三相SPWM逆变器的调制建模和仿真详解
三相SPWM逆变器的调制建模和仿真
teiv r rT ru hteu eo t b/ i l ka dP w rS se B o k ( S )p we s m lc s t o lo i lt n h e e. h o g s fMal n t h a Smui n o e ytm lc n PB o r y t bo k e ob xs s e T muai o
到 最 终 实现设 计要 求 的 可 视 化 桥 梁 。 被 广 泛 应 用 于 线 性 系统 、 线 性 系统 及 数 字 信 号 处 理 的 建 模 和 仿 真 中。 非 关键 词 : P S WM; 三相 逆 变 器 ; t bSm l k 仿 真 Ma a /i ui ; l n 中 图分 类 号 : M4 4 T 6 文 献 标识 码 : A 文 章编 号 :1 7 — 2 6 2 1 ) l 0 3 — 3 6 4 6 3 (0 3 0 一 12 0
( lc o iI om t nSh o, aguU ie o cec n ehooy Z ejag2 2 0 ,C ia Eet nc n r ai c olJ ns nvr fSinead Tc nl , h n n 1 0 3 hn ) r f o i s g i
Ab t a t h s p p rb e y d s r e h o k n rn i l fte t r ep a e S W M n et rb h i lt n o r e sr c :T i a e r f e c b d te w r i g p i c pe o h e - h s P i l i h - i v r y t e smu ai ft e 。 e o h _ p a eS W M v r r D s r e ei p t n u p t h r c e s A ay i d t e c a a tr f h ot g n u r n h o g h s P i et . e c i d t u d o t u a a t r. n lss h h r ce so e v l e a d c re t r u h n e b h n a c e t a t
基于三相并网逆变器SPWM及SVPWM控制的仿真研究
基于三相并网逆变器SPWM及SVPWM控制的仿真研究三相并网逆变器是一种常见的电力电子设备,用于将直流电能转化为交流电能并连接到电网中。
在实际应用中,为了提高逆变器的性能和控制精度,常常采用了SPWM和SVPWM控制策略。
本文对基于三相并网逆变器的SPWM和SVPWM控制进行了仿真研究。
首先,介绍了三相并网逆变器的基本工作原理。
三相并网逆变器由整流器和逆变器两个部分组成。
整流器将电网中的交流电转化为直流电,逆变器将直流电转化为交流电并注入电网中。
同时,逆变器还需要提供电网中的电能质量控制,包括功率因数修正和谐波消除等。
接着,详细介绍了SPWM和SVPWM控制策略。
SPWM控制是一种常见的逆变器控制方法,通过调节逆变器输出电压的幅值和频率来实现对电网的注入电能控制。
SVPWM控制是一种更精确的控制方法,将逆变器输出电压分解为两个三角波信号,并通过调节三角波波形的占空比和相位来精确控制逆变器输出电压。
其优点是能够实现连续变化的电压和频率控制,提高了系统的运行稳定性和效率。
然后,搭建了三相并网逆变器的仿真模型,并分别进行了SPWM和SVPWM控制的仿真实验。
在仿真实验中,选择了逆变器的输出电压波形、频率和相位作为控制目标,通过调节SPWM和SVPWM控制的参数来实现对逆变器输出电压的控制。
仿真结果表明,SVPWM控制相比于SPWM控制具有更高的控制精度和稳定性,在电网注入电能方面效果更好。
最后,对仿真结果进行了分析和讨论。
在仿真实验中,SPWM控制的输出电压存在较大的气动调节误差,而SVPWM控制的输出电压更接近于理想波形,控制精度更高。
此外,SVPWM控制可以实现更高的电压变化速率和更精确的相位控制,更适用于一些对控制精度要求较高的应用场景。
综上所述,基于三相并网逆变器的SPWM和SVPWM控制是一种有效的控制策略。
本文通过仿真研究发现,SVPWM控制相比于SPWM控制具有更高的控制精度和稳定性,可以满足一些对电网注入电能控制要求较高的应用需求。
电压型三相SPWM逆变器建模和仿真研究
* * * 学 院本科毕业设计(论文)作者姓名 指导教师学科门类 所学专业 题 目代分类号学号 密级 提交论文日期成绩评定 Voltage-source SPWM Inverter电压型三相逆变器就是供给逆变器的交流电源是三相电电源, SPWM正弦脉宽调制法这项技术的特点是原理简单,通用性强,具有开关频率固定,控制和调节性能好,使输出电压只含有固定频率的高次谐波分量,并能够消除谐波,且设计简单等一系列的优点,SPWM 正弦脉宽调制法是一种比较好的波形改善的方法。
SPWM正弦脉宽调制法的出现为中型和小型逆变器的快速发展起到了一个重要的推动作用。
伴随着电力电子技术的高速发展,电压型三相SPWM逆变器已被广泛应用在各个领域之中,并且SPWM技术已经成为目前应用最为广泛的逆变用PWM技术。
通过电压型三相SPWM逆变器建模和仿真研究这项课题,能够加强自己对电压型三相SPWM逆变器控制原理和建模进行深入理解,并提高自己在三相电压逆变方面的计算机仿真能力,为今后自己从事交流电机控制与电源逆变相关工作打下良好的基础。
