单双极性SPWM单相桥电压型逆变电路课程设计单极性

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双极性SPWM电力电子课程设计

双极性SPWM电力电子课程设计一、教学目标本课程的教学目标是让学生掌握双极性SPWM电力电子的基本原理、特点和应用，具备分析和设计双极性SPWM电力电子电路的能力。

具体包括：1.知识目标：（1）了解双极性SPWM电力电子的基本原理和工作方式。

（2）掌握双极性SPWM电力电子的主要特点和性能指标。

（3）熟悉双极性SPWM电力电子电路的应用领域。

2.技能目标：（1）能够分析双极性SPWM电力电子电路的工作原理。

（2）具备设计双极性SPWM电力电子电路的能力。

（3）能够运用双极性SPWM电力电子技术解决实际问题。

3.情感态度价值观目标：（1）培养学生对电力电子技术的兴趣和热情。

（2）增强学生对双极性SPWM电力电子技术的认同感。

（3）培养学生严谨、细致的科学态度。

二、教学内容根据教学目标，本课程的教学内容主要包括以下几个方面：1.双极性SPWM电力电子的基本原理：介绍双极性SPWM电力电子的工作原理、电路结构及其工作方式。

2.双极性SPWM电力电子的主要特点和性能指标：阐述双极性SPWM电力电子的特点、性能指标及其优缺点。

3.双极性SPWM电力电子电路的应用领域：介绍双极性SPWM电力电子技术在各个领域的应用实例。

4.双极性SPWM电力电子电路的设计与分析：讲解双极性SPWM电力电子电路的设计方法，分析实际电路中的关键参数。

5.实践操作与实验：安排实验环节，使学生能够动手实践，加深对双极性SPWM电力电子技术的理解和掌握。

为了达到教学目标，本课程将采用以下教学方法：1.讲授法：通过讲解双极性SPWM电力电子的基本原理、特点和应用，使学生掌握相关知识。

2.讨论法：学生进行课堂讨论，引导学生思考和分析双极性SPWM电力电子技术的问题。

3.案例分析法：分析实际案例，使学生更好地理解双极性SPWM电力电子技术的应用。

4.实验法：安排实验环节，让学生动手实践，提高实际操作能力。

四、教学资源本课程的教学资源包括：1.教材：选用权威、实用的教材，为学生提供系统的学习资料。

单、三相双极性SPWM逆变电路

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22日一、实验名称：单、三相双极性SPWM逆变电路MATLAB仿真二、目的及要求了解并掌握单、三相双极性SPWM逆变电路的工作原理； 2.进一步熟悉MATLAB中对Simulink的使用及模块封装、参数设置等技能； 3.进一步熟悉掌握用MA TLAB绘图的技巧。

三、实验原理1.单相双极性SPWM逆变的电路原理2、单相双极性SPWM逆变电路工作方式单相桥式逆变电路双极性PWM控制方式：在Ur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±Ud两种电平。

同样在调制信号Ur和载波信号Uc 的交点时刻控制器件的通断。

Ur正负半周，对各开关器件的控制规律相同。

当Ur>Uc时，给V1和V4导通信号，给V2和V3关断信号。

如I0>0，V1和V4通，如I0<0，VD1和VD4通，U0=Ud 。

当Ur<Uc时，给V2和V3导通信号，给V1和V4关断信号。

如I0<0，V2和V3通，如I0>0，VD2和VD3通，U0=-Ud 。

这样就得到如下所示的双极性的SPWM波双极性SPWM控制方式波形3.三相双极性SPWM逆变的电路原理图三相SPWM逆变电路4、三相双极性SPWM逆变电路工作方式为：四、实验步骤及电路图1、建立单相双极性SPWM逆变电路MA TLAB仿真模型。

以下分别是主电路和控制电路（触发电路）模型：2、单相双极性SPWM逆变电路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，三角载波必须依次交替输出正三角波和负三角波，这可以通过让三角载波同与之周期相同的、依次交替输出1和-1的矩形波相乘实现。

