单相正弦波PWM逆变电路仿真报告
电压型PWM控制逆变电路仿真实验
单相桥式单极性调制PWM型逆变电路 正弦波与V1和V2触发信号波形
单相桥式单极性调制PWM型逆变电路 载波、调制波和V3与V4触发信号波形
单相桥式单极性调制PWM型逆变电路 载波、调制波和输出电流、电压波形
02
三相桥式双极性调 制PWM型逆变电路
工作原理 .仿真模型搭建 模块参数设置 运行截图
谢谢聆听！
通过了这次仿真，我们组 加 深 了 对 PWM 控 制 技 术 的 理解，明白了单极性PWM 和 双 极 性 PWM 控 制 原 理 ， 深化了PWM对单相和三相 桥式逆变电路的控制的理 解；学会了利用MATLAB中 Simulink构建单极性和双 极性PWM波，并用其控制 逆变电路，很有效的对这 章知识进行了复习，并加 强了自己的动手能力。
电压型PWM控制逆 变电路仿真实验
摘要
※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，来等效的获得所需要的 波形（包含形状和幅值）。 ※PWM控制技术在逆变电路中应用最为广泛，对逆变电路的影响也最为 深刻。现在大量应用的逆变电路中，绝大多数都是PWM型逆变电路。
单相桥式单极性调制PWM型逆变电路
模块参数：
直流电源电压为100V， 频率50Hz，直流侧电阻 为 1Ω，载波频率为 1000Hz，滤波电感为 10mH，正弦调制信号 幅值为0.7（调制度为 0.7）。
单相桥式单极性调制PWM型逆变电路
Sine wave function
单相桥式单极性调制PWM型逆变电路 Sawtooth
单相桥式单极性调制PWM型逆变电路
工作原理
设负载为阻感负载，工作时V1和V2的通断状态互补， V3和V4的通断状态也互补。具体的控制规律如下: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。由于负载电流比电压滞后，因此 在电压正半周，电流有一段区间为正，一段区间为 负。在负载电流为正的区间，V1和V4导通时，负载 电压u0等于直流电压Ud；V4关断时，负载电流通过 V1和VD3续流，u0=0。在负载电流为负的区间，仍为 V1和V4导通时，因i0为负，故i0实际上从VD1和VD4 流过，仍有u0=Ud；V4关断，V3开通后，i0从V3和 VD1续流,u0=0。这样u0总可以得到ud和零两种电平。 同样，在u0的负半周,让V2保持通态，V1保持断态， V3和V4交替通断，负载电压u0可以得到-ud和零两种 电平。
单相单极性SPWM逆变电路matlab仿真
单相单极性SPWM逆变电路matlab仿真————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：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15日一、实验名称：单相单极性SPWM逆变电路MATLAB仿真二、目的及要求了解并掌握单相单极性SPWM逆变电路的工作原理； 2.进一步熟悉MA TLAB中对Simulink 的使用及构建模块； 3.进一步熟悉掌握用MA TLAB绘图的技巧。
三、实验原理1.单相单极性SPWM逆变的电路原理图2、单相单极性SPWM逆变电路工作方式单极性PWM控制方式（单相桥逆变）：在Ur和U c的交点时刻控制IGBT的通断，Ur正半周，V1保持通，V2保持断，当Ur>cu时使V4通，V3断，U0=Ud，当Ur<U c时使V4断，V3通，U0=0。
Ur负半周，V1保持断，V2保持通，当Ur<cu时使V3通，V4断，U0=-U d，当Ur>Uc时使V3断，V4通，U0=0。
输出电压波形四、实验步骤及电路图1、建立MATLAB仿真模型。
以下分别是主电路和控制电路（触发电路）模型：2、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，三角载波必须正弦波正半周期输出正三角载波，而在正弦波负半周期输出负三角载波，这可以通过让三角载波与周期与正弦波相同、幅值为1和-1的矩形波相乘实现。
五、实验结果与分析1、设置三角脉冲波形的周期t=0.02/9s时的仿真结果：2、设置三角脉冲波形的周期t=0.02/21s时的仿真结果：根据仿真结果和面积等效原理可知，模拟电路成功的实现了将直流逆变成交流。
multisim仿真教程正弦波脉宽调制(SPWM)逆变电路
multisim仿真教程正弦波脉宽调制(SPWM)逆变电路multisim仿真教程11.8正弦脉宽调制( SPWM)逆变电路multisim仿真教程11.8.1正弦脉宽调制(SPWM)逆变电路工作原理1. SPWM控制的基本原理图11.8.1(a)示出正弦彼的正半周波形，并将其划分为N等份，这样就可把正弦半波看成由N个彼此相连的脉冲所组成的波形。
这些脉冲的宽度相等，都等于π / N,但幅值不等，且脉冲顶部是曲线，各脉冲的幅值按正弦规律变化。
multisim仿真教程如果将每一等份的正弦曲线与横轴所包围的面积用一个与此面积相等的等高矩形脉冲代替，就得到图11.8.1(b)所示的脉冲序列。
这样，由N个等幅而不等宽的矩形脉冲所组成的波形与正弦波的正半周等效，正弦波的负半周也可用相同的方法来等效。
multisim仿真教程SPWM(Sine Pulse Width Modulation正弦波脉宽调制)的控制思想，就是利用逆变器的开关元件，由控制线路按一定的规律控制开关元件的通断，从而在逆变器的输出端获得一组等幅、等距而不等宽的脉冲序列。
其脉宽基本上按正弦分布，以此脉冲列来等效正弦电压波。
multisim仿真教程图11.8.1 SPWM控制的基本原理multisim仿真教程SPWM正弦波脉宽调制的特点是输出脉冲列是不等宽的，宽度按正弦规律变化，故输出电压的波形接近正弦波。
SPWM是采用一个正弦波与三角波相交的方案确定各分段矩形脉冲的宽度。
通常采用等腰三角波作为载波，因为等腰三角波上下宽度与高度成线性关系且左右对称。
multisim仿真教程当它与正弦波的调制信号波相交时，所得到的就是SPWM波形。
如在交点时刻控制电路中开关器件的通断，就可以得到宽度正比于信号波幅值的脉冲。
这正好符合SPWM控制的要求。
multisim仿真教程2. 单极性PWM控制方式一个电压型单相桥式逆变电路如图11.8.2所示，采用电力晶体管作为开关器件。
单相PWM逆变