关键词:电压型;频率;SPWM;逆变器The AC power supply voltage three-phase inverter is supplied to the inverter is three-phase electric power supply, the technology of SPWM sine pulse width modulation method is simple in principle, strong versatility, with fixed switching frequency, control and regulation performance, so that the output voltage harmonic component contains only the fixed frequency, and can eliminate the harmonic, and has the advantages of simple design a series of, SPWM sine pulse width modulation method is a good waveform improvement. SPWM sine pulse width modulation method for the rapid development of medium and small inverter plays an important role in promoting. Along with the rapid development of power electronic technology, three-phase voltage-source SPWM inverter has been widely used in various fields, and the SPWM technology has become the most widely used PWM technology of inverter.Through research on Modeling and Simulation of three-phase voltage-source SPWM inverter this subject, it can make me have a strength to voltage three-phase SPWM inverter control principle and modeling a more depth understanding, and it can improve myself in the three-phase voltage inverter aspects of computer simulation ability, which can make me have a good foundation of engaged in AC motor control and power inverter related work.Key words: Voltage type; frequency SPWM; Inverter目录摘要 (I)Abstract (II)目录 (III)1 引言 (1)2 电压型三相SPWM逆变器的工作原理及控制方法 (1)2.1 三相电压型逆变器电路 (1)2.2 SPWM控制的基本原理 (4)2.3电压型三相SPWM逆变器的实现及控制 (6)3 电压型三相SPWM逆变器的建模与仿真 (8)3.1 Simulink软件的介绍 (8)3.2 电压型三相SPWM逆变器的建模和仿真 (9)4 总结 (16)参考文献 (17)谢辞 (18)1 引言近年来,随着大功率全控型电力电子器件的研究与开发成功和应用技术的不断成熟,电能变换技术得到了突破性的进展,在一些领域中,已经开始使用各种新型逆变器电源,其中,也包括电动机。
三相逆变器SPWM的仿真
目录一摘要 (2)二三项逆变器SPWM调制原理 (2)三SPWM逆变电路及其控制方法 (2)3.1SPWM包括单极性和双极性两种调制方法 (2)3.2调制法 (3)3.3特定谐波消去法 (4)四三相桥式逆变器SPWM调制的仿真型 (5)4.1SUBSYSTEM封装模块 (6)4.2SUBSYSTEM1封装模块 (7)五三相桥式逆变器SPWM调制的仿真波形 (7)六频谱分析 (14)6.1对相电压UN’、VN’、WN’输出电压进行谐波分析 (14)6.2对负载的线电压U UV、U VW、U WU的输出波形进行谐波分析 (16)6.3负载VN的相电压UN、VN、WN输出波形进行谐波分析 (17)七结语 (19)八参考文献 (19)三相逆变器双极性SPWM调制技术的仿真一摘要:在电力电子技术中,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波形(含形状和幅值)。
本论文以三相逆变器双极性SPWM调制技术的仿真为例,通过运用了Matlab/Simulink和Power System Block(PSB)电力系统模块集工具箱仿真环境,对电路进行建模、计算和仿真分析。
通过调节载波比N,用示波器观看输出波形的改变。
另外,采用subplot作出相电压、相电流、线电压、不同器件所承受的电压波形以及频谱图,并加以分析。
关键词:PWM 三相逆变器载波比N 示波器仿真波形二三相逆变器SPWM调制原理在采样控制理论中有一个重要的结论: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。
图1中各个形状的窄脉冲在作用到逆变器中电力电子器件时,其效果是相同的,是指环节的输出响应波形基本相同。
重要理论基础——面积等效原理a)矩形脉冲b)三角脉冲c)正弦半波脉冲d)单位脉冲函图1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲三SPWM逆变电路及其控制方法3.1 SPWM包括单极性和双极性两种调制方法(1)如果在正弦调制波的半个周期内,三角载波只在正或负的一种极性范围内变化,所得到的SPWM波也只处于一个极性的范围内,叫做单极性控制方式。
三相SPWM逆变电路仿真
三相SPWM逆变电路仿真摘要:利用MATLAB软件中的电力系统模块库,为三相电压型逆变器建立了仿真模型,对其输出特性进行了仿真分析,并利用快速傅里叶变换(FFT)分析工具对逆变器的输出电压进行了谐波分析。
仿真实例表明了此模型和仿真方法的正确性。
关键词:逆变电路;脉宽调制(PWM);快速傅里叶变换(FFT) ;谐波;MATLAB0 引言随着大功率全控型电力电子器件(如GTO、IG2BT、MOSFET、IGCT 等)的开发成功和应用技术的不断成熟,近年来电能变换技术出现了突破性进展,各种新型逆变器已开始在各类直流电源、UPS、交流电机变频调速、高压直流输电系统等领域中得到应用,由于大功率电力电子装置的结构非常复杂,若直接对装置进行试验,代价高且费时费力,故在研制过程中需要借助计算机仿真技术,对装置的运行机理与特性、控制方法的有效性进行验证,以预测并解决问题,缩短研制时间。
