单极性与双极性pwm模式
双极性模式PWM逆变电路
电力电子系统计算机仿真题目：双极性模式PWM逆变电路班级：姓名：学号：指导老师：日期：摘要PWM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控制技术在逆变电路中的应用最为广泛，现在大量应用的逆变电路中绝大部分都是PWM型逆变电路。
本设计为双极性PWM方式下的单相全桥逆变电路，主要包括双极性SPWM控制信号的发生电路和带反并联二极管的IGBT作为开关器件的单相全桥电路。
设计的重点在于运用MATLAB中的SIMULINK建立电路模型，对电路进行仿真，并对仿真结果进行分析，得出系统参数对输出的影响规律。
关键字：双极性PWM控制逆变电路 SIMULINK仿真目录一、主电路工作原理 (3)1.1 PWM控制技术及SPWM波的生成 (3)1.1.1 PWM控制的基本原理 (3)1.1.2 SPWM法的基本原理 (4)1.1.3规则采样法 (4)1.2 单极性和双极性PWM控制逆变电路分析 (5)1.2.1 单极性PWM控制方式 (6)1.2.2 双极性PWM控制方式 (6)二、MATLAB仿真及结论分析 (7)2.1 建立仿真模型 (7)2.1.1 双极性SPWM控制信号的仿真模型 (7)2.1.2 双极性模式PWM逆变电路仿真模型 (10)2.2 双极性模式PWM逆变电路仿真结果及分析 (13)三、PSIM仿真及结论分析 (20)3.1 建立仿真模型 (20)3.2 仿真结果及分析 (21)四、总结与体会 (26)五、参考文献 (27)一、主电路工作原理1.1 PWM控制技术及SPWM波的生成1.1.1 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控制技术在逆变电路中的应用最为广泛，对逆变电路的影响也最为深刻，PWM控制技术在逆变电路中的应用也最具代表性。
pwm控制器,PWM功能原理
pwm控制器,PWM功能原理
pwm 控制器，PWM 功能原理
脉宽调制（PWM）是指用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制，是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。
以数字方式控制模拟电路，可以大幅度降低系统的成本和功耗。
许多微控制器内都包含PWM 控制器。
pwm 控制器基本原理
PWM 控制基本原理依据：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相同。
PWM 控制原理，将波形分为6 等份，可由6 个方波等效替代。
脉宽调制的分类方法有多种，如单极性和双极性，同步式和异步式，矩形波调制和正弦波调制等。
单极性PWM 控制法指在半个周期内载波只在一个方向变换，所得PWM 波形也只在一个方向变化，而双极性PWM 控制法在半个周期内载波在两个方向变化，所得PWM 波形也在两个方向变化。
根据载波信号同调制信号是否保持同步，PWM 控制又可分为同步调制和异步调制。
矩形波脉宽调制的特点是输出脉宽列是等宽的，只能控制一定次数。
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。
单极性和双极性PWM调制的区别在哪里 详解PWM中的单极性和双极性
单极性和双极性PWM调制的区别在哪里详解PWM中的单极性和双极性本文主要是关于单极性和双极性PWM调制的相关介绍，并着重对单极性和双极性PWM调制的区别进行了详尽描述。
PWM控制的基本原理PWM（PulseWidthModulaTIon）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控制技术在逆变电路中的应用最为广泛，对逆变电路的影响也最为深刻，PWM控制技术在逆变电路中的应用也最具代表性。
面积等效原理是PWM控制技术的重要理论基础，即在采样控制中，冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的同一环节上时，其效果基本相同。
其中，冲量指的是窄脉冲的面积；效果基本相同是指环节的输出响应波形基本相同。
如图1.1.1（1）所示，三个窄脉冲形状不同，但是它们的面积都等于1，当它们分别加在如图1.1.1（2）（a）所示的R-L电路上时，并设其电流i（t）为电路的输出，则其输出响应波形基本相同且如图 1.1.1（2）（b）所示。
一、什么是单极性PWM和双极性PWM通俗的说：单极性PWM就是PWM波形在半个周期中只在单极性范围内变化。
双极性PWM就是PWM波形在半个周期中有正、有负。