第七章7.1 在单相全控桥PWM逆变器中，输入的直流电压在295-325V之间变化。
由于≤1。
输出电压存在轻微畸变：(a) 所能达到的的最大值是多少？在铭牌上应标称多大的额定值？(b) 若铭牌上的视在功率（V A）为2000VA，也就是 = 2000V A，其中为正弦电流。
当逆变器按额定视在功率输出时，试计算该逆变器的综合开关利用率。
解：在这个逆变器中VV因为=2000 V A所以AA开关利用率=7.2 假定 = 220V，输出频率为47Hz，负载的形式如图7.18(a)所示，图中电感L = 100mH。
如果逆变器工作在方波控制模式下，计算电流纹波的峰值。
解：负载的形式如下图所示：解：方波控制模式下：∴∵∴∵ (1)∴当时有： (2)（2）式代入（1）有：7-3如果逆变器工作在正弦PWM控制模式下，mf = 21，ma = 0.8，试重新完成题7.2的要求。
解：本题要通过MATLAB进行仿真实验得出结果。
首先搭建如图7-3a所示的单相逆变器Simulink模型图，通过示波器i2可以观察到电流纹波的峰值如图7-3b所示。
由图可知纹波电流的峰值在±2A左右。
模型具体参数设置如下：∙Discrete PWM Generator模块中carrier frequency填987、Modulation index填0.8、frequency of output填47，其余按默认值。
∙powergui模块，离散时间设置为“1e-5”，其余默认。
∙2nd-Order Filter模块，Filter type中选High pass、Cut off frequency中填200，其余默认。
∙电感元件L中Inductance填100e-3、Resistance中填0、Capacitance中填inf.最后，设置仿真参数，Start time为0，stop time为0.05，算法选取“ode23tb”。
图7-3a单相逆变器仿真图图7-3b单相逆变器电流纹波图7-4 若逆变器采用电压对消式控制方式，Ud与7.3题中值相同，试计算电流纹波的峰值。
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。
电力电子课程设计基于PWM逆变器的设计与仿真
电力电子系统仿真设计报告题目：基于PWM逆变器的设计与仿真指导老师：杨小玲院系：电气三班姓名：吴明学号：08230318时间：2011.12摘要现在大量应用的逆变电路中，绝大部分都是PWM型逆变电路。
通过对PWM型逆变电路进行研究，首先建立了逆变器单极性控制和双极性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三相桥式电压型逆变电路的工作原理进行了分析，运用MATLAB中的SIMULINK对电路进行了仿真，并给出了仿真结果波形，证实了MATLAB软件的简便直观、高效快捷和真实准确性。
关键词：SPWM；PWM；逆变器；MATLAB目录引言 (4)第一章对仿真软件以及设计内容及技术要求简单介绍 (5)1.1对仿真软件MATLAB的介绍 (5)1.2设计内容 (6)1.1.1设计的内容： (6)1.1.2PWM逆变器的电路参数要求 (6)1.2设计技术要求 (6)1.2.1仿真任务要求： (6)1.2.2设计的总体要求 (6)第二章对电力电子器件的简单介绍 (7)2.1．电力电子中常用的器件做简单的介绍： (7)第三章 PWM逆变器电路的设计和工作原理 (12)3.1、SPWM逆变器调制原理 (12)3.2、SPWM控制方式 (13)3.2.1单极性SPWM调制方法 (13)3.2.2双极性SPWM调制方法 (14)3.3调制法 (15)第四章. PWM逆变器电路的电路仿真及分析 (19)4.1PWM技术逆变器原理 (19)4.2于PWM技术逆变器及其仿真 (19)4.2.1GBT在MATLAB中的实现 (19)4.2.2PWM发生器 (21)4.3.3相单极性PWM仿真 (22)第五章心得体会与总结 (32)参考文献33引言电力电子学是由电力学，电子学和控制理论三个学科交叉而形成的，电力电子技术的应用范围十分广泛。
其不仅应用于一般的工业，同时广泛应用于电力系统，交通运输，通讯系统以及新能源系统。
单相正弦波脉宽调制(SPWM)逆变电路实验结果
单相正弦波脉宽调制（SPWM）逆变电路实验结果(1)控制信号的观测①观察正弦调制波信号U r的波形，测试其频率可调范围；U r频率最小时波形图，由图可知最小频率小于10HzU r频率最大波形图，由图可知最大频率等于62Hz②观察三角载波U c的波形，测试其频率，由图可知最大频率等于178.9Hz③改变正弦调制波信号U r的频率，再测量三角载波U c的频率改变正弦调制波信号U r的频率三角载波U c的频率是同步变化④比较“PWM+”，“PWM-”和“SPWM1”，“SPWM2”的区别PWM+”，“PWM-的区别：同一相上下两管驱动信号之间无死区SPWM1”，“SPWM2的区别：同一相上下两管驱动信号之间死区延迟时间是30ms(2)带电阻及电阻电感性负载①输出接灯泡负载，然后将主电路接通由控制屏左下侧的直流电源(通过调节单相交流自藕调压器，使整流后输出直流电压保持为200V)接入主电路，由小到大调节正弦调制波U r 的频率，观测负载电压的波形，记录其波形参数（幅值、频率）。
U O(V) 82.2 82.4 82.5 波形F(Hz) 13.56 28.23 29.59 U O(V) 82 82 82波形F(Hz) 34.63 42.73 55.81U O(V) 82 82 82波形②接入DJK06给定及实验器件和DJK02上的100mH电感串联组成的电阻电感性负载，然后将主电路接通由DJK09提供的直流电源，由小到大调节正弦调制波信号U r的频率观测负载电压的波形，记录其波形参数（幅值、频率）。
F(Hz) 17.67 20.53 22.67U O(V) 83 83 83波形U O(V) 83 83 83 波形F(Hz) 49.61 53.78 161.15 U O(V) 83 83 83波形。
6单相正弦波脉宽调制(SPWM)逆变电路实验报告
实验报告课程名称：现代电力电子技术实验项目：单相正弦波脉宽调制（SPWM）逆变电路验实验时间：实验班级：总份数：指导教师：朱鹰屏自动化学院电力电子实验室二〇〇年月日广东技术师范学院实验报告学院：自动化学院专业：电气工程及其自动化班级：成绩：姓名：学号：组别：组员：实验地点：电力电子实验室实验日期：指导教师签名：实验（六）项目名称：单相正弦波脉宽调制（SPWM）逆变电路实验1.实验目的和要求(1)熟悉单相交直交变频电路原理及电路组成。