MATLAB软件具有强大的数值计算功能,方便直观的Simulink建模环境,使复杂电力电子装置的建模与仿真成为可能。
本文利用MATLAB/Simulink为SPWM(脉宽调制)逆变电路建立系统仿真模型,并对其输出特性进行仿真分析。
1 SPWM电压型逆变电路的基本原理SPWM控制是通过对每周期内输出脉冲个数和每个脉冲宽度的控制来改善逆变器的输出电压、电流波形。
它是现代交流变频调速的一种重要的控制方式。
三相逆变器主回路原理图如下所示,图中V1-V6为6个开关元件,由SPWM调制器控制其开通与关断。
逆变器产生的SPWM 波形,施加给三相负载。
图1 三相逆变器主电路2 通过matlab/simulink建立仿真电路如下图所示:通过matlab/simulink建立仿真图形,主要参数为:直流电压为530V。
脉冲频率为1650Hz,调制比为1,电压频率为50Hz。
Discre te ,Ts = 5e -007 s.pow e rguig A B C+-Universal BridgeA B CThree-PhaseSeries RLC Load Scope3MultimeterPulse sDiscretePWM Generatort2e-005 sDiscrete On/Off Delayi +-C urrent Measurement530Viduania uab图2 用simulink 实现的仿真模型3 死区时间对三相输出电压和电流的影响为防止在垂直换流中桥上下壁器件产生共态导通,在互补式控制极脉冲下,必须插入死区。
三相SPWM电压型逆变电源仿真建模和特性分析
三相SP WM 电压型逆变电源仿真建模和特性分析聂恩旺,谢志远,王 燕,郭忠涛(华北电力大学电子与通信工程系,河北保定071003)摘要:为了缩短对大功率电子装置(如逆变电源)的研制周期和减少研制费用,借助计算机仿真技术,利用Matlab 软件中Si m ulink 和Power Syste m B l ochset 建立了以I G BT (绝缘栅双极性晶体管)为开关器件具有数字P I 调压功能的SP WM 电压型逆变电源仿真模型,对其输出特性进行仿真,并利用傅里叶快速变换(FFT )分析工具对其仿真输出电压进行谐波分析。
仿真模型分别考虑了主电路和控制器模型,较为精确地反映了实际情况,验证了此模型和仿真方法的正确性,同样适用于其他电力电子线路。
关键词:电压型逆变电源;快速傅里叶变换;正弦脉宽调制中图分类号:T M91文献标识码:B 文章编号:1005-7641(2006)07-0020-03收稿日期:2006-01-16;修回日期:2006-02-150 引言近年来,随着大功率全控型电力电子器件(如GT O 、I G BT 、MOSFET 、I GCT 等)的开发成功和应用技术的不断成熟,电能变换技术出现了突破性进展,在一些领域中,已经开始应用各种新型逆变电源。
但是由于像逆变电源之类大功率电力电子装置的结构复杂,若直接对装置进行试验,不但经济代价高、且费时费力。
故在对它们的研制过程中,需要借助计算机仿真技术对装置的运行机理与特性、控制方法的有效性进行验证,以预测并解决潜在的问题,同时缩短了研制时间和减少了研制费用[1-3]。
Matlab 软件具有强大的数值计算功能,本文利用Matlab 软件中Si m ulink 和Power Syste m B l och 2set [4]为一个三相电压型SP WM 逆变电源[2]建立系统仿真模型,并对其输出特性进行仿真分析。
1 基本原理三相电压型SP WM 逆变电源系统的原理,如图1所示。
(完整版)三相SPWM逆变器仿真
三相SPWM逆变器仿真一、原理分析1、基本原理按照输出交流电压半周期内的脉冲数,脉宽调制(PWM)可分为单脉冲调制和多脉冲调制;按照输出电压脉冲宽度变化规律,PWM可分为等脉宽调制和正弦脉宽调制(SPWM)。
等脉宽调制产生的电压波形中谐波含量仍然很高,为了使输出电压波形中基波含量增大,应选用正弦波作为调制信号u R。
这是因为等腰三角形的载波u T上、下宽度线性变化,任何一条光滑曲线与三角波相交时,都会得到一组脉冲宽度正比于该函数值的矩形脉冲。
而且在三角载波u T不变条件下,改变正弦调制波u R的周期就可以改变输出脉冲宽度变化的周期;改变正弦调制波u R的幅值,就可改变输出脉冲的宽度,进而改变u D中基波u D1的大小。
这就是正弦脉宽调制(sine pulse width modulated,SPWM)。
2、正弦脉宽调制方法(此处仅介绍了采样法)SPWM是以获得正弦电压输出为目标的一种脉宽调制方式。
这里就以应用最普遍的三相电压源型逆变电路来讨论SPWM具体实现方法。
下图就是三相电压源型PWM逆变器主电路结构图:图—1上图为一三相电压源型PWM逆变器,VT1~VT6为高频自关断器件,VD1~VD6为与之反并联的快速恢复二极管,为负载感性无功电流提供通路。
两个直流滤波电容C串联接地,中点O’可以认为与三相Y接负载中点O等电位。
逆变器输出A、B、C三相PWM电压波形取决于开关器件VT1~VT6上的驱动信号波行,即PWM的调制方式。
假设逆变电路采用双极性SPWM控制,三相公用一个三角形载波u T,三相正弦调制信号u RA、u RB、u RC互差120o,可用A相来说明功率开关器件的控制规律,正如下图中所示。
当u RA>u T时,在两电压的交点处,给A相上桥臂元件VT1导通信号、下桥臂元件VT4关断信号,则A相与电源中点O’间的电压u AO’=E/2。
当u RA<u T时,在两电压的交点处给VT4导通信号、VT1关断信号,则u AO’=-E/2。
三相电压型SPWM逆变器仿真分析及应用
三相电压型SPWM逆变器仿真分析及应用三相电压型SPWM逆变器是一种常见的电力电子装置,用于将直流电能转换为交流电能。
它广泛应用于可再生能源发电系统、电动汽车充电系统、UPS电源等领域。
本文将对三相电压型SPWM逆变器进行仿真分析,并讨论其在实际应用中的一些关键技术。