双极性单相spwm

HShu t SSh ut
保护电路
软故障关断 /高有效
上电及手动关断
R1 5 1 0K
C1 31 0u /50 V
+15 R9 3 00 2 3
D1
4 00 7
C4 1 04 R1 0 3 00 2 CG2 3
+15
D2
4 00 7
C61 04
C3 1 0/5 0V 8 7 5 IC1 T L P52 0 R1 1 00 R2 1 0K A G1 +5
u 01 (nTc ) 1 Tc

( n 1)Tc nTc
u 0 (t )dt
1 U d D(n)Tc U d Tc D(n)Tc 2D(n) 1U d Tc
三、输出电压分析
5．双极性 SPWM 脉冲的占空比
D ( n)
( n)
Tc

u g (nTc ) U cm 2U cm
图4：双极性SPWM逆变控制策略
二、全桥式逆变器的控制策略
3. 双极性SPWM逆变：输出正弦波(谐波少)、电压可调； B和C工况：G2G4有效时，电流右方向， VT24不导通，从 VD24续流；
+Ud
i0
t
G1G3
t
G2G4
t
基波 u 01
u0 t
基波 i 0 1
i0 t
DC-T O-AC G1 T1 T2 IRF84 0 IRF84 0 A
G2
L
OUT 1 C
VT 1 3 VD2 4 VT 2 4 VD1 3
RL
u0
A工况
B 工况
C 工况
D工况

单双极性SPWM单相桥电压型逆变电路课程设计前言

前言电力电子应用技术综合了微电子、电路、电机学、自动控制等多科学知识，是电能变换与控制的核心技术，在工业、能源、交通、国防等各个领域发挥着越来越重要的作用。

然而，由于电力电子器件所固有的非线性特性，使得对电力电子电路及系统的分析十分困难。

现代计算机仿真技术通过在计算机平台上模拟实际的物理系统，为电力电子电路及系统的分析提供了有效的方法，大大简化了电力电子和传动系统的分析与设计过程，成为研究电力电子应用技术的重要手段。

计算机仿真需要用数学模型代替实际的电力电子装置，通过数值方法求解数学方程，获得电力电子电路及系统中各状态变量的运动规律。

但是，复杂的数学模型、数值计算及编程过程依然需要耗费巨大的工作量，阻碍了计算机仿真技术在工程中的应用。

为此，出现了PSPICE、SABER、MATLAB等适用于电力电子电路及系统的专用仿真软件。

这些软件将各种功能子程序模块化，提供了完善的部件模型，用户只需简单的操作便可完成给定系统的仿真。

目前，MATLAB已涉及通信、信号处理、电气工程、人人工智能等诸多领域。

MATLAB中提供的“SimPowerSystems”，是进行电力电子系统仿真的理想工具，SimPowerSystems中的模型关注器件的外特性，易于与控制系统相连接。

SimPowerSystems 模型库中包含常用的电源快、电力电子器件模块、电机模型以及相应的驱动模块、控制和测量模块，使用这些模块进行电力电子电路系统、电力系统、电力传动等的仿真，能够简化编程工作，以直观易用的图形方式对电气系统进行模拟描述。

直流-交流（DC-AC）变换电路，又称为逆变器(inverter)，能够将直流电能转换为交流电能。

逆变电路可做多种分类，按功率器件可分为半控器件逆变电路和全控器件逆变电路。

前者采用晶闸管器件，负载换流或者外接电路强制换流，正逐渐被采用GTO、IGBT等器件的全控器件逆变器所代替。

按直流电源形式可分为电压源逆变器和电流源逆变器。

单极性和双极性

单相桥式PWM 逆变电路如图一所示，其控制方式有单极性和双极性两种，当输出脉冲的宽度按正弦规律变化时，这种电路一般称为SPWM 逆变电路。

无论对于单极性还是双极性SPWM 逆变电路，均把需要输出的正弦波作为调制信号u r ,去调制一个等腰三角形载波信号u c ,从而获得对逆变电路开关器件的控制信号,进而得到所需要的SPWM 波形，如图二所示[2]。