(2)熟悉ICL8038的功能。
(3)掌握SPWM波产生的基理。
(4)分析交直交变频电路在不同负载时的工作情况和波形，并研究工作频率对电路工作波形的影响。
2.实验原理采用SPWM正弦波脉宽调制，通过改变调制频率，实现交直交变频的目的。
实验电路由三部分组成：即主电路, 驱动电路和控制电路。
主电路部分:AC/DC (整流) DC/AC (逆变)图4-1 主电路结构原理图如图4-1所示, 交直流变换部分（AC/DC）为不可控整流电路（由实验挂箱DJK09提供）；逆变部分（DC/AC）由四只IGBT管组成单相桥式逆变电路，采用双极性调制方式。
输出经LC低通滤波器，滤除高次谐波，得到频率可调的正弦波（基波）交流输出。
本实验设计的负载为电阻性或电阻电感性负载，在满足一定条件下,可接电阻启动式单相鼠笼式异步电动机。
(2)驱动电路:如图4-2（以其中一路为例）所示，采用IGBT管专用驱动芯片M57962L，其输入端接控制电路产生的SPWM信号，其输出可用以直接驱动IGBT管。
其特点如下：①采用快速型的光藕实现电气隔离。
②具有过流保护功能，通过检测IGBT管的饱和压降来判断IGBT是否过流,过流时IGBT 管CE结之间的饱和压降升到某一定值，使8脚输出低电平，在光藕TLP521的输出端OC1呈现高电平，经过流保护电路（见图4-3），使4013的输出Q端呈现低电平，送控制电路，起到了封锁保护作用。
PSIM仿真设计单相桥式SPWM逆变器
PSIM仿真设计单相桥式PWM逆变器一、实验目的1.加深对SPWM基本原理的理解2.熟悉双极性脉冲宽度调制和单极倍频正弦脉宽调制的原理。
3.掌握PSIM仿真软件基本操作并搭建单相SPWM仿真验证双极性脉冲宽度调制和单极倍频正弦脉宽调制；实验验证单级倍频正弦脉宽调制的特点。
二、实验设备表4-1 实验所需设备表三、实验原理(一)、单相桥式电路（H桥）拓扑及其工作原理电压型全桥逆变电路共有四个开关管：T1、T2、T3、T4和四个续流二极管二极管D1、D2、D3、D4，如图4.1所示。
当T1、T4导通时，V ab=V D；当T2、T3导通时，V ab=-V D；当T1、T3导通时V ab=0；当T2、T4导通时，V ab=0（其中T1、T2不能同时导通；T3、T4不能同时导通）。
因此控制四个开关管的通断可以控制输出电压在V D、-V D、0之间变化。
(二)、SPWM 的原理采样控制理论有一个重要的原理——冲量等效原理：大小、波形不相同的窄脉冲变量，例如电压V(t)，作用于惯性系统（例如RLC电路）时，只要它们的冲量，即变量对时间的积分相等，其作用效果相同。
V DV o 图3-1 单相桥式逆变电路的拓扑结构图3-2 用SPWM电压等效正弦电压如果将图3-2所示的标准正弦波等分成很多份，那么一个连续的正弦波也可以看作是一系列幅值为正弦波片段的窄脉冲组成。
如果每个片段的面积分别与①、②、③…所示一系列等宽不等高的矩形窄脉冲的面积相等，那么从冲量等效的观点看，由①、②、③…这些等宽不等高矩形脉冲波构成的阶梯波和标准正弦波是等效的。
进一步，如果让图3-1所示逆变器产生如图3-2所示一系列幅值为±U d 的等高不等宽矩形电压窄脉冲，每个电压脉冲的面积（冲量）分别与①、②、③…面积相等，于是图3-2中的登高不等宽的脉冲电压和正弦电压也是冲量等效的。
作用于R、L、C惯性系统后基本是正弦波。
※(三)、双极性正弦脉冲宽度调制（重点）图3-3 双极性正弦脉宽调制输出波形基于载波的SPWM如图3-3所示，图中的高频三角波v c成为载波，正弦波v r称为调制波或参考调制波。
实验四单相正弦波(SPWM)逆变电源研究
实验四 单相正弦波（SPWM ）逆变电源研究一．实验目的1．掌握单相正弦波（SPWM ）逆变电源的组成、工作原理、特点、波形分析与使用场合。
2．熟悉正弦波发生电路的工作原理与使用方法。
二．实验内容1．正弦波发生电路调试。
2．带与不带滤波环节时的负载两端，MOS 管两端以及变压器原边两端电压波形测试。
3．滤波环节性能测试。
4．不同调制度M 时的负载端电压测试。
三．实验系统组成及工作原理能把直流电能转换为交流电能的电路称为逆变电路，或称逆变器。
单相逆变器的结构可分为半桥逆变器、全桥逆变器和推挽逆变器等形式。
本实验系统对单相全桥逆变电路进行研究。
全桥逆变器的主要优点是可以实现双极性的电压输出，对输入电源的利用率比较高，同时可以输出较高的电压，因此，特别适用于适合高压输出的场合。
逆变器主电路开关管采用功率MOSFET 管，具有开关频率高、驱动电路简单、系统效率较高的特点。
当开关其间VT 1、VT 3 和VT 2、VT 4轮流导通，再经推挽变压器升压后，即可在负载端得到所需频率与幅值的交流电源。
脉宽调制信号由三角波和正弦波进行比较获得。
图5—6为此，正弦波信号必须如图5—6所示，即其峰—峰值必须在小于三角波德幅值。
正弦波发生电路如图5—7所示。
tt正弦波峰—峰值，从而调节SPWM信号的脉冲宽度以及逆变电源输出基波电压的大小。
四．实验设备和仪器1．MCL-22实验挂箱2．万用表3．双踪示波器五．实验方法1．SPWM波形的观察按下左下方的开关S5(1)观察"SPWM波形发生"电路输出的正弦信号Ur波形(2端与地端)，改变正弦波频率2．逻辑延时时间的测试将"SPWM波形发生"电路的3端与"DLD"的1端相连，用双踪示波器同时观察"DLD"的1和3端波形,并记录延时时间Td.。
3．不同负载时波形的观察按图5-19接线。
将三相调压器的U、V、W接主电路的相应处，，将主电路的1、3端相连，（1）当负载为电阻时（6、7端接一电阻），观察负载电压的波形，记录其波形、幅值、频率。
PWM逆变电路报告 大学生电子设计竞赛
PWM逆变电路摘要：本系统以带中心抽头变压器的逆变电路为核心，由单片机利用查表法产生PWM调制信号控制功率MOSFET的通断（该表是根据等效面积法利用计算机事先生成的），再结合变压器可以实现电压由低压向高压、由直流向交流的转变，（变压器是根据实际需要、结合理论计算和实际测试结果自己绕制的，使用中效果较好）。
整个系统实现了电压由24V直流电到220V、50Hz的正弦交流电的逆变，功率可达W，且具有过流保护功能，较为理想地达到了设计指标的要求。