首先,我们来介绍一下三相电压型SPWM逆变器的工作原理。
该逆变器由六个开关管组成,三个开关管连接到每个电压型逆变器的输入端,三个开关管连接到中性点。
逆变器的输入是直流电压,输出是三相交流电压。
逆变器的工作原理是通过不同开关管的开关状态,控制直流电压经过逆变器的辅助电路,从而产生所需的交流电压。
在SPWM控制策略下,通过对开关管的PWM波形进行调制,可以实现对输出电压的调节。
接下来,我们进行三相电压型SPWM逆变器的仿真分析。
首先,我们需要建立逆变器的数学模型,并设计控制策略。
然后,利用数值计算软件进行仿真模拟,得到逆变器的输出波形和性能参数。
最后,对仿真结果进行分析和验证。
在仿真过程中,我们可以通过调节PWM波形的频率、幅值和相位等参数,观察输出电压的变化情况。
同时,可以对逆变器的效率、谐波含量、响应时间等性能指标进行评估和改进。
通过仿真分析,可以帮助我们更好地理解逆变器的工作原理和特性,并为实际应用中的设计和优化提供参考。
除了仿真分析,三相电压型SPWM逆变器还有一些关键技术需要注意。
首先是开关管的选择和驱动电路的设计,要保证开关管具有足够的电流和电压承受能力,并且能够快速开关。
其次是PWM控制策略的设计,包括调制波形的产生方法和控制方法的选择,以实现输出电压的精确控制。
此外,还需要考虑逆变器的过电流保护、温度保护、短路保护等安全措施。
综上所述,三相电压型SPWM逆变器是一种常见的电力电子装置,在可再生能源发电系统、电动汽车充电系统、UPS电源等领域有广泛应用。
通过仿真分析和关键技术的研究,可以提高逆变器的性能和可靠性,推动其在实际应用中的进一步发展。
单相和三相逆变器SPWM调制技术的仿真与分析
目录1.引言 .......................................................................................... - 2 -2.PWM控制的基本原理........................................................... - 2 -3.PWM逆变电路及其控制方法............................................... - 3 -4.电路仿真及分析 ...................................................................... - 4 -4.1双极性SPWM波形的产生 . (4)4.2三相SPWM波形的产生 (6)4.3双极性SPWM控制方式单相桥式逆变电路仿真及分析-7-5.双极性SPWM控制方式的单相桥式逆变电路和三相逆变电路比较分析 .................................................................................. - 12 -6.结论 ........................................................................................ - 13 -7.参考文献 ................................................................................ - 13 -1. 引言PWM 技术的的应用十分广泛,目前中小功率的逆变电路几乎都采用了PWM 技术。
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。
三相电压型SPWM逆变器仿真分析及应用
毕业论文论文题目:三相电压型SPWM逆变器仿真分析及应用学生姓名:学号:123456789所在院系:电气信息工程学院专业名称:自动化届次:2013届指导教师:目录前言 (2)1SPWM控制技术产生背景 (2)2 SPWM控制技术 (4)2.1PWM控制技术的概述 (4)2.2面积等效原理 (5)2.3SPWM(正弦脉冲宽度调制)控制技术 (5)2.4SPWM的调制 (6)2.5PWM的控制方法及其比较 (7)3三相桥式逆变器中的开关器件 (9)3.1IGBT的动态特性分析 (9)3.2IGBT的特性和参数特点 (11)4 三相PWM逆变器的工作原理和结构电路 (12)4.1逆变器的工作原理 (12)4.2三相桥式PWM逆变器电路 (13)5 三相PWM逆变器的仿真 (12)5.1三相电压型SPWM逆变器的S IMULINK仿真设计 (14)5.2三相电压型SPWM逆变器的各模块电路 (15)6 SIMULINK仿真结果 (15)6.1脉冲发生器模块的三角波频率为600H Z,正弦波频率为50H Z (15)6.2脉冲发生器模块的三角波频率为1080H Z,正弦波频率为50H Z (17)6.3脉冲发生器模块的三角波频率为1560H Z,正弦波频率为50H Z (18)7结论 (22)参考文献 (23)三相电压型SPWM逆变器仿真分析及其应用学生:***(指导教师:***)(淮南师范学院电气信息工程学院)摘要:SPWM技术就是在PWM的基础上发展起来的,并且在日常的生产和生活中被广泛应用。
近年来,随着大功率全控型电力电子器件的开发成功和不断成熟,已经开始应用各种新型逆变器电源。
本文即是讨论不同频率的载波对三相电压型SPWM逆变器输出的电压波形的影响,并探究抑制输出波形中的高次谐波,改善波形的方法。
本论文包含三相电压型SPWM逆变器的工作原理,利用Matlab软件中的Simulink仿真系统建立三相电压型SPWM逆变器仿真模型,并对其进行仿真分析。
三相SPWM逆变器仿真报告
电力电子建模仿真报告
一、仿真要求
设计一个三相SPWM逆变器,使得输出相电压100Hz,有效值220V,负载RL类型(R=50Ω,L=10mH)直流母线电压540V,观察输出电流波形,对电流电压进行谐波分析。
二、仿真模型
图1 SPWM三相逆变电路仿真模型
三、仿真分析
设置参数,即将调制波频率设为100Hz,载波频率设为基波的30倍(载波比N=30),即3000Hz,m=0.9,负载RL类型(R=50Ω,L=10mH),直流母线电压540V,在powergui 中设置为离散仿真模式,采样时间设为1e-006s,运行仿真模型。
