单相桥式PWM逆变电路的理论基础上，采用Matlab的可视化仿真工具Simulink建立单相桥式单极性控制方式下PWM逆变电路的仿真模型，通过动态仿真，研究了调制深度、载波频率对输出电压、负载上电流的影响；并分析了输出电压、负载上电流的谐波特性。
仿真结果表明建模的正确性，并证明了该模型具有快捷、灵活、方便、直观等一系列特点，从而为电力电子技术教学和研究中提供了一种较好的辅助工具。
【关键词】Matlab/Simulink；PWM逆变电路；动态仿真；建模1.引言在电力电子技术中，把直流电变为交流电称为逆变。
逆变电路应用非常广泛，如在直流电源向交流负载供电时需要逆变电路；交流电动机调速用变频器、不间断电源、感应加热电源等电力电子装置的核心部分也是逆变电路。
这里主要讨论单极性PWM（脉冲宽度调制）控制方式的单相桥式逆变电路，并应用Matlab的可视化仿真工具Simulink，对该电路进行建模，并对不同调制深度、载波频率情况下对输出电压、负载上电流进行了仿真分析，既加深了PWM 逆变电路的理论，同时也为现代电力电子实验教学奠定良好的实验基础。
本文中仿真软件采用MATALAB R2007a版本（MATLAB 7.4、Simu-link 6.6、SimPowerSystems 4.4版本）。
2.电路构成及工作特点采用IGBT作为开关器件的单相桥式PWM逆变电路如图1所示。
设负载为阻感负载，工作时V1和V2通断互补，V3和V4通断也互补，调制信号ur为正弦波。
PWM控制方式采用单极性控制方式，在ur的半个周期内载波uc只在正极性或负极性一种极性范围内变化，所得的PWM波也只在单个极性范围变化。
单极性PWM控制方式时的波形具体如图2所示。
在调制信号ur和载波信号uc的交点时刻控制各开关器件的通断。
单相PWM逆变电路的两种仿真模型建立
单相PWM逆变电路的两种仿真模型建立吴炳娇;赵峰【摘要】在多数逆变电路的仿真中,通常都是直接采用Matlab提供的PWM发生器,建立逆变电路的仿真模型,很少根据PWM产生的机理,建立PWM发生器的数学模型.对单相桥式逆变电路进行仿真时,建立PWM发生器的仿真模型并和Matlab 下提供的PWM发生器的仿真模型进行比较,仿真结果表明,根据PWM产生的原理建立的PWM发生器仿真模型的正确性,为PWM产生模型的建立提供了更广阔的选择空间.【期刊名称】《电气传动自动化》【年(卷),期】2012(034)002【总页数】4页(P40-43)【关键词】PWM发生器;单相桥式逆变电路;PWM控制技术;数学模型;Matlab仿真【作者】吴炳娇;赵峰【作者单位】兰州交通大学自动化与电气工程学院,甘肃兰州730070;兰州交通大学自动化与电气工程学院,甘肃兰州730070【正文语种】中文【中图分类】TM51 引言PWM控制技术在电力电子技术中占有重要的地位，电力电子中各种电能变换电路的实现基本都依赖于PWM技术，尤其在逆变电路中的应用十分广泛，目前中小功率的逆变电路几乎都采用了PWM技术。
PWM控制技术就是对脉冲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，来等效地获取所需要的波形。
PWM控制技术首先在逆变电路中获得应用，并且它是依赖于在逆变电路中的应用，才发展得比较成熟。
PWM控制技术在电力电子中应用，得益于它能够改善相控技术给电能变换所带来的谐波等不和谐因素，使电能变换能够获得更好的应用。
2 单相桥式逆变电路单相桥式逆变电路是三相桥式逆变电路的基础，二者的基本理论是相同的。
为了说明PWM技术在逆变电路中的应用，以单相桥式逆变电路为例，对逆变电路的工作过程进行分析。
开关器件可以采用各种电力电子器件，这里采用IGBT作为开关器件。
图1所示为单相桥式逆变电路的框图，设负载为阻感负载。
在桥式逆变电路中，桥臂的上下两个开关器件轮流导通，即工作时V1和V2通断状态互补，V3和V4的通断状态互补。
PWM逆变器Matlab仿真
摘要在本设计中，首先，针对课设题目要求，进行了系统的总体方案选择，以及各功能模块的方案论证和选择。
选择通过升压斩波电路将输入直流电压升高，再利用全桥逆变方式将直流电转换成50HZ的交流电，控制部分采用PWM斩波控制技术。
接着，对各功能模块进行了详细的原理分析和电路设计，同时也对可能出现的直流不平衡等问题进行了考虑。