单、双极性是根据对低电平的不同定义而言的，然后所谓单极性，指的是以0V为低电平，双极性，指的是以“与高电平大小相等，极性方向相反（即在横轴下面）”的电位为低电平。
我们知道，PWM波形的产生是通过载波和信号波两个波形共同作用而成的，基本元素只有两个，高电平和低电平，信号波比载波高，则为高电平，比载波低，则为低电平。
二、单极性PWM原理产生单极性PWM模式的基本原理如下所示。
首先由同极性的三角波载波信号ut。
与调制信号ur，比较（图（a）），产生单极性的PWM脉冲（图（b））；然后将单极性的PWM脉。
pwm滤波单极性双极性,电感纹波
作业3：H 桥DC-DC 变换器主电路如图1所示，电源电压为s U ，控制电压设为r u ，三角波为t u ，三角波峰值为tm U ，三角波频率为s f ，输出电压为AB u ，其稳态开关周期平均值为AB U ，电源电流为s i ，其稳态开关周期平均值为s I ，电感电流为L i ，其稳态开关周期平均值为L I 。
设电路已达到稳态，求解下列问题（每题20分）：（1） 采用双极性PWM 控制方式，r u =0.5tm U 。
求取ABsU U 和sLI I 的表达式；画出AB u 和s i 的波形（忽略电感电流L i 中的纹波），通过傅里叶分析，求解AB u 和s i 的开关频率谐波幅值（请给出开关频率的1至6次谐波）。
解答：采用双极性的PWM 控制方式的时候，其波形如图所示：其中，r u =0.5tm U ，解得占空比75.0u 2u u t q tmrtm on =+==T . 其中，s 5.0)1-q 2()q 1(q s U U U U U S S AB ==--= 所以，ABsU U =0.5.在不考虑电感纹波的情况下，相当于电感电流为方波（无充放电的三角波过程），此时，Is 由于电感电流不能迅速充放电的原因而和Uab 电压波形保持一致，且由于输出输出侧功率守恒可知，L S S I U I U ab =,所以，.）（1-q 2sabs ==U U I I L =ur/utm=0.5 其中，Uab 的波形如下：（若下图在word 里面打不开，请参见visio 文件绘图1）其中Is的波形如下：（若下图在word里面打不开，请参见visio文件绘图2）仿真波形如下图：2）傅氏分解：t sinn b t cosn a 2a 1n 1n1n n 0ab ωω++=∑=U其中3n 2sin n s 4t td conn -1t td conn 1t td cosn u 2a 32s320s 20ab n ππωωπωωπωωπππππU U U =+==⎰⎰⎰）（32cosn -1n s 2t td sinn 1b 20ab n ππωωππU U ==⎰带入Uab 的表达式可以求得：）（6n t n sin 3n sinn 81n1n sab πωππ+=∑=U U ，其中，11f 2πω=一次谐波（基波）为：）（6tsin341sab1πωπ+=UU二次谐波：）（3t2sin321sab2πωπ+=UU三次谐波：）（t3sin38-1sab3ωπUU=四次谐波：）（32t4sin21sab4πωπ+=UU五次谐波：）（65t5sin581sab5πωπ+=UU六次谐波：）（t6sin34-1sab6ωπUU=Is的波形近似为Uab/R,其傅氏分解和Uab类似。
单极性与双极性pwm模式
单极性与双极性PWM模式
从调制脉冲的极性看，PWM又可分为单极性与双极性控制模式两种。
单极性PWM模式
产生单极性PWM模式的基本原理如图6.2所示。
首先由同极性的三角波载波信号ut。
与调制信号ur，比较(图6.2(a))，产生单极性的PWM脉冲 (图6.2(b))；然后将单极性的PWM脉冲信号与图6.2(c)所示的倒相信号UI相乘，从而得到正负半波对称的PWM脉冲信号Ud，如图 6.2(d)所示。
双极性PWM模式
双极性PWM控制模式采用的是正负交变的双极性三角载波ut与调制波ur，如图6.3所示，可通过ut与ur，的比较直接得到双极性的PWM脉冲，而不需要倒相电路。
与单极性模式相比，双极性PWM模式控制电路和主电路比较简单，然而对比图6.2(d)和图6.3(b)可看出，单极性PWM模式要比双极性PWM模式输出电压中、高次谐波分量小得多，这是单极性模式的一个优点。
单极性调制方式的特点是在一个开关周期内两只功率管以较高的开关频率互补开关，保证可以得到理想的正弦输出电压：另两只功率管以较低的输出电压基波频率工作，从而在很大程度上减小了开关损耗。
但又不是固定其中一个桥臂始终为低频(输出基频)，另一个桥臂始终为高频[载波频率)，而是每半个输出电压周期切换工作，即同一个桥臂在前半个周期工作在低频，而在后半