而在具体分析逆变电路的输出电压时常采用一种近似方法，这种方法是假设三角载波信号的频率f c 远大于正弦调制信号的频率f r , 既满足条件 f c 》f r ,这样两个三角载波信号间的正弦波形就可近似看作直线[3]，从而可方便的确定各个控制脉冲的起止时刻，以及输出电压的大小和谐波分布。

这种近似分析方法会产生过少误差及控制方式不同时输出电压的不同特点将是本文分析的内容。

二、逆变电路输出脉冲的数学分析 1 单极性逆变电路为分析方便，把图二（a ）中细实线方框内的部分图形放大并展宽于图三中。

并设半周正弦调制信号内的脉冲个数为N ，且N 为奇数，由图可见载波信号的第K 个过零点相对于正弦调制信号的角度为πβNK K 212-=（１）它与正弦调制信号u r 的交点A 、B 的坐标分别为（αK -, u K -）与(αK +,u K +), 根据直线方程的两点式表达式，可解出A 、B 两点所在直线的方程为)12(2-+-=--K Nu K K απ)12(2--=++K Nu K K απ把以上两式结合在一起，既有⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=-)12(2K N u K K απ （２）在近似计算逆变电路的输出时，正弦调制信号看作不变并用它在K β时刻的值取代，既有关系式⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=)12(2sin K N m K K απβ（３）其中cmrmu u m=为调制比，由此可解出输出脉冲的始末角度K α为()[]K K m K Nβπαsin 122 -=（４）但实际上由三角载波和正弦调制信号所产生的输出脉冲与上述是有区别的，要准确计算输出脉冲的始末角度 K α必须使用下式⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=)12(2sin K N m K K απα（５）而该式为一奇异方程，我们不能求得其解析解，只能通过计算机求得近似解。

单极性SPWM逆变电路电力电子课设

电力电子技术课程设计单极性SPWM单相桥式逆变电路的设计与仿真院、部：电气信息工程学院学生姓名：李旺指导教师：杨万里职称助教专业：自动化班级：1401班学号：1430740107完成时间：2017.6湖南工学院电力电子技术课程设计课题任务书学院:电气与信息工程学院专业：自动化摘要20世纪80年代以来，信息电子技术和电力电子技术在各自发展的基础上相结合而产生了一代高频化、全控型的电力电子器件，典型代表有门极可关断晶闸管、电力晶体管、电力场效应晶体管和绝缘栅双极型晶体管。

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、载波度对输出波形的影响。

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:PWM控制技术；逆变电路；单极性SPWM；SimulinkAbstractSince 1980s, the electronic information technology and power electronics technology combined to produce a generation of high frequency phase in their development, full controlled power electronic devices, a typical gate turn off thyristor, power transistor, power MOSFET and insulated gate bipolar transistor.The inverter circuit is one of the most important applications of PWM control technology. Here in the theoretical basis of the single-phase bridge inverter circuit of the PWM, the simulation model of PWM inverter using Matlab visual simulation tool Simulink to establish the single-phase bridge unipolar control mode, through dynamic simulation, studied the modulation depth, the carrier frequency of the output voltage. Influence of load current; and analyzes the harmonic characteristics of output voltage, load current. The simulation results show that the model is correct, and it is proved that the model is fast, flexible, convenient, intuitive and a series of characteristics, so as to power electronic technology teaching Study and research provides an effective tool.Key words:PWM control technology; inverter circuit; SPWM waveform; Simulink目录1绪言 (1)1.1电力电子技术的概况 (1)1.2课程学习情况简介 (1)1.3设计要求及总体方案设计 (2)2主电路设计 (3)2.1主电路原理图及原理分析 (3)2.2器件选择及参数计算 (4)3控制与驱动电路设计 (5)3.1控制电路设计 (5)3.2驱动电路设计 (6)4保护电路设计 (7)4.1过电流保护 (7)4.2过电压保护 (7)5仿真分析 (8)5.1仿真软件介绍 (8)5.2仿真模型的建立 (8)5.3仿真结果分析 (10)6设计总结 (13)参考文献 (14)致谢 (15)附录 (16)1绪言1.1电力电子技术的概括随着电力电子技术的高速发展，逆变电路的应用非常广泛，蓄电池、干电池、太阳能电池等都是直流电源，当我们使用这些电源向交流负载供电时，就需要用到逆变电路了。