并最终通过MATLAB来实现PWM逆变器的仿真，并进行结果分析，得出系统参数对输出的影响规律。
经过理论分析设计以及MATLAB仿真两种方式，证明了本系统可以很好地实现将输入110V直流转换成220V、50HZ单相交流电的设计要求，另外本设计也按设计要求采用了PWM斩波控制技术。
关键词：逆变；PWM控制；MATLAB仿真；DC-DC；目录1.设计方案的论证与选择 (1)1.1总体设计思路 (1)1.2 DC-DC方案论证与选择 (1)1.3逆变主电路的方案论证与选择 (2)1.4 逆变器控制方法的论证与选择 (3)2.设计原理及实现方法 (4)2.1 升压斩波电路的设计 (4)2.2 全桥式逆变电路的设计 (5)2.3 PWM控制技术及SPWM波的生成 (6)2.3.1 PWM控制的基本原理 (7)2.3.2 SPWM法的基本原理 (7)2.3.3 规则采样法 (8)2.3.4单极性和双极性PWM控制逆变电路分析 (9)3.MATLAB仿真及结论分析 (11)3.1升压环节的建模与仿真 (11)3.2 制作并生成SPWM波形 (13)3.3 逆变环节的建模与仿真（一） (15)3.4 逆变环节的建模与仿真（二） (17)3.4.1载波频率与输出电压频率改变对波形的影响 (18)3.4.2 改变负载对输出的影响 (21)4.收获与体会 (25)5.参考文献 (26)PWM逆变器Matlab仿真1.设计方案的论证与选择1.1总体设计思路由于要求的输出为220V,50HZ单相交流电，而输入却是只有110V的直流电压，所以仅仅由逆变环节不能实现，而应该有升压环节。
单相PWM逆变器的建模讲诉
3 PWM 逆变器的动态建模逆变器作为一种开关电源，具有效率高、体积小及重量轻等显著优势，近几年获得了迅速的发展。
由于逆变器电路工作在开通和关断两种状态，整个逆变器电路系统为以非线性时变系统，因而一般的线性系统理论不能直接应用。
随着电力电子技术及现代工业、尤其是航空航天事业的发展，对诸如逆变器等电力电子器件的要求越来越高。
依赖传统的方法，仅通过反复调节控制系统的结构和参数来满足动态特性的要求已经远远不够，这就促使人们深入的了解逆变器系统内部的电磁过程，寻求其数学描述，即建立逆变器电路系统的数学模型。
状态空间平均法是一种对非线性电源系统进行线性化和小信号处理的建模方法，从而得到电源系统的小信号状态方程，并给出了系统的小信号等效电路，结合控制系统的传递函数，便可使用频域法和时域来分析开关电源电路，该方法的前提是系统的响应频率远远低于开关电源电路，因而对系统的高频特性描述的不太精确。
但是该方法比较简单、直观、参数变化对系统的影响也比较明了。
因此本章将应用状态空间平均法建立PWM 逆变器数学控制模型，通过介绍该模型构建过程，总结出其特点、适用范围与使用方法，以阐明状态空间平均法对逆变器建模的实质、方法、步骤和意义。
3.1 状态空间平均法3.1.1基本思想当考察一段远比单个开关周期长的时间里的状态行为时，可以忽略单个开关周期内的状态变化细节，状态的总体变化趋势可用连续序列的单个开关周期里状态均值的改变来等效。
这样等效的前提是系统的带宽远小于开关频率，以至于系统状态的改变对开关频率而言足够缓慢。
这样，就能从原有的不连续的统一状态方程得出满足所需精度的、描述系统状态变化趋势的、连续的状态方程，从而可以运用控制工程的一些手法和手段对逆变器系统进行分析设计。
3.1.2基本方法状态空间平均法是针对开关电路的开关器件工作在开通和关断两种工作状态，分别列写状态方程。
在导通期间（r t on）为‘X = A on X + B o n Uy = C on X(3.1) X = A o f X+ B o f u在关断期间(t"°ff)为」小(3.2)y = c°f X式中，X表示状态变量，U表示独立电源，y表示输出变量将式（1）和式（2）平均可得:X 二dA)n d A off X dB on d B off Uy = dC on - d'C off X (3.3式中d = ^^；d =；^ = i—d如果定义：A = dA on d'A off ；B = dB on d'B off ；C = dC on d'C off，则有x = Ax Buy = C X(3.4)上式即为开关电路的状态平均方程。
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摘要逆变电路是P W M控制技术最为重要的应用场合。
