三相电压型逆变器的仿真设计

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基于Simulink的三相逆变SVPWM的仿真实现(精)

基于Simulink的三相逆变SVPWM的仿真实现(精)

Simulink 是MTALAB 最重要的组件之一,它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。

在实际设计之前利用Simulink 进行仿真不仅可以降低设计成本,还能及时发现设计中存在的问题,加以改正。

本文给出了基于Simulink 的SVPWM控制策略仿真的全过程和结果。

1SVPWM 的原理介绍SVPWM ,即空间电压矢量控制法,它的主要思想[1]是以三相对称正弦波电压供电时三相对称电动机定子理想磁链圆为参考标准,以三相逆变器不同开关模式作适当的切换,从而形成PWM 波,以所形成的实际磁链矢量来追踪其准确磁链圆。

传统的SPWM 方法从电源的角度出发,以生成一个可调频调压的正弦波电源,而空间电压矢量控制法将逆变系统和异步电机看作一个整体来考虑,模型比较简单,也便于微处理器的实时控制。

相比于传统的SPWM 法,SVPWM 有如下特点[2]:1)在每个小区间虽有多次开关切换,但每次开关切换只涉及一个器件,所以开关损耗小。

2)利用电压空间矢量直接生成三相PWM 波,计算简单。

3)逆变器输出线电压基波最大值为直流侧电压,比一般的SPWM 逆变器输出电压高15%SVPWM 控制的实现[3]通常有以下几步:(1)坐标的变换三相逆变系统有三组桥臂,设a 、b 、c 分别表示三组桥臂的开关状态,上桥臂导通下桥臂关断时其值为1,反之则为0。

那么可以得到三相逆变器输出的相电压和线电压之间的关系如下:V a V b V c 22222222=V dc 2-1-1-12-1-1-1222a b 22c(1)其中,V dc 为逆变桥直流电压,令U=[a,b ,c]表示一个矢量,当a 、b 、c 分别取1或者0的时候,该矢量就有8中工作状态,分别为[0,0,0],[0,0,1],[0,1,0],[0,1,1],[1,0,0],[1,0,1],[1,1,0],[1,1,1],如果我们用U 0和U 7表示零矢量,就可以得到6个扇区,三相控制可以用一个角速度为W=2πF 的空间矢量电压U 表示,当U 遍历圆轨迹时,形成三相瞬时输出电压,理论证明,当U 落入某一扇区后,用该扇区两边界矢量和零矢量去合成U 可以得到最佳合成效果。

三相电压型PWM逆变器的状态空间模型及仿真

三相电压型PWM逆变器的状态空间模型及仿真
K e wor : we e to i s Th e 。 ha eVol g o r ePW M n re ; y ds Po rEl cr n c ; r e p s t e S u c a I vet r Sw i h M o e ; t d l PW M c
中图分 类号 : M4 T 6
宋显锦 韩如成 潘 峰
( 原科 技 大 学 电子 信 息工 程 学院 ,山 西 太 原 0 02 ) 太 3 04
摘 要 : 关模 型 的物理 概 念明确 ,在 其基 础上 分析 了三相 电压 型逆 变器的每 相桥 臂 开 关模 型 ,进 而建 立 开
了变换 器带 阻性 负载 时 的模 型 ,然后 用派 克 变换 对 其进 行 线性 变换 ,从 而得 到 了开 关在 通 态 时的 线性模
用于 负 载 比较平 稳 的运 行 方 式 。为 了让 这 种变 换 器 工 作 在相 应 的状态 ,需 要 对变 换 器 进 行 适 当地 控 制 ,所 以很有 必 要对 其进 行 动态 建 模 。但 是 电
力 电子 系 统 建 模 有 如 下 困难 :( ) 1 电力 电子 电路 的 非线 性 ,其表 现 为 :① 电力 电子 器 件 开 关 非 线 性 ; ② 电力 电子 系 统 其 他 元 件 的 非 线性 。( ) 2 电
文献标 识码 : A
文章 编号 :292 1(0 0 -0 60 0 1.7 32 1)40 1-5 1
0 引言
三 相 电压 型 逆 变器 在 实 际工 作 中应 用 广 泛 。
电压 型逆 变 器 的直 流 电源 经过 大 电容 的滤 波 ,故
压 能力 强 ,频率 可 向上 、 向下 调 节 ,效 率 高 ,适
Ab t a t s r c :Theph i a o c p f s th mo li l a , s d o ysc lc n e to wic de sc e r ba e n whih, e p s —e de ft r e p s c on — ha e lg mo lo h e — ha e v tg o c ola e s ur e PW M n  ̄e sa l e i ve ri nayz d.Furhe ,a t r e ph s ola e s u c t r h e — a e v t g o r e PW M n re o lwih i ve t rm de t r ssi e l a sb l. e itv o d i ui The Pa k ta s o ma i n i p le o t s mo lf ro ani i a ha e n hu t r r n f r to sa p id t hi de o bti ng l ne rc ng sa d t s a ln a de sa h e e . a lb i e nt i i e rmo l c i v d M ta sus d i smulto n l i. i he ai n a ayss