单极性和双极性

单相桥式PWM 逆变电路如图一所示，其控制方式有单极性和双极性两种，当输出脉冲的宽度按正弦规律变化时，这种电路一般称为SPWM 逆变电路。

这种近似分析方法会产生过少误差及控制方式不同时输出电压的不同特点将是本文分析的内容。

二、逆变电路输出脉冲的数学分析 1 单极性逆变电路为分析方便，把图二（a ）中细实线方框内的部分图形放大并展宽于图三中。

基于Matlab的单相双极性spwm逆变电路仿真报告

基于Matlab的单相双极性spwm 逆变电路仿真报告单相双极性SPWM桥式逆变电路实验报告学院：电气与电子工程班级：xxxxx 姓名：xx一、理论介绍SPWM控制技术是逆变电路中应用最为广泛的PWM型逆变电路技术。

对SPWM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SPWM控制电路的工作原理进行了分析，运用MATLAB中的SIMULINK 模块对电路进行了仿真，给出了最终仿真波形。

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. （此处采用等面积法）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.二、主电路设计分析根据设计要求，采用单相全桥PWM逆变电路，工作方式为单极性PWM方式，开关器件选用IGBT，直流电源电压为200V,电阻电感负载。

设计主电路图如图一所示。

图一单相桥式PWM逆变电路分析：a、主电路采用IGBT作为开关器件的单相桥式电压型逆变电路。

采用负载为阻感负载，工作时V1和V2的通断状态互补，V3和V4的通断状态也互补。

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。

当uco>utri，且-uco<utri ，触发VTA+和VTB-导通，输入电源Ud经过VTA+、负载和VTB-构成电流回路，uo=-Ud，电流上升；当uco<utri，使VTA+断开，触发VTA-，但由于是感性负载，电流不能突变，因此负载电流经VDA-和VTB-续流，使VTA-不能导通，uo=0，同时电流下降；当uco>utri，且-uco<utri ，触发VTA+和VTB-导通，输入电源Ud经过VTA+、负载和VTB-构成电流回路，uo=-Ud，电流上升；当-uco>utri，使VTB-断开，触发VTB+，由于是感性负载，电流不能突变，因此负载电流经VTA+和VDB+续流，使VTB+不能导通，uo=0，同时电流下降；直至下一个周期触发VTA+和VTB-导通。

全桥逆变电路双极性spwm调制电路

单相全桥逆变电路双极性SPWM调制电路1逆变主电路设计1.1逆变电路原理及相关概念逆变与整流（Rectifier）是相对应的，把直流电变为交流电的过程称为逆变。

根据交流侧是否与交流电网相连可将逆变电路分为有源逆变和无源逆变，在不加说明时，逆变一般指无源逆变，本文针对的就是无源逆变的情况；根据直流侧是恒流源还是恒压源又将逆变电路分为电压型逆变电路和电流型逆变电路，电压型逆变电路输出电压的波形为方波而电流型逆变电路输出电流波形为方波，由于题目要求对输出电压进行调节，所以本文只讨论电压型逆变电路；根据输出电压电流的相数又将逆变电路分为单相逆变电路和三相逆变电路，由于题目要求输出单相交流电，所以本文只讨论单相全桥逆变电路。

