(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。

实际上当给VT1
或VT4以导通信号时，可能是VT1或VT4导通，
也可能是VD1或VD4续流导通，要由感性负载
中的电流方向来决定。

这种由正弦调制波与三
角载波相交、交点决定开关器件导通时刻而形
成SPWM波形的方法称采样法。

B、C相的SPWM波调制方法与A相相同，
形成了左图所示的相、线电压波形。

从中可以
看出，u AO’、u BO’、u CO’的PWM波只有E/2和-E/2
两种电平。

线电压波形可由有关相电压相减得
到：
可以看出线电压SPWM波具有E、-E及零三种电平。

若设负载中点O与电源中点O’之间电压差为u OO’,则三相负载电压为：
上式相加可求得：u OO’=[(u AO’+u BO’+u CO’)-(u AO+u BO+u CO)]/3
对于三相对称负载有u AO+u BO+u CO=0，从而u OO’=(u AO’+u BO’+u CO’)/3，这样，可求得u OO’波形后，就可按此式求得负载相电压波形。

二、建立模型仿真
1、仿真电路模型
图—2
其中主要模块参数设置如下：
图—3
图—4
图—5
2、仿真运行
在完成参数设置过后，点击运行键对仿真进行运行，此时弹出Multimeter 的模拟框如下：
图—6
再次点击运行，即可得出所要的仿真结果
3、仿真结果
波形输出图如下图所示：
图—7 （示波器X显示的波形）
图—8（示波器ura显示的波形，即Ra上的电压）
图—9（示波器urb显示的波形，即Rb上的电压）
图—10（示波器urc显示的波形，即Rc上的电压）
图—11（示波器t显示的时间波形）
三、仿真结果分析
通过MATLAB仿真，我们得到了三相SPWM逆变器的仿真输出结果，从这几组输出波形我们可以看到，通过逆变器，便可将直流电压、电流转换为了输出的三相交流电压、电流。

逆变本来就是一种将直流变换为可变频率交流的变换技术，广泛应用在了电机变频调速传动、有源电力滤波器、不间断电源等，其技术内容涵盖采用晶闸管的方波逆变电路和高频自关断器件的脉宽调制逆变电路，其中PWM技术更是电力电子技术中发展最快、最具潜力的技术方向，更须重视。

我们通过计算机辅助程序仿真来模拟电路，通过应用MATLAB软件，将电路运行出来得到相应的仿真结果。