关键词：脉宽调制（PWM）、逆变电路、变压器Abstract:Key words:目录1方案论证与选择__________________________________________________ 31.1设计要求_________________________________________________________ 31.2系统总体结构框图_________________________________________________ 31.3方案比较与选择___________________________________________________ 31.3.1逆变电路类型的选择 ___________________________________________________ 31.3.2PWM控制信号的产生方式选择__________________________________________ 41.3.3单片机类型选择 _______________________________________________________ 5 2单元电路设计____________________________________________________ 52.1逆变电路_________________________________________________________ 52.1.1驱动电路__________________________________________________________ 52.1.2逆变放大电路______________________________________________________ 62.2过流保护电路_____________________________________________________ 7 3软件设计________________________________________________________ 8 4系统测试及改进方案______________________________________________ 94.1测试使用的仪器___________________________________________________ 94.2指标测试与测试结果_______________________________________________ 9 5结论____________________________________________________________ 9参考文献____________________________________________________________ 9附录1 主要元器件清单 _______________________________________________ 9附录2 程序清单 _____________________________________________________ 9附录3 印制版图 _____________________________________________________ 9附录4 系统使用说明 _________________________________________________ 91方案论证与选择1.1设计要求设计并制作一个PWM逆变电路，要求由24V蓄电池供电，输出220V、50Hz 的交流正弦信号，具有过流等保护功能。
PSIM仿真设计单相桥式SPWM逆变器
PSIM仿真设计单相桥式PWM逆变器一、实验目的1.加深对SPWM基本原理的理解2.熟悉双极性脉冲宽度调制和单极倍频正弦脉宽调制的原理。
3.掌握PSIM仿真软件基本操作并搭建单相SPWM仿真验证双极性脉冲宽度调制和单极倍频正弦脉宽调制；实验验证单级倍频正弦脉宽调制的特点。
二、实验设备表4-1 实验所需设备表三、实验原理(一)、单相桥式电路（H桥）拓扑及其工作原理电压型全桥逆变电路共有四个开关管：T1、T2、T3、T4和四个续流二极管二极管D1、D2、D3、D4，如图4.1所示。
当T1、T4导通时，V ab=V D；当T2、T3导通时，V ab=-V D；当T1、T3导通时V ab=0；当T2、T4导通时，V ab=0（其中T1、T2不能同时导通；T3、T4不能同时导通）。
因此控制四个开关管的通断可以控制输出电压在V D、-V D、0之间变化。
(二)、SPWM 的原理采样控制理论有一个重要的原理——冲量等效原理：大小、波形不相同的窄脉冲变量，例如电压V(t)，作用于惯性系统（例如RLC电路）时，只要它们的冲量，即变量对时间的积分相等，其作用效果相同。
V DV o 图3-1 单相桥式逆变电路的拓扑结构图3-2 用SPWM电压等效正弦电压如果将图3-2所示的标准正弦波等分成很多份，那么一个连续的正弦波也可以看作是一系列幅值为正弦波片段的窄脉冲组成。
如果每个片段的面积分别与①、②、③…所示一系列等宽不等高的矩形窄脉冲的面积相等，那么从冲量等效的观点看，由①、②、③…这些等宽不等高矩形脉冲波构成的阶梯波和标准正弦波是等效的。
进一步，如果让图3-1所示逆变器产生如图3-2所示一系列幅值为±U d 的等高不等宽矩形电压窄脉冲，每个电压脉冲的面积（冲量）分别与①、②、③…面积相等，于是图3-2中的登高不等宽的脉冲电压和正弦电压也是冲量等效的。
作用于R、L、C惯性系统后基本是正弦波。
※(三)、双极性正弦脉冲宽度调制（重点）图3-3 双极性正弦脉宽调制输出波形基于载波的SPWM如图3-3所示，图中的高频三角波v c成为载波，正弦波v r称为调制波或参考调制波。
单相正弦波PWM逆变电路仿真报告
单相正弦波PWM逆变电路仿真报告1. 仿真目的：通过对单相SPWM逆变电路不同控制方式的仿真研究，进一步理解SPWM控制信号的产生原理，单极性、双极性控制方式的原理及不同、载波比与调制深度不同对逆变电路输出波形的影响等。
2. 仿真原理：单相桥式逆变电路图 1 所示为单相桥式逆变电路的框图，设负载为阻感负载。
在桥式逆变电路中，桥臂的上下两个开关器件轮流导通，即工作时V1 和V2 通断状态互补，V3 和V4 的通断状态互补。
下面将就单极性及双极性两种不同的控制方法进行分析。