这里在研究单相桥式P WM逆变电路的理论基础上，采用Ma t la b的可视化仿真工具S i mu lin k建立单相桥式单极性控制方式下P W M逆变电路的仿真模型，通过动态仿真，研究了调制深度、载波频率对输出电压、负载上电流的影响；并分析了输出电压、负载上电流的谐波特性。
仿真结果表明建模的正确性，并证明了该模型具有快捷、灵活、方便、直观等一系列特点，从而为电力电子技术教学和研究中提供了一种较好的辅助工具。
关键词:Matlab/Simulink；PWM逆变电路；动态仿真；建模；前言PWM控制技术是逆变电路中应用最为广泛的技术，现在大量应用的逆变电路中，绝大部分都是PWM型逆变电路。
为了对PWM型逆变电路进行分析，首先建立了逆变器控制所需的电路模型，采用IGBT作为开关器件，并对单相桥式电压型逆变电路和PWM控制电路的工作原理进行了分析，运用MATLAB中的SIMULINK对电路进行了仿真，给出了仿真波形，并运用MATLAB提供的powergui模块对仿真波形进行了FFT分析（谐波分析）。
通过仿真分析表明，运用PWM控制技术可以很好的实现逆变电路的运行要求。
目录摘要 (1)前言 (2)一逆变电路相关概述 (4)1.1 .MATLAB的介绍 (4)1.2 PWM技术 (4)1.3PWM控制方法 (5)二主电路工作原理说明 (10)2.1 PWM控制的基本原理 (10)三主电路设计的详细过程 (12)四仿真模型的建立及各模块参数设置 (14)4.1单极性PWM控制发生电路模型 (14)4.2单极性SPWM方式下的单相桥式逆变电路 (16)五、总结 (23)参考文献 (24)七、体会 (25)一逆变电路相关概述1.1 .MATLAB的介绍MATLAB将矩阵运算、数值分析、图形处理、编程技术结合在一起，为用户提供了一个强有力的科学及工程问题的分析计算和程序设计工具，它还提供了专业水平的符号计算、文字处理、可视化建模仿真和实时控制等功能，是具有全部语言功能和特征的新一代软件开发平台。
MATLAB 已发展成为适合众多学科，多种工作平台、功能强大的大型软件。
MATLAB已成为线性代数、自动控制理论、数理统计、数字信号处理、时间序列分析、动态系统仿真等高级课程的基本教学工具。
1.2 PWM技术PWM技术的的应用十分广泛，它使电力电子装置的性能大大提高，因此它在电力电子技术的发展史上占有十分重要的地位。
PWM控制技术正是有赖于在逆变电路中的成功应用，才确定了它在电力电子技术中的重要地位。
脉宽调制(PWM（Pulse Width Modulation）是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。
简而言之，PWM是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。
通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。
PWM信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有(ON)，要么完全无(OFF)。
电压或电流源是以一种通(ON)或断(OFF)的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。
通的时候即是直流供电被加到负载上的时候，断的时候即是供电被断开的时候。
只要带宽足够，任何模拟值都可以使用PWM进行编码。
1.3PWM控制方法采样控制理论中有一个重要结论: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.PWM控制技术就是以该结论为理论基础,对半导体开关器件的导通和关断进行控制,使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲,用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形.按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制,既可改变逆变电路输出电压的大小,也可改变输出频率.PWM控制的基本原理很早就已经提出,但是受电力电子器件发展水平的制约,在上世纪80年代以前一直未能实现.