基于matlab的三相桥式PWM逆变电路的仿真实验报告

基于matlab的三相桥式PWM逆变电路的仿真实验报告

基于matlab的三相桥式PWM逆变电路的仿真实验报告一、小组成员指导教师二、实验目的1.深入理解三相桥式PWM逆变电路的工作原理。

2.使用simulink和simpowersystem工具箱搭建三相桥式PWM逆变电路的仿真框图。

3.观察在PWM控制方式下电路输出线电压和负载相电压的波形。

4.分别改变三角波的频率和正弦波的幅值,观察电路的频谱图并进行谐波分析。

三、实验平台Matlab / simulink / simpowersystem五、实验模块介绍1. 正弦波,电路常用到的正弦信号模块,双击图标,在弹出的窗口中调整相关参数。

其信号生成方式有两种:Time based和Sample based。

2. 锯齿波发生器,产生一个时基和高度可调的锯齿波序列。

3. 示波器,其模块可以接受多个输入信号,每个端口的输入信号都将在一个坐标轴中显示。

4. 关系运算符,<、>、=等运算。

5. 直流电压源,提供一个直流电源。

6. 三相RLC串联电路,电阻、电感、电容串联的三相电路,单位欧姆、亨利、法拉。

7. 电压测量,用于检测电压,使用时并联在被测电路中,相当于电压表的检测棒,其输出端“v”则输出电压信号。

8. 多路测量仪,可以接收该需要测模块的电压、电流或电压电流信号并输出。

9. IGBT/二极管,带续流二极管的IGBT 模型.10 为了执行仿真其可以允许修改初始状态、进行电网稳定性分析、傅里叶分解等功能.六、实验原理三相桥式PWM逆变电路图1-1如下:图1-1三相桥式PWM逆变电路图三相桥式PWM逆变电路波形七、仿真实验内容三相桥式PWM逆变电路仿真框如图1-2所示:图1-2 三相桥式PWM逆变电路仿真框图仿真参数设置如下:三角波参数如图1-3所示:载波频率f=1kHz,周期T=1e-3s,幅值Ur=1V.图1-3三角波参数图正弦波参数,正弦信号A/B/C相位差为120,分别为0、2*pi/3、-2*pi/3,幅值都为1,如图1-4、1-5、1-6所示。

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

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。

两电平三相PWM电压逆变器MATLAB仿真分析

两电平三相PWM电压逆变器MATLAB仿真分析

两电平三相PWM电压逆变器MATLAB仿真分析Three-phase Two-level PWM Converters (discrete)两电平三相PWM电压逆变器1、原理分析如图1,该系统主要由两个独⽴的电路说明两个两电平三相的PWM电压源逆变器。