图1 单相桥式PWM逆变电路不同控制方式原理单极性控制方式调制信号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，在ur>uc时使V4导通，V3关断，u0=Ud; 在ur<uc时使V3导通，V4关断，u=0; 在ur的负半周，V1保持断态，V2保持通态，在ur <uc时使V3导通，V4关断，u=-Ud; 在u r >uc时使V4导通，V3关断，u=0。
这样就得到了SPWM波形u。
图2 单极性PWM控制波形双极性控制方式采用双极性方式时，在ur的半个周期内，三角波不再是单极性的，而是有正有负，所得的PWM波也是有正有负。
在ur的一个周期内，输出的PWM波只有两种电平，而不像单极性控制时还有零电平。
在ur的正负半周，对各开关器件的控制规律相同。
即ur >uc时，给V1和V4导通信号，给V2和V3以关断信号，如i0>0，则V1和V4通，如i<0，则VD1和VD4通，不管哪种情况都是输出电压u0=Ud。
ur<uc时，给V2和V3导通信号，给V1和V4以关断信号，这时如i<0，则V2和V3通，如i0>0，则VD2和VD3通,不管哪种情况都是输出电压u=-Ud。
图3 双极性PWM控制波形3. 仿真过程：仿真主电路模型：仿真模型如图4所示，其中的PWM模块为根据不同控制方式自定义的子系统封装模块，设置该模块的参数为m（调制深度）、f（调制波频率）、fc（载波频率），方便仿真时快捷调整调制深度及载波比，来观察不同参数对逆变电路输出的影响。
单相正弦波脉宽调制(SPWM)逆变
实验九 单相正弦波脉宽调制（SPWM ）逆变一．实验目的1．熟悉单相交直交变频电路原理及电路组成2．熟悉ICL8038的功能。
3．掌握SPWM 波产生的基理。
4．分析交直交变频电路在不同负载时的工作情况和波形，并研究工作频率对电路工作波形的影响。
二．实验所需挂件及附件 序号型号 备注 1DJK01电源控制屏 该控制屏包含“三相电源输出”等模块 2DJK09单相调压与可调负载 该挂件包含“单相自耦调压器”等模块 3DJK14 单相交直交变频原理 4双踪示波器 5 万用表三．实验线路及原理采用SPWM 正弦波脉宽调制，通过改变调制频率，实现交直交变频的目的。
实验电路由三部分组成：即主电路，驱动电路和控制电路。
1．主电路部分如图3-20所示，交直流变换部分(AC/DC)为不可控整流电路（由实验挂箱DJK09提供）； 逆变部分(DC/AC)由四只IGBT 管组成单相桥式逆变电路，采用双极性调制方式。
输出经LC 低通滤波器，滤除高次谐波，得到频率可调的正弦波（基波）交流输出。
本实验设计的负载为电阻性或电阻电感性负载，在满足一定条件下，可接电阻启动式单相鼠笼式异步电动机。
1．驱动电路如图3-21（以其中一路为例）所示，采用IGBT 管专用驱动芯片M57962L ，其输入端接控制电路产生的SPWM 信号，其输出可用以直接驱动IGBT 管。
其特点如下： ①采用快速型的光耦实现电气隔离。
②具有过流保护功能，通讨检测IGBT 管的饱和压降来判断IGBT 是否过流，过流时AC/DC （整流） DC/AC （逆变）图3-20 主电路结构原理图IGBT 管CE 结之间的饱和压降升到某一定值，使8脚输出低电平，在光耦TLP521的输出端OC1呈现高电平，经过流保护电路(见图3-22)，使4013的输出Q 端呈现低电平，送控制电路，起到了封锁保护作用。
3．控制电路控制电路如图3-23所示，它是由两片集成函数信号发生器ICL8038为核心组成，其中一片8038产生正弦调制波U r ，另一片用以产生三角载波U c ，将此两路信号经比较电路LM311异步调制后，产生一系列等幅，不等宽的矩形波U m ，即SPWM 波。
单相正弦波PWM逆变电路
单相正弦波PWM逆变电路1、单相逆变原理如图(1)所示为单相逆变电路的基本原理，当开关管VT1和VT4导通而VT2和VT3关断时，输出的电压为正的方波电压；当开关管VT2和VT3导通而VT1和VT4关断时，输出的电压为负的方波电压，从而实现了直流电压到交流电压的变换，这就是逆变器的基本思路。
图（1）单相逆变电路对于单相逆变电路，其调制的方法有很多，通常有方波调制方法、斩控调制方法、阶梯波调制方法。
方波调制方法的控制比较简单，但输出的交流谐波较大，因此很少使用；阶梯波调制方法的使用需要将多组的单相逆变器进行移相叠加组合，从而获得相应的交流阶梯波形，该方法只有在大功率场合使用；斩控调制方法是指在一定的开关调制频率条件下，调制脉冲的幅值恒定，而调制脉冲的宽度可变，一般调制波形的宽度按正弦分布，则称为正弦脉冲宽度调制（SPWM）。
2、仿真图(2) 单相逆变仿真图在本实验的仿真中采用SPWM进行调制，其有三种控制方案：单极性SPWM控制、双极性SPWM控制、倍频单极性SPWM控制，我们主要对单极性SPWM控制、双极性SPWM 控制进行仿真，并通过仿真波形进行比较分析。
仿真中单相逆变仿真图如图(2)所示，仿真参数V i =100V ，电感为2mH ，纯阻性时电阻为5Ω，阻感性时电阻设为1Ω，输出的电流为I o 。
2.1单极性调制2.1.1单极性控制原理所谓单极性SPWM 控制是指逆变器的输出脉冲具有单极性特征。
为实现单极性SPWM 控制，根据单相电压型正弦波逆变器的电路桥臂控制功能的不同，可将其分为周期控制桥臂和调制桥臂。
当负载为纯阻性，输出的电压和输出的电流波形相同，只是幅值不同。
当负载为阻感负载时，在输出电压的正半周期，让VT1保持通态，VT2保持断态，VT3和VT4交替通断。
由于负载电流比电压滞后，因此在电压正半周，电流有正有负。
在电流为正的的区间，VT1和VT4导通，负载电压等于输入电压U i ；VT4关断时，负载电流通过V1和VT3续流负载电压为0。
单相逆变器SPWM调制技术的仿真
丰求疚迪，、夕课程设计(论文)任务书电气学院 _____________ 学院08电力牵引专业二班一、课程设计(论文)题目单相逆变器SPWM调制技术的仿真二、课程设计(论文)工作自2011年6月_20_日起至2009年6月25 日止。
三、课程设计(论文)地点：____________________ 电气学院机房_____________________________________________四、课程设计(论文)内容要求：1本课程设计的目的(1)熟练掌握MATLAE语言的基本知识和技能；(2)熟悉matlab 下的simulink 禾口simpowersystems 工具箱；(3)熟悉构建单相桥式逆变器SPWM单极性和双极性调制的仿真模型;(4)培养分析、解决问题的能力；提高学生的科技论文写作能力。