直到进入上世纪80年代,随着全控型电力电子器件的出现和迅速发展,PWM控制技术才真正得到应用.随着电力电子技术,微电子技术和自动控制技术的发展以及各种新的理论方法,如现代控制理论,非线性系统控制思想的应用,PWM控制技术获得了空前的发展.到目前为止,已出现了多种PWM控制技术,根据PWM控制技术的特点,到目前为止主要有以下8类方法.(1) 相电压控制PWM1 等脉宽PWM法VVVF(Variable Voltage Variable Frequency)装置在早期是采用PAM(Pulse Amplitude Modulation)控制技术来实现的,其逆变器部分只能输出频率可调的方波电压而不能调压.等脉宽PWM法正是为了克服PAM 法的这个缺点发展而来的,是PWM法中最为简单的一种.它是把每一脉冲的宽度均相等的脉冲列作为PWM波,通过改变脉冲列的周期可以调频,改变脉冲的宽度或占空比可以调压,采用适当控制方法即可使电压与频率协调变化.相对于PAM法,该方法的优点是简化了电路结构,提高了输入端的功率因数,但同时也存在输出电压中除基波外,还包含较大的谐波分量.2 随机PWM在上世纪70年代开始至上世纪80年代初,由于当时大功率晶体管主要为双极性达林顿三极管,载波频率一般不超过5kHz,电机绕组的电磁噪音及谐波造成的振动引起了人们的关注.为求得改善,随机PWM方法应运而生.其原理是随机改变开关频率使电机电磁噪音近似为限带白噪声(在线性频率坐标系中,各频率能量分布是均匀的),尽管噪音的总分贝数未变,但以固定开关频率为特征的有色噪音强度大大削弱.正因为如此,即使在IGBT已被广泛应用的今天,对于载波频率必须限制在较低频率的场合,随机PWM仍然有其特殊的价值;另一方面则说明了消除机械和电磁噪音的最佳方法不是盲目地提高工作频率,随机PWM技术正是提供了一个分析,解决这种问题的全新思路.3 SPWM法SPWM(Sinusoidal PWM)法是一种比较成熟的,目前使用较广泛的PWM法.前面提到的采样控制理论中的一个重要结论: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.SPWM法就是以该结论为理论基础,用脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM 波形即SPWM波形控制逆变电路中开关器件的通断,使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的面积相等,通过改变调制波的频率和幅值则可调节逆变电路输出电压的频率和幅值.该方法的实现有以下几种方案.一等面积法该方案实际上就是SPWM法原理的直接阐释,用同样数量的等幅而不等宽的矩形脉冲序列代替正弦波,然后计算各脉冲的宽度和间隔,并把这些数据存于微机中,通过查表的方式生成PWM信号控制开关器件的通断,以达到预期的目的.由于此方法是以SPWM控制的基本原理为出发点,可以准确地计算出各开关器件的通断时刻,其所得的的波形很接近正弦波,但其存在计算繁琐,数据占用内存大,不能实时控制的缺点.二硬件调制法硬件调制法是为解决等面积法计算繁琐的缺点而提出的,其原理就是把所希望的波形作为调制信号,把接受调制的信号作为载波,通过对载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,当调制信号波为正弦波时,所得到的就是SPWM波形.其实现方法简单,可以用模拟电路构成三角波载波和正弦调制波发生电路,用比较器来确定它们的交点,在交点时刻对开关器件的通断进行控制,就可以生成SPWM波.但是,这种模拟电路结构复杂,难以实现精确的控制.三软件生成法由于微机技术的发展使得用软件生成SPWM波形变得比较容易,因此,软件生成法也就应运而生.软件生成法其实就是用软件来实现调制的方法,其有两种基本算法,即自然采样法和规则采样法.四自然采样法以正弦波为调制波,等腰三角波为载波进行比较,在两个波形的自然交点时刻控制开关器件的通断,这就是自然采样法.其优点是所得SPWM波形最接近正弦波,但由于三角波与正弦波交点有任意性,脉冲中心在一个周期内不等距,从而脉宽表达式是一个超越方程,计算繁琐,难以实时控制.五规则采样法规则采样法是一种应用较广的工程实用方法,一般采用三角波作为载波.