双击powergui,选择FFT 分析。
图2 SPWM三相逆变电路输出A相电流a I的波形
图3 SPWM三相逆变电路输出A相电流a I的FFT分析
U的波形图4 SPWM三相逆变电路输出A相电流a
U的FFT分析
图5 SPWM三相逆变电路输出A相电流a
由上面分析可知,电流谐波分布中最高的为28次谐波,最高频率为3000Hz时的THD=12.63%,输出电流近似为正弦波。
电压谐波分布中最高的为28次谐波,最高频率为3000Hz时的THD=79.22%。
四、仿真总结
通过适当的参数设置(如载波比N、调制度m等),运用SPWM控制技术,可以有效减小输出电压和输出电流的谐波分量,改善输出波形,可以很好的实现逆变电路的运行要求。
三相无源电压型SPWM逆变器的构建及其MATLAB仿真
三相无源电压型SPWM逆变器的构建及其MATLAB仿真摘要:本文简要介绍了三相无源电压型SPWM输出的逆变器的构建和工作方式及其MATLAB 仿真。
关键词:三相逆变器正弦脉宽调制(SPWM)技术MATLAB仿真Abstract: This paper introduces briefly the construction of 3-phase inverter which output SPWM wave and the MATLAB-based simulation.Key word:Three-phase inverter Sinusoidal Pulse Width Modulation Power electronic technology1逆变器1.1逆变器的概念逆变器也称逆变电源,是一种可将直流电变换为一定频率下交流电的装置。
相对于整流器将交流电转换为固定电压下的直流电而言,逆变器可把直流电变换成频率、电压固定或可调的交流电,称为DC-AC变换。
这是与整流相反的变换,因而称为逆变。
[1]1.2逆变器涉及的技术逆变器的构建应用了电力电子学科中的很多关键技术。
电路中电流的可控流通断开的过程中应用了多种可控硅类型的电力电子器件;开关的控制过程应用了基于微处理器的现代控制技术;对于正弦波形的仿制过程应用了正弦波脉宽调制(SPWM)技术等等。
1.3逆变器的分类现代逆变技术的种类很多,可以按照不同的形式进行分类。
其主要的分类方式如下:1)按逆变器输出的相数,可分为单相逆变、三相逆变和多相逆变。
2)按逆变器输出能量的去向,可分为有源逆变和无源逆变。
3)按逆变主电路的形式,可分为单端式、推挽式、半桥式和全桥式逆变。
4)按逆变主开关器件的类型,可分为晶闸管逆变、晶体管逆变、场效应管逆变等等。
5)按输出稳定的参量,可分为电压型逆变和电流型逆变。
6)按输出电压或电流的波形,可分为正弦波输出逆变和非正弦波输出逆变。
三相SPWM逆变器的仿真
Matlab/Simulink是在电力电子系统级仿真中使用较为广泛的一种仿真软件,利用仿真软件对于三相SPWM逆变器进行仿真,可以对逆变器的参数设置以及其输出特性进行研究。
【关键词】SPWM 三相逆变器 Mmatlab/Simulink 建模与仿真1 电力电子技术的发展变流技术和电力电子器件制造技术是电力电子技术两块主要的分支,其中电力电子器件的制造技术更是电力电子技术发展的基础,从最早的半控型器件晶闸管(SCR),到具有划时代意义的全控型器件绝缘栅双极晶体管(IGBT)再到最新型的MOS控制晶闸管(MCT)、静电感应晶体管(SIT)、集成门极换流晶闸管(IGCT),无不对电力电子电路性能的飞跃性提升,新应用领域的开拓起着决定性的作用,可以毫不夸张的说电力电子技术的发展史是以电力电子器件的发展史为纲的。
2 逆变器概述PWM的全称是Pulse Width Modulation(脉冲宽度调制),脉冲一般指的是方波脉冲,通过调节其占空比,就可以改变等效输出电压的大小。
现在电机调速广泛应用这一技术。
PWM控制的基本原理基于采样控制定理中的惯性定律:惯性环节在一系列的窄脉冲的作用下,其在一段时间内的动态行为与等效波形基本相同。
PWM调制的这种性质应用在逆变电路上时,通过数字信号处理芯片DSP对全控器件(IGBT等电力电子器件)的关断进行控制,可以在电路中施加一系列的窄脉冲,这样的窄脉冲经傅里叶分解以后主要的能量集中在电路所需要的特定低频电压电流中(50Hz),而产生的高频电压电流很容易便可以被滤波电路滤除。
3 三相电压型桥式逆变电路3.1 电路拓扑分析三相电路的三相U、V、W行为是对称的,相互之间互差120个电角度。
这里以U相为例,通过双极性调制方式来控制电路的开闭状态。
通过外电路提供给调制电路一个三角波载波uc,通过对载波电压urU和调制信号幅值的比较,来决定全控器件的开通和关闭行为。
在U相上下的两个桥臂是互补导通的,当uc>urU,上桥臂V1导通,下桥臂V1关断,反之亦然。
完整版三相SPWM逆变器仿真
三相SPWM逆变器仿真、原理分析1、基本原理按照输出交流电压半周期内的脉冲数,脉宽调制(PWM)可分为单脉冲调制和多脉冲调制;按照输出电压脉冲宽度变化规律,PWM可分为等脉宽调制和正弦脉宽调制(SPWM)。
等脉宽调制产生的电压波形中谐波含量仍然很高,为了使输出电压波形中基波含量增大,应选用正弦波作为调制信号U R。
这是因为等腰三角形的载波U T上、下宽度线性变化,任何一条光滑曲线与三角波相交时,都会得到一组脉冲宽度正比于该函数值的矩形脉冲。
而且在三角载波U T不变条件下,改变正弦调制波U R的周期就可以改变输出脉冲宽度变化的周期;改变正弦调制波U R的幅值,就可改变输出脉冲的宽度,进而改变U D中基波U DI的大小。
这就是正弦脉宽调制(sine pulse widthmodulated,SPWM)。
2、正弦脉宽调制方法(此处仅介绍了采样法)SPWM是以获得正弦电压输出为目标的一种脉宽调制方式。
这里就以应用最普遍的三相电压源型逆变电路来讨论SPWM具体实现方法。
下图就是三相电压源型PWM逆变器主电路结构图:图一1上图为一三相电压源型PWM逆变器,VT1~VT6为高频自关断器件,VD1~VD6为与之反并联的快速恢复二极管,为负载感性无功电流提供通路。
两个直流滤波电容C串联接地,中点0可以认为与三相Y接负载中点0等电位。