1.2单相全桥逆变电路设计单相全桥逆变电路，如下图所示：其特点是有四个桥臂，相当于两个半桥电路的组合，其中桥臂1和4作为一对，桥臂2和3作为一对，成对的两个桥臂同时导通，两对交替各导通180，其输出矩形波的幅值是半桥电路的两倍。

全桥电路在带阻感负载时还可以采用移相调压的方式输出脉冲宽度可调的矩形波。

图 1单相全桥逆变电路1.3建立单项全桥逆变电路的Simulink的仿真模型1.3.1模型假设1)所有开关器件都是理想开关器件，即通态压降为零，断态压降为无穷大，并认为各开关器件的换流过程在瞬间完成，不考虑死区时间。

2)所有的输入信号包括触发信号、电源电压稳定，不存在波动。

1.3.2利用MATLAB/Simulink进行单项全桥逆变电路仿真在Simulink工作空间中添加如下元件：Simscape/SimPower Systems /Power Electronics中的Diode、IGBT模块Simscape/SimPower Systems /Electrical Sources/DC Voltage Source模块Simscape/SimPower Systems /Elements/Series RLC Branch模块Simscape/SimPower Systems /powergui模块Simulink/Sinks/Scope模块利用上述模块得到单相全桥逆变电路模型：图 2 单相全桥逆变电路的Simulink的仿真模型各个模块的参数设置如下：“DC Voltage Source”模块幅值设为110V；“powergui”中“Simulation type”选为“continuous”，并且选中“Enable use of ideal switching device”复选框；“Solver”求解器算法设为ode45；仿真时间设为6S。

单双极性SPWM单相桥电压型逆变电路课程设计双极性

四、建立双极性SPWM仿真模型双极性SPWM触发信号产生图：触发电路中三角载波（Triangle）参数设置：“Time Values”为[0 1/fc/4 3/fc/4 1/fc]，“Output Values”为[0 -1 1 0]。

对脉冲电路进行封装：双极性SPWM主电路：触发电路参数设置：Ud=300v，R=1欧，L=2mH五、进行双极性SPWM 仿真1、仿真时间设为0.06s 键入MATLAB 语言命令：>> subplot(5,1,1)>> plot(a.time,a.signals(1).values) >> subplot(5,1,2)>> plot(a.time,a.signals(2).values) >> subplot(5,1,3)>> plot(a.time,a.signals(3).values) >> subplot(5,1,4)>> plot(a.time,a.signals(4).values) >> subplot(5,1,5)>> plot(a.time,a.signals(5).values)仿真结果如下：双极性SPWM 单相逆变器m=0.8，N=15时的仿真波形图仿真结果分析：输出电压为双极性SPWM 型电压，脉冲宽度符合正弦变化规律。

交流电流较方波逆变器更接近正弦波形。

直流电流除含有直流分量外，还含有2倍基频的交流分量以及与开关频率有关的更高次谐波分量。

其中的直流部分是向负载提供有功功率，其余部分使得直流电源周期性吞吐能量，为无功电流。

对输出的交流电压进行FFT 分析，可得频谱图如图（1—3）所示。

基波幅值为240，与式U1m=mUd 相符。

谐波分布符合式的规律，其SPWM 波中不含有低次谐波，只含有角频率为wc （对应15次谐波）及其附近的谐波，以及2wc 、3wc 等及其附近的谐波。

单极性Spwm课程设计

单极性Spwm课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解单极性SPWM（正弦波脉冲宽度调制）的基本概念，掌握其工作原理及数学表达方式。

