单相单,双极性SPWM仿真课设

目录

引言 (1)

1.单相SPWM结构及其工作原理 (2)

1.1PWM控制的基本原理 (2)

1.2 SPWM基本原理 (2)

2.单相PWM逆变电路及其控制方法 (3)

2.1单相SPWM逆变电路结构 (3)

2.2单相SPWM逆变电路的控制方法 (3)

2.2.1计算法和调制法 (3)

2.2.2调制度 (4)

2.2.3异步调制与同步调制 (4)

2.2.4采样方法 (4)

2.2.5单极性与双极性控制方式 (5)

3.MATLAB仿真建模 (6)

3.1单极性SPWM逆变电路建模 (6)

3.1.1单极性PWM逆变主电路建模 (7)

3.1.2单极性SPWM逆变控制电路建模 (8)

3.2双极性SPWM逆变电路建模 (9)

3.2.1双极性SPWM逆变主电路建模 (9)

3.2.2双极性SPWM逆变控制电路建模 (10)

4.仿真结果 (11)

4.1单极性SPWM仿真结果 (11)

4.2双极性SPWM仿真结果 (15)

4.3仿真结果分析 (18)

引言

随着电力电子技术的不断发展，电力电子技术的各种装置在国民经济各行各业中得到了广泛应用。从电能转换的观点，电力电子的装置涵盖交流——直流变换、直流——交流变换、直流——直流变换、交流——交流变换。比如在可控电路直流电动机控制，可变直流电源等方面都得到了广泛的应用,而这些都是以逆变电路为核心。由于电力电子技术中有关电能的变换与控制过程，内容大多涉及电力电子各种装置的分析与大量的计算、电能变幻的波形分析、测量与绘制等，这些工作特别适合Matlab的使用。本文建立了基于Matlab的单相桥式SPWM逆变电路的动态模型给出了仿真的实例与仿真结果，验证了模型的正确性，并展现了Matlab仿真具有的快捷，灵活，方便，直观的以及Matlab绘制的图形准确、清晰、优美的优点，可以用Matlab软件来对电路的工作原理进行讨论分析和仿真，从而为电力电子技术的分析及设计提供了有效的工具。

1.单相SPWM结构及其工作原理

1.1PWM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，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。

1.2 SPWM基本原理

如图1-1为PWM波等效为正弦波，1-1a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1-1b，

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1-1 PWM波等效为正弦波

2.单相PWM逆变电路及其控制方法

2.1单相SPWM逆变电路结构

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单相SPWM逆变电路的控制方法

2.2.1计算法和调制法

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

2.2.2调制度

调制度用Ma 表示，载波幅值

调制波幅值=Ma 2.2.3异步调制与同步调制

载波频率f c 与调制信号频率f r 之比N=f c /f r 叫载波比。在调制过程中N 变化的叫异步调制，N 不变的叫同步调制。我们采用同步调制。

2.2.4采样方法

采样方法包括自然采样法与规则采样法。自然采样法在载波与调制波的交点处采样，这要求解复杂的超越方程，难以在实时控制中在线计算，工程 上不采用。工程上采用规则采样法，如图2-2-4所示在三角波的负峰时刻tD 对正弦信号波采样得D 点，过D 作水平直线和三角波分别交于A 、B 点，在A 点时刻tA 和B 点时刻tB 控制开关器件的通断，脉冲宽度d 和用自然采样法得到的脉冲宽度非常接近。

图2-2-4规则采样法 由于我们用的是MA TLAB 仿真，我们采用自然采样法。

图6-12

2.2.5单极性与双极性控制方式

单极性PWM 控制方式：

如图2-2所示，在ur 和u c 的交点时刻控制IGBT 的通断

ur 正半周，VT 1保持通，VT 2保持断

当ur>u c 时使VT 4通，VT 3断，u o =U d 当ur

当uru c 时使VT 3断，VT 4通，u o =0 虚线u of 表示u o 的基波分量

图2-2单极性SPWM 控制方式波形

双极性PWM 控制方式：

如图2-3所示，在u r 的半个周期内，三角波载波有正有负，所得PWM 波也有正有负，在u r 一周期内，输出PWM 波只有±U d 两种电平，仍在调制信号u r 和载波信号u c 的交点控制器件的通断，u r 正负半周，对各开关器件的控制规律相同。

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