逆变器输出A、B C三相PWM 电压波形取决于开关器件VT1~VT6上的驱动信号波行,即PWM的调制方式。
假设逆变电路采用双极性SPWM控制,三相公用一个三角形载波U T,三相正弦调制信号U RA、U RB、U RC互差120°,可用A相来说明功率开关器件的控制规律,正如下图中所示。
当U RA>U T时,在两电压的交点处,给A相上桥臂元件VT1导通信号、下桥臂元件VT4关断信号,则A相与电源中点0'间的电压U AO'E/2。
当U RA<U T时,在两电压的交点处给VT4导通信号、VT1关断信号,则U AO'-E/2。
三相SPWM逆变器的仿真与研究
三相SPWM逆变器的仿真与研究[摘要]随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展,PWM技术得到了迅速发展,SPWM正弦脉宽调制法这项技术的特点是原理简单,通用性强,具有开关频率固定,控制和调节性能好,能消除谐波使输出电压只含有固定频率的高次谐波分量,设计简单等一系列优点,是一种比较好的波形改善法。
它的出现为中小型逆变器的发展起了重要的推动作用。
SPWM技术成为目前应用最为广泛的逆变用PWM技术。
因此,研究SPWM逆变器的基本工作原理和作用特性意义十分重大。
本论文介绍了三相电压型SPWM逆变器的工作原理,仿真电路及matlab仿真。
文中还给出了用此逆变器构成的三相交流电动机变频调速系统,并对仿真结果进行分析。
[关键词]正弦脉宽调制,逆变器,电机变频调速,matlab仿真Three-phase SPWM inverter simulation and researchAuthor: Huang Fei(Grade9, Class1, Major Automation , Electrical EngineeringDept, Shaanxi University of Technology , Hanzhong 723003,Shaanxi)Instructor: Zhang Peng Chao[Abstrac]With the power electronics technology, computer technology, the rapid development ofautomatic control technology, PWM technology is developing rapidly, SPWM sine pulse width modulation principle of this technology is characterized by simple, versatile, with a fixed switching frequency, control and regulation performance, eliminate harmonics thatcontain only a fixed output voltage of high frequency harmonic components, simple design and a series of advantages, is a good waveform improvement Act. It was a smallinverter played an important role. SPWM technology become the most widely usedinverter with PWM technology. Therefore, the study of SPWM inverter characteristics ofthe basic working principle and the role of great significance.This paper describes the three-phase voltage SPWM inverter works, simulate circuits and matlab simulation. The article also gives the composition with this three-phase ACinverter motor frequency control systems, and simulation results were analyzed.[Key words]Sinusoidal pulse width modulation, inverters, motor speed, matlab simulation目录引言经过大约30多年的发展,交流调速电气传动已经上升为电气调速传动的主流。
三相SPWM逆变器的调制建模和仿真详解
三相SPWM逆变器的调制建模和仿真详解随着电力电子技术的发展,SPWM正弦脉宽调制法正逐渐被人们熟悉,这项技术的特点是通用性强,原理简单。
具有开关频率固定,控制和调节性能好,能消除谐波,设计简单,是一种比较好的波形改善法。
它的出现为中小型逆变器的发展起了重要的推动作用。
由于大功率电力电子装置的结构复杂,若直接对装置进行实验,且代价高费时费力,故在研制过程中需要借助计算机仿真技术,对装置的运行机理与特性,控制方法的有效性进行试验,以预测并解决问题,缩短研制时间。
MATLAB软件具有强大的数值计算功能,方便直观的Simulink建模环境,使复杂电力电子装置的建模与仿真成为可能。
本文利用MATLAB/Simulink为SPWM逆变电路建立系统仿真模型,并对其输出特性进行仿真分析。
首先介绍的是三相电压型桥式逆变电路原理,其次阐述了SPWM逆变器的工作原理及特点,最后详细介绍了三相电压源SPWM逆变器的建模与仿真结构,具体的跟随小编一起了解一下。
一、三相电压型桥式逆变电路三相电压型桥式逆变电路如图1所示,电压型三相桥式逆变电路的基本工作方式也是180导电方式,即每个桥臂的导电角度为180,同一相上下2个桥臂交替导电,各相开始导电的角度依次相差120。
这样,在任一瞬间,将有3个桥臂同时导通。
可能是上面一个臂下面2个臂,也可能是上面两个臂下面一个臂同时导通。
因为每次换流都是在同一相上下两个桥臂之间进行的,因此也被称为纵向换流。