2. 学生能够描述单极性SPWM在电力电子技术中的应用，如逆变器、电机调速等。

3. 学生能够通过分析单极性SPWM的波形特点，解释其对电机性能的影响。

技能目标：1. 学生能够运用所学知识，通过计算和实际操作，设计简单的单极性SPWM 控制电路。

2. 学生能够利用仿真软件对单极性SPWM波形进行模拟，观察并分析不同参数变化对波形及其影响。

3. 学生通过小组合作，动手搭建并测试单极性SPWM实验电路，提高实际操作能力和团队合作能力。

情感态度价值观目标：1. 学生通过学习单极性SPWM技术，培养对电力电子技术的兴趣，激发探索精神和创新意识。

2. 学生在小组合作中学会尊重他人，培养良好的团队协作精神和沟通能力。

3. 学生通过了解单极性SPWM在绿色能源中的应用，增强环保意识和责任感。

课程性质：本课程为电子信息工程及相关专业高年级的专业课程，旨在帮助学生掌握电力电子技术中的关键知识点。

学生特点：高年级学生已具备一定的电子技术和数学基础，具有较强的逻辑思维能力和实际操作能力。

教学要求：结合学生特点，采用理论教学与实践操作相结合的方式，注重培养学生的动手能力和实际应用能力，使学生在掌握知识的同时，提升综合素养。

通过对课程目标的分解，使教学设计和评估更具针对性。

二、教学内容1. 单极性SPWM基本理论：- 正弦波脉冲宽度调制原理- 单极性SPWM的数学表达及推导- 单极性SPWM波形特点及其与电机性能的关系2. 单极性SPWM应用：- 逆变器、电机调速等电力电子设备中的应用- 单极性SPWM在新能源领域的应用案例3. 单极性SPWM控制电路设计：- SPWM控制电路的组成及工作原理- 参数计算与电路搭建方法- 仿真软件应用与实验操作指导4. 教学大纲：- 第一周：单极性SPWM基本概念及原理- 第二周：单极性SPWM数学表达及推导- 第三周：单极性SPWM波形特点及其应用- 第四周：单极性SPWM控制电路设计及仿真- 第五周：实验操作及小组报告5. 教材章节：- 教材第四章：电力电子技术基础- 教材第五章：正弦波脉冲宽度调制技术- 教材第六章：电力电子装置及其应用教学内容安排和进度：按照教学大纲，逐步开展理论教学和实验操作，每周安排一次课内讨论，以巩固所学知识。

单相双极性SPWM逆变器的设计讲解

数据分析
单片机输出SPWM波形20HZ时测试结果如下图所示。算法计算频率为20HZ,实际实验结果频率为20.8572HZ,计算值与实际值偏差不大。
数据分析
单片机输出SPWM波形97HZ时测试结果如下图所示。算法计算频率为97HZ,实际实验结果频率为96.7070HZ,计算值与实际值偏差不大。
论文的结构和主要内容
第一部分
单相逆变器SPWM调制电路的基本结构图 PWM调制技术及双极性调制
第二部分
硬件设计单片机的最小系统设计驱动电路设计显示电路设计
论文的结构和主要内容
第三部分
双极性调制算法算法子程序设计显示子程序设计主程序设计
单相双极式SPWM逆变电路
载波双极性对称三角波
uc
ur
uc，频率fc
0
调制波正弦波ur,频率f
调制比 m U rm U Cm
u0
1
u 01
Ud
频率比
0

N fc f
f c f i
0
脉宽随时间按正弦规律
变化
A T13 D24 T24 D13
i
B
C
D
t
C C
论文结论
该调制器的设计全面阐述了逆变器的基本结构、驱动原理以及软硬件的设计。本文所设计的基于STC12C5A60S2单片机的调制器具有硬件结构简单、保护功能完善等特点。主要实现了如下功能： (1)采用STC12C5A60S2作为控制核心，加强智能控制； (2)安全控制系统，实现了系统的过流保护； (3)设计了驱动电路、控制电路的设计，提高系统的可靠性： (4)系统软件采用模块化设计，为二次开发提供了非常便利的条件。但也由于时间与能力有限，本文所设计的控制系统还有待于进一步的改进，比如，利用软件检测频率值，添加电压调节功能，还可采用专用控制芯片和单片机相结合的方式实现控制，使系统具有更好的灵活性和稳定性。