每个PWM电压源逆变器输⼊为⼀个通过三相变压器⼆次侧得到的交流电,变压器数据为:1kw,208V/ rms 500 var 60Hz。

电路中所有转换器属于开环控制,其中PWM发⽣器是属于离散模块的,这个模块可在离散控制模块库中查找。

这两个电路使⽤相同的直流电压(Vdc = 400V)、载波频率(1080赫兹)、调制指数(m = 0.85)与⽣成频率(f = 60赫兹)。

采⽤变压器漏电感和负载电容进⾏谐波滤波。

这两个电路是:1、三相、两电平转换器(单/三桥臂,六开关器件);2、三相、两级转换器(双/三桥臂,⼗⼆开关器件的H型结构)图1 两电平三相PWM电压逆变器仿真图2、参数设置1、通⽤桥图2 通⽤桥参数设置如图2,参数分别为:·Number of bridge arms:桥臂数量,可以选择1、2、3相桥臂,构成不同形式的整流器·Snubber resistance Rs(Ohms):缓冲电阻Rs,为消除缓冲电路,可将Rs参数设置为inf。

·Snubber capacitance Cs(F):缓冲电容Cs,单位F,为消除缓冲电路,可将缓冲电容设置为0;为得到纯电阻,可将电容参数设置为inf。

·Resistance Ron(Ohms):晶闸管的内电阻Ron,单位为Ω。

·Forward voltage Vf(V):晶闸管元件的正向管压降Vf和⼆极管的正向管压降Vfd,单位为V。

·Measurements:测量可以选择5种形式,即None(⽆)、device voltages (装置电压)、Device currents(装置电流)、UAB UBC UCA UDC(三相线电压与输出平均电压)或All voltages and currents(所有电压电流),选择之后需要通过Multimeter(万⽤表模块)显⽰。

(完整版)三相SPWM逆变器仿真

(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逆变器设计

三相电压型SPWM逆变器设计

三相电压型SPWM逆变器设计一、设计原理:三相电压型SPWM逆变器由一个直流输入端和一个交流输出端组成。

其主要原理是将直流电压转换为较高频率的脉冲宽度调制信号,然后通过逆变桥电路将直流电压转换为交流电压。

在逆变桥电路中,通过控制三相负载端的三个开关管的开关状态,可以实现对输出电压幅值、频率和相位的控制。

二、设计步骤:1.选择逆变桥电路拓扑:逆变桥电路有多种不同的拓扑结构,如全桥、半桥等,需要根据具体需求来选择合适的拓扑结构,一般来说,全桥结构应用较为广泛。

2.数据采样和计算:通过采样电路获取输入电流和输出电压的实时数据,并进行运算和控制。

一般需要采用高速的模数转换器(ADC)进行数据采集,并使用微控制器或数字信号处理器(DSP)进行计算和控制。

3.正弦脉宽调制(PWM):通过正弦脉宽调制技术,将直流电压转换为脉冲宽度调制信号。

正弦脉宽调制技术是一种通过比较三角波和参考正弦波来确定开关管的开关状态的方法,其核心思想是让输出电压的波形尽可能接近正弦波形。

4.控制逆变桥电路开关状态:通过控制逆变桥电路中的三个开关管的开关状态,可以实现对输出电压的控制。

一般来说,可以采用脉冲宽度调制技术控制开关管的开关时间,从而改变输出电压的幅值和频率。

5.输出滤波:由于逆变器输出为脉冲宽度调制信号,需要进行滤波处理,以减小输出电压的谐波含量,并使其接近纯正弦波形。

常用的滤波器包括LC滤波器和LCL滤波器。

6.过流、过压保护:为了保护逆变器和负载,需要设计过流和过压保护电路,并将其集成到逆变器中。

总结:通过以上的步骤,就可以设计出一款三相电压型SPWM逆变器。

设计时需要根据具体需求选择逆变桥电路拓扑、采集数据并进行计算,使用正弦脉宽调制技术控制开关管的开关状态,进行输出滤波,并设计过流、过压保护电路。

这些步骤需要结合电力电子、控制系统和信号处理等多个领域的知识和技术。

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。

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1 引言1.1 课题由来和探究的意义在近几十年的发展中,逆变电路的应用变的越来越广泛。