当urU》uc时,给上桥V1臂以导通信号,给下桥臂V4以关断信号,则U相相对于电源假想中点N的输出电压uUN=Ud/2。
当urU《uc时,给V4导通,给V1关断,则uUN=Ud/2。
V1和V4的驱动信号始终是互补的。
当给V1(V4)加导通信号时,可能是V1(V4)导通,也可能是二极管VD1(VD4)续流导通。
二、SPWM逆变器的工作原理及特点SPWM,他是根据面积等效原理,PWM波形和正弦波是等效的,对于正弦波的负半周,也可以用同样的方法得到PWM波形。
三相SPWM逆变器仿真
三相SPWM逆变器仿真一、原理分析1、基本原理按照输出交流电压半周期内的脉冲数,脉宽调制(PWM)可分为单脉冲调制和多脉冲调制;按照输出电压脉冲宽度变化规律,PWM可分为等脉宽调制和正弦脉宽调制(SPWM)。
等脉宽调制产生的电压波形中谐波含量仍然很高,为了使输出电压波形中基波含量增大,应选用正弦波作为调制信号u R。
这是因为等腰三角形的载波u T上、下宽度线性变化,任何一条光滑曲线与三角波相交时,都会得到一组脉冲宽度正比于该函数值的矩形脉冲。
而且在三角载波u T不变条件下,改变正弦调制波u R的周期就可以改变输出脉冲宽度变化的周期;改变正弦调制波u R的幅值,就可改变输出脉冲的宽度,进而改变u D中基波u D1的大小。
这就是正弦脉宽调制(sine pulse width modulated,SPWM)。
2、正弦脉宽调制方法(此处仅介绍了采样法)SPWM是以获得正弦电压输出为目标的一种脉宽调制方式。
这里就以应用最普遍的三相电压源型逆变电路来讨论SPWM具体实现方法。
下图就是三相电压源型PWM逆变器主电路结构图:图—1上图为一三相电压源型PWM逆变器,VT1~VT6为高频自关断器件,VD1~VD6为与之反并联的快速恢复二极管,为负载感性无功电流提供通路。
两个直流滤波电容C串联接地,中点O’可以认为与三相Y接负载中点O等电位。
逆变器输出A、B、C三相PWM电压波形取决于开关器件VT1~VT6上的驱动信号波行,即PWM的调制方式。
假设逆变电路采用双极性SPWM控制,三相公用一个三角形载波u T,三相正弦调制信号u RA、u RB、u RC互差120o,可用A相来说明功率开关器件的控制规律,正如下图中所示。
当u RA>u T时,在两电压的交点处,给A相上桥臂元件VT1导通信号、下桥臂元件VT4关断信号,则A相与电源中点O’间的电压u AO’=E/2。
当u RA<u T时,在两电压的交点处给VT4导通信号、VT1关断信号,则u AO’=-E/2。
电压型三相SPWM逆变器电路仿真实验
电压型三相SPWM逆变器电路仿真实验实验目的掌握电压型三相SPWM逆变器电路仿真模型的建立及模块参数和仿真参数的设置。
理解电压型三相SPWM逆变器电路的工作原理及仿真波形。
实验设备:MA TLAB/Simulink/PSB实验原理电压型三相SPWM逆变器电路如图7-1所示。
图7-1 电压型三相SPWM逆变器电路实验内容启动Matlab,建立如图7-2所示的电压型三相SPWM逆变器电路结构模型图。
图7-2 电压型三相SPWM逆变器电路模型双击各模块,在出现的对话框内设置相应的模型参数,如图7-3、7-4、7-5、7-6、7-7、7-8所示。
图7-3 直流电压源模块参数图7-4 通用桥模块参数图7-5 PWM发生器模块参数图7-6 负载Ra模块参数图7-7 负载Rb模块参数图7-8 负载Rc模块参数系统仿真参数设置如图7-9所示。
图7-9 系统仿真参数运行仿真模型系统即可得到输出端三相交流电流、输出端交流电压uab、输出端交流电压ubc、输出端交流电压uca的仿真波形,如图7-10所示。
图7-10 电压型三相SPWM逆变器电路仿真波形(输出频率为50Hz)在PWM发生器模块中,将逆变桥输出电压频率设置为200Hz,此时的仿真波形如图7-11所示。
图7-11 电压型三相SPWM逆变器电路仿真波形(输出频率为200Hz)改变PWM发生器模块的输出电压频率参数,即可得到不同工作情况下的仿真波形。
例如将逆变桥输出电压频率设置为25Hz,此时的仿真波形如图7-12所示。
图7-12 电压型三相SPWM逆变器电路仿真波形(输出频率为25Hz)又例如将逆变桥输出电压频率设置为10Hz,此时的仿真波形如图7-13所示。
图7-13 电压型三相SPWM 逆变器电路仿真波形(输出频率为10Hz )实验总结1、 总结电压型三相SPWM 逆变器的工作原理。
如上图。
电路采用双极性控制方式。
,,a b c 三相的PWM 控制通常公用一个三角波载波c u ,三相的调制信号a r u 、b r u 、c r u 依次相差120°。
三相逆变器双极性SPWM调制技术的仿真
三相逆变器双极性SPWM调制技术的仿真一、三项逆变器SPWM调制原理PWM控制技术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。
常用的PWM技术主要包括:正弦脉宽调制(SPWM)、选择谐波调制(SHEPWM)、电流滞环调制(CHPWM)和电压空间矢量调制(SVPWM)。
在采样控制理论中有一个重要的结论: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。
图1中各个形状的窄脉冲在作用到逆变器中电力电子器件时,其效果是相同的,正是基于这个理论,SPWM调制技术才孕育而生。
a)矩形脉冲b)三角脉冲c)正弦半波脉冲d)单位脉冲函数图1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲二、SPWM控制方式SPWM包括单极性和双极性两种调制方法,(1)如果在正弦调制波的半个周期内,三角载波只在正或负的一种极性范围内变化,所得到的SPWM波也只处于一个极性的范围内,叫做单极性控制方式。
(2)如果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,则SPWM波也是在正负之间变化,叫做双极性控制方式。
图2双极性PWM控制方式其中:载波比——载波频率f c与调制信号频率f r 之比N,既N = f c / f r调制度――调制波幅值Ar与载波幅值Ac之比,即Ma=Ar/Ac同步调制——N 等于常数,并在变频时使载波和信号波保持同步。