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。

单双极性SPWM单相逆变器

O U d 图 6 5
t
在ur与uc的交点处控制IGBT的通断。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，u0=ud；当ur＜uc，V4关断，V3导通，u0=0；
双极性PWM控制方式
Ur的半个周期内，三角载波在正负极之间连续变化，所得PWM波也是在正负之间变化，称为双极性PWM控制方式。
单极性PWM控制方式
Ur为正弦调制信号波，Uc为三角载波。Ur的半个周期内三角载波只在正极性和负极性一种极性范围内变化，所得PWM波也只处于一个极性的范围内，称为单极性PWM控制方式。
V 1 U d + V 2 u 信号波 r u c 载波
V D 1 R V D 2 u o
V 3 L V 4
图用PWM波代替正弦半波
PWM波形可分为等幅PWM波和不等幅PWM波两种，由直流电源产生的PWM波通常是等幅PWM波。输出波形作调制信号，接受调制的信号为载波进行调制得到期望的PWM波；载波比——载波信号频率fc与调制信号频率fr之比，P= fc / fr 调制信号——正弦调制信号与三角载波信号的幅值之比，m=ur/uc 当载波频率fc远高于输出电压u0基频f且调制深度m≤1 时,可知输出基波电压u0f 的幅值 u1m=mud
f (t) f (t) f (t) f (t)
(t)
形状不同而冲量相同的各种窄脉冲
t d )
O
a )
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t O 图 6 1
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PWM控制的基本原理
用PWM波代替正弦半波将正弦半波看成是由N个彼此相连的脉冲宽度为/N，但幅值顶部是曲线且大小按正弦规律变化的脉冲序列组成的。把上述脉冲序列利用相同数量的等幅而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，这就是 PWM波形。对于正弦波的负半周，也可以用同样的方法得到PWM波形。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。

SPWM逆变电源的单极性控制方式实现

分析都是在理想条件下进行的。在实际电路中，ｒｈｒ采样时刻的误差以及为避免同一相上下桥臂直通而设置的死区的影响，谐波的分布情况将更为复杂。一一般来说，实际电路中的谐波含量比理想条件下要多一些，甚至还会出现少量的低次谐波。
３两种控制方式的工作过程
３３不同控制方式工作状态分析
在一个开关周期中，ｕＰｗＭ或ＩＩＰｗＭ控制全桥逆变器有４个上作状态，即：（１）ｕ：＞Ｏ，，＞Ｏ；（２）ｕ。＞ｏ，，＜ｏ；（３）Ｕ．＜ｏ，，＞ｏ；（４）ｆ，。＜Ｏ，，＜（）。当工作往状态（１）、状态（３）及工作杠状态（２）中，Ｅ导通，和状态（４）中，７ｎ导通上作过程·样。、只有住状态（２）中，丑关断时，在状态（４）中，Ｔ４关断时，工作过程不一样。下面主要分析这两种情况下，不同控制力式的电路模式。３．３．１（，，＞０，，＜０，７‘．关断时的电路模式
图３ＨＰｗＭ控制方式波形
２．３两种控制方式下输出电压频谱图
利用ｐｓｐｉｃｅ，结合上述的电路拓扑结构．建市仿真模型进行仿真，得到２种控制方式下输卅电压频谱图，如图４、图５所示。
１００
Ｉ＞
ｏ
ｌ｜Ｉｌ址Ⅲ．“……
０Ｊ００２００３００４００
５００
６００
７００
，／ｋｌＩｚ
图４ｕＰ、ｖＭ调制方式下的输出电压的频谱图
机车变频空调巾，它控制精度高．运行平稳。实践证明，该变频调速系统具有良好的效果。
参考文献：［１］陈伯时，陈敏逊交流涮速系统［Ｍ北京：机械工业出
版社，２０００［２］杨贵杰，等空间矢量脉宽调制方法的研究［Ｊ］巾圈屯
机工程学报，２００１，２“５）：７９—８３．
［３ｊＴｗ岫ｆｌｌｏｗｓｌｌｉ，ＡＭ．鼬ｄｉｎ，Ｌ，ａｎｄｋ斟ｗ幽，ｓＦ籼忡