但是现实中如蓄电池、太阳能电池等都是直流电,而在工厂、家庭、交通等领域所用的电中交流电占据了很大的比例,为了能够给这些负载提供所需电源,就需要使用逆变电路[1]。

随着电力电子学以及微电子技术的不断创新,相对于传统的电压型逆变电路,采用了脉冲调制技术不仅可以把直流变成交流,同时还能够进行调压、调频。

作为一个不断创新的革命力量,凭借着可靠性、成本性能和高效节能等优势,逆变电路拥有广阔的市场和发展前景[2]。

可以说正是由于逆变电路的不断发展,脉冲宽度调制技术才有了长足的发展,并在电力电子技术领域中取得了至关重要的地位。

又由于大功率电子设备结构比较复杂,如果直接对装置进行逆变实验,费用是相当昂贵而且很费时间,因此在发展的过程中,我们需要利用计算机仿真技术,对设备的运行机制和特点进行有效性的试验,以达到预测问题并解决问题的同时缩短研制时间的目的。

而Matlab软件拥有强大的数值计算功能以及直观的Simulink仿真平台,使得复杂电力电子装置在建模仿真方面成为可能。

1.2 研究方法和内容本课题将针对现今社会对逆变式电源的需求,按照设计思路对逆变过程进行剖析,然后利用Matlab仿真软件对逆变系统进行了设计、建模、Matlab 的仿真与谐波分析等。

在此之前还会对设计过程所需要的原理进行一定的分析,以及对所要用的元器件的也会简要介绍一下。

1.3 本章小结本次设计根据选题表中的要求,对系统和最终成果进行大体的描述。

阐述了本课题的由来与研究意义以及所要实现的目的和要求。

2 SPWM逆变器原理与分析2.1 SPWM原理在逆变电力系统中尤其是在中、小型的逆变电力系统中,PWM调制技术的使用是非常广泛的。

然所谓的PWM控制技术就是脉宽调制控制技术,其原理就是利用全控型电力电子器件(本课题选用的是IGBT)的通断,把直流电压逆变成具有一定形状的能够满足输出需求的电压脉冲序列,从而在惯性电路中实现输出电压的变压、变频控制的目的,同时还会在一定程度上消除谐波,这种技术简称为PWM控制技术。

其中面积等效原则是脉冲控制技术最为基本的理论依据。

当冲量相等但是形状却不相同的窄脉冲如果加在了相同且具有惯性环节的电路上时,其效果即输出波形基本相似。

其中冲量是指窄脉冲的面积。

如若用傅立叶变换对各冲量所对应的输出波形进行相关分析,我们会发现它们是非常的接近,仅仅在高频段有略微的差异。

所谓的SPWM仅仅是在脉冲宽度调制技术的基础上以正弦波作为调制波,从而在经过适当的滤波之后便能够得到类似于正弦波的输出波形。

其中用来控制开关通断的正弦矩形脉冲波时往往使用的是正弦波与三角波相交的方式,以此来确定每个矩形脉冲的宽度。

一般我们会使用等腰三角波作为载波,这是因为在等腰三角波上的任意一个点的水平宽度是与其所对应的高度成线性相关的,并且能保证波形的左右对称。

当它与任意一个幅值变化不是很大的调制波相交时,在交叉口开关电路对其进行导通和关断,所得到的脉冲宽度与信号的振幅是成正比例关系的,这种方法称为自然采样法[3]。

如果使用正弦波进行调制时,其所输出的波也就是SPWM波了。

如果改变调制信号波的频率或者幅值其电路中所要输出电压的频率或者幅值也会发生相应的改变。

2.2 SPWM逆变电路控制方法目前电源电压型SPWM逆变器使用是最广泛的,脉冲宽度的控制方法也很多,但主要的有计算方法和调制方法两种,但计算法在计算过程相当复杂,当所要输出的电压波的频率、幅值或者相位只要有一个因素发生了变化时,其计算结果就会都相应发生改变。