基本同步调制方式,f r 变化时N不变,信号波一周期内输出脉冲数固定;三相电路中公用一个三角波载波,且取N 为3的整数倍,使三相输出对称;为使一相的PWM波正负半周镜对称,N应取奇数;f r 很低时,f c 也很低,由调制带来的谐波不易滤除;f r 很高时,f c 会过高,使开关器件难以承受。
异步调制***——载波信号和调制信号不同步的调制方式。
通常保持f c 固定不变,当f r 变化时,载波比N 是变化的;在信号波的半周期内,PWM波的脉冲个数不固定,相位也不固定,正负半周期的脉冲不对称,半周期内前后1/4周期的脉冲也不对称;当f r 较低时,N 较大,一周期内脉冲数较多,脉冲不对称产生的不利影响都较小;当f r 增高时,N 减小,一周期内的脉冲数减少,PWM 脉冲不对称的影响就变大。
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三相SPWM逆变器的调制建模和仿真详解
随着电力电子技术的发展,SPWM正弦脉宽调制法正逐渐被人们熟悉,这项技术的特点是通用性强,原理简单。
具有开关频率固定,控制和调节性能好,能消除谐波,设计简单,是一种比较好的波形改善法。
它的出现为中小型逆变器的发展起了重要的推动作用。
由于大功率电力电子装置的结构复杂,若直接对装置进行实验,且代价高费时费力,故在研制过程中需要借助计算机仿真技术,对装置的运行机理与特性,控制方法的有效性进行试验,以预测并解决问题,缩短研制时间。
MATLAB软件具有强大的数值计算功能,方便直观的Simulink建模环境,使复杂电力电子装置的建模与仿真成为可能。
本文利用MATLAB/Simulink为SPWM逆变电路建立系统仿真模型,并对其输出特性进行仿真分析。
首先介绍的是三相电压型桥式逆变电路原理,其次阐述了SPWM逆变器的工作原理及特点,最后详细介绍了三相电压源SPWM逆变器的建模与仿真结构,具体的跟随小编一起了解一下。
一、三相电压型桥式逆变电路三相电压型桥式逆变电路如图1所示,电压型三相桥式逆变电路的基本工作方式也是180导电方式,即每个桥臂的导电角度为180,同一相上下2个桥臂交替导电,各相开始导电的角度依次相差120。
这样,在任一瞬间,将有3个桥臂同时导通。
可能是上面一个臂下面2个臂,也可能是上面两个臂下面一个臂同时导通。
因为每次换流都是在同一相上下两个桥臂之间进行的,因此也被称为纵向换流。
当urU》uc时,给上桥V1臂以导通信号,给下桥臂V4以关断信号,则U相相对于电源假想中点N的输出电压uUN=Ud/2。
当urU《uc时,给V4导通,给V1关断,则uUN=Ud/2。
V1和V4的驱动信号始终是互补的。
当给V1(V4)加导通信号时,可能是V1(V4)导通,也可能是二极管VD1(VD4)续流导通。
二、SPWM逆变器的工作原理及特点SPWM,他是根据面积等效原理,PWM波形和正弦波是等效的,对于正弦波的负半周,也可以用同样的方法得到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SPWM波形。
就是在PWM的基
础上改变了调制脉冲方式,脉冲宽度时间占空比按正弦规律排列,这样的输出波形经过适当的滤波就可以得到正弦波输出。
它广泛的应用于直流交流逆变器等。
SPWM法是一种比较成熟的,目前使用较广泛的PWM法,SPWM法就是用脉冲宽度按正弦规律变化和正弦波等效的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的电压和幅值。
要准确的生成SPWM波形,就要精确的计算出这两个点的时间。
开关元件导通时间是脉冲宽度,关段时间是脉冲间隙。
正弦波的频率和幅值不同时,这些时间也不同,但对计算机来说,时间定时器来实现。
调制方法可以自己选择。
SPWM逆变器具有以下特点:
1、电路简单,主电路结构和方波逆变器一样,但只用一个半功率级就可以实现输出电压、频率、相位的调节;
2、可以使用不可控整流桥,使系统对电网的功率因数与逆变器输出电压值无关;
3、可以同时进行调频、调压,与支流环节的原件参数无关,系统的动态响应速度无关;
4、可以获得非常小的谐波含量,理论上谐波分布在载波两侧。
SPWM是Sine Pulse Width ModulaTIon的英文缩写,即正弦脉宽调制,它最早来源于通信中的调制技术,其最基本原理是用一种参考波,即调制波,去和一个频率N倍于它的三角波比较,就可以得到一组幅值相等,而脉宽按照调制波相位、幅值和频率变化的矩形波,再用这个波形去控制开关管的开通于关断,就可以得到同样波形的高压脉冲。
由于参考波通常是正弦波,所以这种技术通常被称为正弦脉宽调制技术,即SPWM技术。
三、三相电压源SPWM逆变器的建模与仿真1、三相电压源SPWM逆变器的MATLAB/Simulink建模
SPWM逆变器EDMATLAB/Simulink仿真模型如图2所示。
2、其他参数设置
逆变器的仿真建模如图2所示,有效值测量模块RMS设置其参数Fundamental frequency (Hz)为50 Hz,电压设置为220 V,阻感性负载R=3,L=0.01三负载设置相同。
四、仿真结果下面是输出交流频率为f=50 Hz,调制度为m=0.7时的曲线,逆变器电压和电流输出波形如图3和图4所示,A相阻感性负载的电流有效值如图5所示。
五、结论通过上述采用Matlab/Simulink对三相SPWM逆变器进行建模和仿真的过程证明了Matlab/Simulink有良好的用户界面和模型结构,尤其是Power System Broswer为电气系统仿真省去了复杂的过程。
它提供了极为有用的电力电子器件模块,用户不需要自己编程且不需推导系统的动态数学模型,建模过程更接近实际电路设计过程,且使用简便,也对三相SPWM逆变器有了进一步的理解。
在使用Matlab的Simulink进行仿真时,很多时候波形不能够快速正确的出现,这时就需要研究其深层次的原理,同时要注意Matlab的仿真的一些细节。
通过适当的参数设置,选择能够满足的控制方式,运用SPWM控制技术,可以有效减小输出电压和输出电流的谐波分量,改善输出波形。