2 •课程设计的任务及要求1)基本要求：(1)要求对主电路和脉冲电路进行封装，并对调制度和载波比参数进行封装；(2)仿真参数为：E=100-300V; Ma=0.8-0.95; N=9-21; h=0.0001s，其他参数自定；(3)给出调制波原理图、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，要求采用subplot作图；(4 )选取不同参数进行仿真，比较仿真结果有何变化，给出自己的结论。
(5)利用matlab下的simulink和simpowersystems工具箱构建单相桥式逆变器spwm 单极性和双极性调制的仿真模型。
2)创新要求：封装使仿真模型更加美观、合理3)课程设计论文编写要求(1)要按照课程设计模板的规格书写课程设计论文(2)论文包括目录、正文、心得体会、参考文献等(3)课程设计论文用B5纸统一打印，装订按学校的统一要求完成4)答辩与评分标准：(1 )完成原理分析：20分；(2 )完成设计过程：40分；(3)完成调试：20分；(4)回答问题：20分；5)参考文献：[1]刘凤君•现代逆变技术及应用[M]. 北京：科学出版社，2006.[2]伍家驹，王文婷，李学勇，等.单相SPWI逆变桥输出电压的谐波分析[J]. 电力自动化设备,2008, 28（4）: 45-49, 52.[3]王兆安，刘进军，电力电子技术，机械工业出版社，2009.5[4]汤才刚，朱红涛，李莉，陈国桥，基于PW的逆变电路分析，《现代电子技术》2011年6月25日课程设计（论文）评审意见年月日目录1........................................................... 引言. - 5 -2............................................................... 软件介绍. - 6 -3.电力电子电路的仿真实验系统设计........................... - 7 -3.1实验系统总体设计.......................................3.2电力电子电路S lMULINK仿真，具有以下特点•…4...................................................................................... 单相逆变器SPW碉制技术的仿真 ........................................................ -8 -4.1单相逆变器SPW调制电路的基本结构图.……4.2单相逆变器SPW调制电路的工作原理......................4.2.1逆变器SPW调制原理............................ -8 -4.2.2SPWM 控制方式................................. -10 -4.3单相逆变器SPWI调制电路的S lMULINK模型.……4.3.1单极性SPW仿真的模型图 ......................... -12 -4.3.1单极性SPW仿真的模型图 ......................... -13 -4.4 模型参数的设定模型仿真图及其分析 ..........................4.3.1单极性SPW仿真............................... -14 -- 7 - - 7 --8-8- 12 -4.3.2双极性SPW仿真............................... -19 -5.结束语................................................... -25 -6.参考文献 ................................................ - 26 -单相逆变器SPW调制技术仿真的课程设计[摘要] ：随着电力电子技术的不断发展，可控电路直流电动机控制，可变直流电源等方面得到了广泛的应用, 而这些都是以逆变电路为核心。
单相电压型PWM整流电路原理分析与仿真
0 引言众所周知，在传统的整流电路中，晶闸管可控整流装置的功率因数会随着其触发角的增加而变坏，这不但使得电力电子类装置成为电网中的主要谐波因素，也增加了电网中无功功率的消耗。
PWM整流电路是采用脉宽调制技术和全控型器件组成的整流电路，能有效地解决传统整流电路存在的问题。
通过对PWM整流电路进行有效的控制，选择合适的工作模式和工作时序，从而调节了交流侧电流的大小和相位，使之接近正弦波并与电网电压同相或反相，不但有效地控制了电力电子装置的谐波问题，同时也使得变流装置获得良好的功率因数。
1 单相电压型桥式PWM整流电路的结构单相电压型桥式PWM整流电路最初出现在交流机车传动系统中，为间接式变频电源提供直流中间环节，电路结构如图1所示。
每个桥臂由一个全控器件和反并联的整流二极管组成。
L为交流侧附加的电抗器，起平衡电压，支撑无功功率和储存能量的作用。
图1中uN(t)是正弦波电网电压；Ud是整流器的直流侧输出电压；us(t)是交流侧输入电压，为PWM控制方式下的脉冲波，其基波与电网电压同频率，幅值和相位可控；iN(t)是PWM整流器从电网吸收的电流。
由图1所示，能量可以通过构成桥式整流的整流二极管VD1～VD4完成从交流侧向直流侧的传递，也可以经全控器件VT1～VT4从直流侧逆变为交流，反馈给电网。
所以PWM整流器的能量变换是可逆的，而能量的传递趋势是整流还是逆变，主要视VT1～VT4的脉宽调制方式而定。
因为PWM整流器从交流电网吸取跟电网电压同相位的正弦电流，其输入端的功率是电网频率脉动的两倍。
由于理想状况下输出电压恒定，所以此时的输出电流id与输入功率一样也是网频脉动的两倍，于是设置串联型谐振滤波器L2C2，让其谐振输出电流基波频率的2倍，从而短路掉交流侧的2倍频谐波。