而调制法就很好的克服了这个缺点,并且还拥有设计简单等无可比拟的优势。

因此,现今调制法应用的最为广泛。

在调制方法中,一个周期内的载波与正弦波会相交两次,在交点处控制电路会控制逆变系统中与之相应开关元件各通断一次。

而为了精确的输出SPWM波,就必须计算出这两个交汇点的确切时间。

当正弦波大于载波时开关导通,其脉冲宽度则为开关元件的导通时间,相对应的,关断时间则称为脉冲间隙。

当载波的频率和幅值发生变化时,脉冲宽度和脉冲间隙时间也会相应的发生变化。

如果使用计算机的话,当处理好调制算法之后,时间的控制再由定时软件来完成时就会变得很方便,一般的调制方法往往采取自然采样法或者规则采样法。

自然采样法是最为基本的一种采样方法,所得到的波也是非常接近正弦波的,但是在其求解的过程中,依然要解决复杂的超越方程,这在采用微机控制时需要花费很多的计算时间,因此在工程中应用的不是很广泛。

而规则采样法是一种比较容易实现并很实用的一种方法,其方法与自然采样法相似,但计算量却大大的减少了。

与自然采样法不同之处就是规则采样法的每一个脉冲的中点都被要求与相应的三角波的中点相对称。

而对于三相桥式逆变器电路来说,就应该要形成三相的SPWM波形,一般来说三相的三角波载波是同一个载波,只是其相位依次相差120°。

,而把想要得到在PWM调制电路中,载波为接受调制的信号波,设其频率为fc的输出波形视为调制信号,设其频率为f,两者之比称为载波比,用N来表示。

在PWMr调制方式中,往往跟据载波比N的数值是否不变即载波与调制信号波同步与否,我们将其分为异步调制和同步调制两种。

2.2.1 同步调制同步调节fr 和fc,但是载波比N始终为一个常数,即为同步调制。

采用同步调制有很多优点,其中不但可以保证在输出的电压半个周期内的矩形脉冲个数是固定不变的,还可以保证每个周期内信号波输出的脉冲个数以及脉冲相位也基本不发生改变。

在三相PWM逆变系统中,人们通常只会采用一个载波,此时我们一般会取数值为3的整数倍作为三相PWM逆变系统的载波比,目的是为了保证三相PWM逆变器输出的波形是三相对称的。

如果载波比为奇数时,则经过同步调制后,系统输出的波形的正半波与负半波将会始终保持对称,且使输出的三相波形之间保持120°的对称关系。

但是当调制信号为低频率时,相邻的两个脉冲之间的间距就会变大,谐波相应的也会变大。

若逆变器输出频率很高时,相应的载波频率又会变得过高,开关器件就会无法正常工作,从而无法得到所要输出的波形。

2.2.2 异步调制如果采用异步调制方式就可以弥补同步调制的不足之处。

与同步调制相反,在异步调制中,在变频系统的变频范围内,载波和调制信号相异步。

一般在调节调制波频率fr 时我们会保持载波频率fc为一个常数,这样在低频段时就会提高载波比。

从而在输出电压半个周期波内,脉冲个数随着调制信号的降低反而有所增加,相应地还会减少负载转矩的脉动及噪音,有利于改善系统的工作性能。

但异步调制方式在低频工作时,却失去了同步调制的优点。

当调制信号频率变大时,即载波比N反而变小,半个周期内的脉冲个数就会减少,这样SPWM脉冲反而会更加不对称,这时信号波的一个很小的变化都会引起SPWM脉冲的波动,使得输出的SPWM波与想要输出的正弦波相差甚远。