单相单,双极性SPWM仿真课设

由图3-11a和图3-12还可得出但负载电阻R不变时，电感L越大输出的电流的波动越小，越接近正弦波。从这俩个图可以看出负载的变化对输出电压uo的波形没有影响
通过对单极性与双极性SPWM结果的比较可以看出单极性的输出电流的波动幅值更小，谐波频率高，畸变率THD小，更接近正弦波。
对各输出电压uo的频谱分析可看出PWM波不含有低次谐波，只含有高次谐波，其中800~1000HZ的谐波含量较多。
图3-8a为f=50，N=18，Ma=0.9时的波形结果图（uo为输出电压io为输出电流）
图3-8a
图3-8b为f=50，N=18，Ma=0.9时输出电压uo的频谱图
图3-8b
图3-8c为f=50，N=18，Ma=0.9时输出电流io的频谱图
图3-8c
图3-9a为f=50，N=24，Ma=0.9时的波形结果图（uo为输出电压io为输出电流）
当ur>uc时，给VT1和VT4导通信号，给VT2和VT3关断信号，如io>0，VT1和VT4通，如io<0，VD1和VD4通，uo=Ud
当ur<uc时，给VT2和VT3导通信号，给VT1和VT4关断信号，如io<0，VT2和VT3通，如io>0，VD2和VD3通，uo=-Ud PWM波等效为正弦波
2.
2
如图2-1是单相PWM逆变电路VT1~VT4是四个IGBT管，VD1~ VD4是四个二极管，调制电路作为控制电路控制IGBT导通与关断来得到所需要的波形
图2-1单相SPWM逆变电路
2
2.2.1
SPWM逆变电路主要有两种控制方法：计算法和调制法。计算法是将PWM脉冲宽度的波形计算出来，显然这种方法是很繁琐的，不采用。调制法是用一个三角波作为载波，将一正弦波作为调制信号进行调制。我们采用调制法。因为等腰三角波上下宽度与高度呈线性关系且左右对称，当它与一个平缓变化的正弦调制信号波相交时，在交点时刻就可以得到宽度正比于正弦信号波幅度的脉冲

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。

实验单相逆变器单极性和双极性SPWM调制技术的仿真

图4是采用IGBT作为开关器件的三相桥式电压型逆变电路。
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）

双极性单相spwm

有输出电压反馈控制，输出电压波动＜2%；
4.
5.
输出频率10－－100Hz步进可调，步距1Hz；
最大输出电流2Aac，有硬件过载保护；
6.
7. 8.
总谐波失真度＜5%（或无明显失真）；
效率优于70%（？）。提高输入电压，努力至220Vac（？）。
参考文献
林渭勋编著，《现代电力电子技术》，机械
工业出版社，2006年1月，170-200
SW 1
硬故障关断 /高有效
HShu t SSh ut
保护电路
软故障关断 /高有效
上电及手动关断
R1 5 1 0K
C1 31 0u /50 V
五、输出滤波
SPWM 调制下输出滤波电感的值一般是由电感电流的最大纹波所决定，一般可取该值为满功率输出时正弦电流峰值的 15％。在单极性 SPWM 调制下，电感电流纹波可表达式为
HShu t SSh ut
保护电路
软故障关断 /高有效
上电及手动关断
R1 5 1 0K
C1 31 0u /50 V
+15 R9 3 00 2 3
D1
4 00 7
C4 1 04 R1 0 3 00 2 CG2 3
+15
D2
4 00 7

C61 04
C3 1 0/5 0V 8 7 5 IC1 T L P52 0 R1 1 00 R2 1 0K A G1 +5
u0 t
+Ud
i0
G1G3
t
G2
L
OUT 1 C
G2G4
t
u0
RL