2 单相电压型桥式整流电路的工作原理图2是单相PWM电压型整流电路的运行方式相量图，us1(t)设为交流侧电压Us(t)的基波分量，iN1(t)为电流iN(t)的基波分量，忽略电网电阻的条件下，对于基波分量，有下面的相量方程成立，即：可以看出，如果采用合适的PWM方式，使产生的调制电压与网压同频率，并且调节调制电压，以使得流出电网电流的基波分量与网压相位一致或正好相反，从而使得PWM整流器工作在如图2所示的整流或逆变的不同工况，来完成能量的双向流动。
(完整)单相正弦波PWM逆变电路
一、实验目的1、用MATLAB对单相正弦波PWM逆变电路进行仿真，讨论载波信号、调制信号对输出电压、电流、谐波以及谐波畸变率的影响.2、主要讨论载波比、调制深度对输出电压、电流、谐波以及谐波畸变率的影响。
二、实验原理1、PWM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,将宽度变化的窄脉冲作为驱动信号，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。
如图1—1为PWM波等效为正弦波，2-1a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2—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2—1 SPWM波等效为正弦波2、电路结构及控制方法2.1单相SPWM逆变电路结构图2-2单相SPWM 逆变电路2.2 单相SPWM 逆变电路控制方式图2-3单极性SPWM 控制方式波形 图2—4双极性SPWM 控制方式波形对于单极性SPWM ，如图2-3所示，在Ur 和Uc 焦点的时刻控制IGBT 的通断.在Ur 的正半周,VT1保持通态，VT2保持断态,当Ur 〉Uc 时使VT4导通，VT3关断，Uo=Ud ；当Ur<Uc 时使VT4关断，VT3导通，Uo=0。
在Ur 的负半周，VT1保持断态，VT2保持通态，当Ur 〈Uc 时使VT3导通,VT4关断，Uo=—Ud;当Ur 〉Uc 时使VT3关断，VT4导通，Uo=0.对于双极性SPWM ，如图2-4所示，仍然在Ur 和Uc 焦点的时刻控制IGBT 的通断。
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图 12 m=1,fc=2000Hz 时单极性负载电流 FFT 分析结果
单极性控制仿真结果分析
对比仿真(1)、(2)、(3)的仿真波形及 FFT 分析结果可以看出，相对于(1) 的结果, (2)的结果波形中电压中心部分明显加宽，THD 明显减小，负载电流波 形更加光滑；而(3)的结果波形中输出电压中心加宽更明显，负载电流的正弦度 也更好了。由此可见调制深度 m 与载波比对波形的影响很大，参数值越大，逆变 输出效果越好。
图 3 双极性 PWM 控制波形
3. 仿真过程：
仿真主电路模型：
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仿真模型如图 4 所示，其中的 PWM 模块为根据不同控制方式自定义的子系统 封装模块，设置该模块的参数为 m（调制深度）、f（调制波频率）、fc（载波 频率），方便仿真时快捷调整调制深度及载波比，来观察不同参数对逆变电路输 出的影响。
加入滤波环节后的仿真主电路如图 17 所示：
图 17 加入 LC 滤波的仿真主电路 对单极性和双极性控制，分别在 m=,fc=1000Hz 参数条件下进行仿真并记录 波形如图 18、19 所示。
图 18 m=,fc=1000Hz 时，加入 LC 滤波后单极性 PWM 逆变电路输出波形
图 19 m=,fc=1000Hz 时，加入 LC 滤波后双极性 PWM 逆变电路输出波形 由仿真结果可以看出，加入 LC 滤波后，输出电压中的谐波分量被滤除了许 多，更加趋近于正弦波形，而负载电流的波形更加光滑，正弦度更好。说明加入 滤波环节对于逆变输出波形有明显改善。
图 16 m=1,fc=2000Hz 时双极性 PWM 逆变电路输出波形
仿真结果分析
同样对每次仿真结果进行 FFT 分析，输出电压 THD 由%降至% ；负载电流 THD 由%降至%，谐波含量及正弦度明显改善。
如同单极性 PWM 逆变仿真结果分析中所述，调制深度 m 和载波比的大小对双 极性 PWM 逆变输出波形的影响也很大，在 m 和 fc 值较大的情况下，负载电流的 正弦度明显较好。
双极性 PWM 逆变仿真 双极性 PWM 控制信号产生原理
相对于单极性控制，双极性 PWM 控制较为简单，将正弦调制信号与双极性三 角载波进行比较后经过简单处理，即可产生 PWM 控制信号。其原理如图 3 所示。
双极性 PWM 控制信号产生模型
图 13 双极性 PWM 控制信号产生模型 图 13 中，同样由时钟信号经过处理产生的正弦波与频率为 fc 的双极性等腰 三角波比较后，经过处理即可得到双极性 PWM 控制信号。
. 仿真目的：
通过对单相 SPWM 逆变电路不同控制方式的仿真研究，进一步理解 SPWM 控制 信号的产生原理，单极性、双极性控制方式的原理及不同、载波比与调制深度不 同对逆变电路输出波形的影响等。
2. 仿真原理：
单相桥式逆变电路
图 1 所示为单相桥式逆变电路的框图，设负载为阻感负载。在桥式逆变电 路中，桥臂的上下两个开关器件轮流导通，即工作时 V1 和 V2 通断状态互补， V3 和 V4 的通断状态互补。下面将就单极性及双极性两种不同的控制方法进行 分析。
不同控制方式原理
图 1 单相桥式 PWM 逆变电路
。
单极性控制方式
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，在 ur>uc 时使 V4 导通，V3 关断，u0=Ud; 在 ur<uc 时使 V3 导通，V4 关断，u0=0; 在 ur 的负 半周，V1 保持断态，V2 保持通态，在 ur<uc 时使 V3 导通，V4 关断，u0=-Ud; 在 ur>uc 时使 V4 导通，V3 关断，u0=0。这样就得到了 SPWM 波形 u0。
、
同时，对比仿真图可以看出，在同样的参数条件下，单极性控制下的逆变输 出波形要比双极性控制下的输出要好。
4 拓展思考
在仿真过程中可以看出，无论是单极性控制还是双极性控制，在不同的参数 条件下，由于输出电压含有谐波，负载电流的波形总是不够光滑。因此考虑在逆 变器输出部分加入 LC 滤波环节，看是否能够改善输出情况。经过仿真对比，设 置 L=，C=1e-4F.