如果是三相SPWM型逆变器,三相输出的波形对称性也会变的更糟,因此异步调制方式一般都工作在较高的载波频率段中。

2.3 单相电压型SPWM逆变器原理分析主电路为单相全桥逆变电路如图2.1所示。

它有四个桥臂,我们把桥臂T1和桥臂T 4视为一对,剩下的桥臂T2和T3视为一对,每一对上的两个桥臂同时导通或者同时关断,不为一对的桥臂是相互交替导通的,其导通宽度为180°。

其输出的电压与电流波形图如图2.2所示。

当负载如果为阻感性负载时,我们可以使用移相调压的方式来改变所希望输出电压的幅值。

单相全桥逆变电路如图2.1所示。

绝缘栅双极型晶体管的触发信号仍然是180°正偏、180°反偏。

T1与T2的栅极交替触发,但是T3的基极触发信号比T1落后θ。

也就是说T3、T4的栅极信号与T2、T1的栅极触发信号相位是不同的,T3或者T4导通时,T 2或者T1的导通时间向前移动了180°-θ。

这样输出的电压的正负脉冲宽度变为θ。

只要改变θ便可以改变输出的电压数值。

在纯电阻的负载时,这种移相调压方式依然适用[4]。

图2.1 逆变器主电路U dU dui 0ttT T图2.2 输出波形单相电压型逆变电路的特点是:(1) 直流侧为电压源或大电容,这样直流侧电压基本上就没有波动。

(2) 输出电压为等幅但不等宽的矩形波,负载的阻抗大小决定输出的电流值。

(3) 当负载为阻性或感性时需提供无用功。

为了给交流侧向直流侧反馈的无功功率提供通道,逆变桥各桥臂应并联反馈二极管。

在Simulink 的元件模块中IGBT 各有一个续流二极管反向与之并联。

在主电路后加了一个滤波电路,其目的是用于滤除高次谐波,消除谐波对输出电压波形、幅值的影响[5]。

2.4 三相SPWM 逆变器的原理分析作为应用最为广泛的三相逆变电路。

三相SPWM 桥式逆变电路一般可以认作为是由三个单相的逆变电路所组成如图2.3所示。

Ud/2Ud/2图2.3 三相电压型桥式逆变电路三相电压型桥式逆变电路一般采用180°导通的工作方式,即同一相上的两个桥臂的导通宽度都为180°,同一相位的两个桥臂为交替导通,非同一相的桥臂导通的角度相互依次相差120°,这样在不管何时都将会有三个桥臂同时导通。

三个桥臂的导通情况比较复杂,有可能是上面一个桥臂与下面两个桥臂同时导通,也有可能是上面两个桥臂与下面一个桥臂同时导通。

由于都是在同一相的上下两个桥臂之间进行换流的,因此有时也被称为纵向换流。

在三相桥式逆变电路中,各晶闸管的导通次序是T1、T2、T3、T4、T5、T6、T1……每个桥臂依次相距60︒触发导通。

根据桥臂的导通时间,我们将三相桥式逆变系统分为180︒和120︒两种导通型。

当逆变电路为180︒导通型时,在任意时间点都将有三个桥臂同时导通,导通时间宽度为180︒,同一相的两个桥臂是相互交替导通的。

而在120︒导通型逆变电路中,桥臂导通时间变为120︒,且每个瞬间只有两个不同相的桥臂导通,同一相上的上下两个桥臂不再是互补导通,而是之间有60︒的时间间隔,当某一相上下两个桥臂都没导通时,其感性电流将从该桥臂中与晶闸管反并联的二极管中续流导通。

在三相导通的SPWM 桥式逆变电路中,其调制方法往往使用的是双极性调制方法。

U 、V 、W 三相同时公用一个载波U c 用来对SPWM 进行控制,三相调制信号波正弦电压波依次设为U ru 、U rv 和U rw ,它们的相位分别为0°、120°、240°。

由于U 、V 、W 各个相的元件的控制规律是完全相同的,现以U 相为例进行简要诠释。

当U ru >U c 时,导通T 1,由于T 4与其同相,是互补导通的,所以T 4是不,则以U 相为基准相对于直流电源假设的中点N ’的电压U UN 就为U d /2。

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