其原理就是用三角波对正弦波进行采样得到阶梯波,再以阶梯波与三角波的交点时刻控制开关器件的通断,从而实现SPWM法.当三角波只在其顶点(或底点)位置对正弦波进行采样时,由阶梯波与三角波的交点所确定的脉宽,在一个载波周期(即采样周期)内的位置是对称的,这种方法称为对称规则采样.当三角波既在其顶点又在底点时刻对正弦波进行采样时,由阶梯波与三角波的交点所确定的脉宽,在一个载波周期(此时为采样周期的两倍)内的位置一般并不对称,这种方法称为非对称规则采样.规则采样法是对自然采样法的改进,其主要优点就是是计算简单,便于在线实时运算,其中非对称规则采样法因阶数多而更接近正弦.其缺点是直流电压利用率较低,线性控制范围较小.以上两种方法均只适用于同步调制方式中.4 低次谐波消去法低次谐波消去法是以消去PWM波形中某些主要的低次谐波为目的的方法.其原理是对输出电压波形按傅氏级数展开,表示为u(ωt)=ansinnωt,首先确定基波分量a1的值,再令两个不同的an=0,就可以建立三个方程,联立求解得a1,a2及a3,这样就可以消去两个频率的谐波.该方法虽然可以很好地消除所指定的低次谐波,但是,剩余未消去的较低次谐波的幅值可能会相当大,而且同样存在计算复杂的缺点.该方法同样只适用于同步调制方式中.5梯形波与三角波比较法前面所介绍的各种方法主要是以输出波形尽量接近正弦波为目的,从而忽视了直流电压的利用率,如SPWM法,其直流电压利用率仅为86.6%.因此,为了提高直流电压利用率,提出了一种新的方法--梯形波与三角波比较法.该方法是采用梯形波作为调制信号,三角波为载波,且使两波幅值相等,以两波的交点时刻控制开关器件的通断实现PWM控制.由于当梯形波幅值和三角波幅值相等时,其所含的基波分量幅值已超过了三角波幅值,从而可以有效地提高直流电压利用率.但由于梯形波本身含有低次谐波,所以输出波形中含有5次,7次等低次谐波.（2）线电压控制PWM前面所介绍的各种PWM控制方法用于三相逆变电路时,都是对三相输出相电压分别进行控制的,使其输出接近正弦波,但是,对于像三相异步电动机这样的三相无中线对称负载,逆变器输出不必追求相电压接近正弦,而可着眼于使线电压趋于正弦.因此,提出了线电压控制PWM,主要有以下两种方法.一马鞍形波与三角波比较法马鞍形波与三角波比较法也就是谐波注入PWM方式(HIPWM),其原理是在正弦波中加入一定比例的三次谐波,调制信号便呈现出马鞍形,而且幅值明显降低,于是在调制信号的幅值不超过载波幅值的情况下,可以使基波幅值超过三角波幅值,提高了直流电压利用率.在三相无中线系统中,由于三次谐波电流无通路,所以三个线电压和线电流中均不含三次谐波[4].除了可以注入三次谐波以外,还可以注入其他3倍频于正弦波信号的其他波形,这些信号都不会影响线电压.这是因为,经过PWM调制后逆变电路输出的相电压也必然包含相应的3倍频于正弦波信号的谐波,但在合成线电压时,各相电压中的这些谐波将互相抵消,从而使线电压仍为正弦波.二单元脉宽调制法因为,三相对称线电压有Uuv+Uvw+Uwu=0的关系,所以,某一线电压任何时刻都等于另外两个线电压负值之和.现在把一个周期等分为6个区间,每区间60°,对于某一线电压例如Uuv,半个周期两边60°区间用Uuv本身表示,中间60°区间用-(Uvw+Uwu)表示,当将Uvw和Uwu作同样处理时,就可以得到三相线电压波形只有半周内两边60°区间的两种波形形状,并且有正有负.把这样的电压波形作为脉宽调制的参考信号,载波仍用三角波,并把各区间的曲线用直线近似(实践表明,这样做引起的误差不大,完全可行),就可以得到线电压的脉冲波形,该波形是完全对称,且规律性很强,负半周是正半周相应脉冲列的反相,因此,只要半个周期两边60°区间的脉冲列一经确定,线电压的调制脉冲波形就唯一地确定了.这个脉冲并不是开关器件的驱动脉冲信号,但由于已知三相线电压的脉冲工作模式,就可以确定开关器件的驱动脉冲信号了.该方法不仅能抑制较多的低次谐波,还可减小开关损耗和加宽线性控制区,同时还能带来用微机控制的方便,但该方法只适用于异步电动机,应用范围较小.（3）电流控制PWM电流控制PWM的基本思想是把希望输出的电流波形作为指令信号,把实际的电流波形作为反馈信号,通过两者瞬时值的比较来决定各开关器件的通断,使实际输出随指令信号的改变而改变二主电路工作原理说明2.1 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。