@
图 9 m=1,fc=1000Hz 时单极性 PWM 逆变电路输出波形 对此时的输出电压及负载电流进行 FFT 分析，结果如图 10 所示。输出电压 基波幅值为，与理论值非常接近，其 THD 降为%。而同样由于感性负载的存在， 负载电流的 THD 为%，比(1)中降低很多。
图 10 m=1,fc=1000Hz 时单极性输出电压 FFT 分析结果 仿真(3) 在(2)的基础上将载波频率提高到 fc=2000Hz.仿真后，得到此时 的输出电压，负载电流及直流侧电流波形如图 11 所示.
图 2 单极性 PWM 控制波形
双极性控制方式
采用双极性方式时，在 ur 的半个周期内，三角波不再是单极性的，而是有 正有负，所得的 PWM 波也是有正有负。在 ur 的一个周期内，输出的 PWM 波只有
两种电平，而不像单极性控制时还有零电平。在 ur 的正负半周，对各开关
器件的控制规律相同。即 ur>uc 时，给 V1 和 V4 导通信号，给 V2 和 V3 以关断信 号，如 i0>0，则 V1 和 V4 通，如 i0<0，则 VD1 和 VD4 通，不管哪种情况都是输出 电压 u0=Ud。ur<uc 时，给 V2 和 V3 导通信号，给 V1 和 V4 以关断信号，这时如 i0<0， 则 V2 和 V3 通，如 i0>0，则 VD2 和 VD3 通,不管哪种情况都是输出电压 u0=-Ud。
—
进行仿真及波形记录
如单极性 PWM 逆变仿真中一样，分别对应于仿真(1)、(2)、(3)，设定调制 深度 m 与载波频率 fc 的值，得到仿真波形如图 14、15、16 所示。
图 14 m=,fc=1000Hz 时双极性 PWM 逆变电路输出波形
图 15 m=1,fc=1000Hz 时双极性 PWM 逆变电路输出波形
图 7 m=,fc=1000Hz 时单极性 PWM 逆变电路输出波形
对此时的输出电压及负载电流进行 FFT 分析，结果如图 8 所示。输出电压基 波幅值为，与理论值很接近，约为基波幅值的 50%。其 THD 为%。而由于感性负 载的存在，负载电流的 THD 为%。
图 8 m=,fc=1000Hz 时单极性输出电压 FFT 分析结果 仿真(2) 在(1)的基础上，将调制深度 m 改为 1，其它参数不变,仿真后可得 此时输出电压、负载电流及直流侧输电流波形如图 9 所示。
图 5 单极性 PWM 控制信号产生原理
单极性控制仿真模型
?
图 6 单极性 PWM 控制信号产生模型
在图 6 中，正弦波
以及
由模块组合
产生，与频率为 fc 的等腰三角波比较后，经过处理产生单极性 PWM 控制信号。
进行仿真及波形记录
(1) 调制深度 m 设为，基波频率 f 设为 50Hz，载波频率 fc 设为基频的 20 倍，即 1000Hz。运行仿真主电路，可得输出电压、负载电流、直流侧电流如图 7 所示。
图 4 仿真主电路 图中的“Universal Bridge”模块，在对话框中选择桥臂数为 2，即可组成 单相全桥电路，开关器件选带反并联二极管的 IGBT；直流电压源模块设置为 300V；“Series RLC Branch”模块去掉电容后将阻感负载分别设为 1Ω和 2 m H； 在串联 RLC 支路模块的对话框下方选中测量电压和电流， 再利用“Multimeter” 模块即可观察逆变器的输出电压、电流；“Powergui”模块设置为离散仿真模式， 采样时间为 1e-5s。仿真时间设为，选择 ode45 仿真算法。
单极性 PWM 逆变仿真 单极性 PWM 控制信号产生原理
在本仿真中，采用同幅值、同频率的两条等腰三角载波分别与同幅值、同频 率，但相位相差 180°的两条正弦调制波比较，经过处理后得到 PWM 控制信号， 原理如图 5 所示。由于两个桥臂是分开控制的同一桥臂上的两个开关在控制上仍 然互补。在输出电压的半个周期内，电压极性只在一个方向变化，故称为单极性 控制。