周则工作在高频，这样可以使两个桥臂的功率管工作状态均衡，对于选用同样的功率管时，使其使用寿命均衡，对增加可靠性有利。
双极性调制方式的特点是4个功率管都工作在较高频率(载波频率)，虽然能得到正弦输出电压波形，但其代价是产生了较大的开关损耗。
王兴贵电力电子逆变电路课后习题答案
王兴贵电力电子逆变电路课后习题答案1.无源逆变电路和有源逆变电路的区别是什么?区别主要在于输出端接的负载不同，如交流输出端接的是交流电源（如电网），则为有源逆变电路，如果输出端直接接负载，则为无源逆变。
2.换流方式有哪几种，各有什么特点?通常所说的换流方式指的是如何器件关断的方式。
常可分为以下几种：器件换流：利用全控型器件的自关断能力进行换流的方式。
电网换流：由电网提供换流电压。
即当电网电压为负时，该电压施加在欲关断的器件上时，器件自动关断。
该方式对没有交流电网的无源逆变电路不适用。
负载换流：由负载提供换流电压，只要负载电流的相位超前于负载电压的场合，都能实现。
强迫换流：设置附加的换流电路。
给欲关断的器件强迫施加负电压或负电流。
3电压型逆变电路和电流型逆变电路有何不同，电压型逆变：1）直流侧为电压源2）逆变输出电压波形为矩形波3）逆变桥都并联了反馈二极管。
电流型逆变：1)直流侧为电流源2）逆变输出的电流波形为矩形波3）逆变桥不用反馈二极管。
4．电压型逆变电路中反馈二极管有什么作用?在电压型逆变电路中,当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率,直流侧电容起缓冲无功能量的作用。
为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道,逆变桥各臂都并联了反馈二极管。
当输出交流电压和电流的极性相同时,电流经电路中的可控开关器件流通，而当输出电压电流极性相反时,由反馈二极管提供电流通道。
5三相桥式电压型逆变电路，180o导电方式，UD=100V.试求相电压的基波幅值和有效值，输出线电压的基波幅值和有效值。
（书上第102页）6.试说明PWM控制的基本原理。
PWM控制就是通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）的技术。
在采样控制理论中有一条重要的结论：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，冲量即窄脉冲的面积。
效果基本相同是指环节的输出响应波形基本相同。
上述原理称为面积等效原理。
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。
pwm电路原理
pwm电路原理
PWM电路的原理是基于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相同的原理。
PWM控制原理将波形分为若干等份，可以用等效的窄脉冲来代替。
具体来说，PWM控制通过控制开关器件的通断，使得输出端得到一系列幅值相等的脉冲，这些脉冲可以用来代替正弦波或所需要的波形。
PWM控制方法有多种分类，如单极性与双极性、同步式与异步式、矩形波调制与正弦波调制等。
单极性PWM控制法在半个周期内载波只在一个方向变换，所得PWM波形也只在一个方向变化；而双极性PWM控制法在半个周期内载波在两个方向变化，所得PWM波形也在两个方向变化。
根据载波信号同调制信号是否保持同步，PWM控制又可分为同步调制和异步调制。
此外，根据控制信号产生脉宽是该技术的关键，常用三角波比较法、滞环比较法和空间电压矢量法等方法。
以上信息仅供参考，如有需要，建议咨询专业技术人员。
pwm原理
PWM（PWM:Pulse Width）不仅监控电源电路的输出状态，而且为功率元件提供控制信号。
因此，它被广泛应用于高功率转换效率的开关电源、电机逆变器、D极放大器等。
音频、DC-DC转换器、UPS等大功率电路。
PWM电路的基本原理是：相同的脉冲，但惯性环节增加了不同形状的窄脉冲，效果相同。
PWM控制原理将波形分成六个相等的部分，可以用六个方波代替。
脉冲宽度调制的分类方法有单极性和双极性、同步和异步、矩形波调制和正弦波调制。
单极性PWM控制方法是指载波在一个方向上只改变半个周期，而产生的PWM波形只在一个方向上变化。
在双极性PWM控制方法中，载波在半个周期内双向变化，PWM波形在两个方向上变化。
根据载波信号与调制信号是否同步，PWM控制可分为同步调制和异步调制。
只有具有一定脉宽的矩形脉冲宽度才可以控制。
正弦波脉宽调制的特点是输出脉冲宽度不等于宽度，宽度按正弦规律变化，输出波形接近正弦波。
正弦波脉宽调制也称为SPWM。
该技术的关键是根据控制信号产生脉冲宽度。
通常采用三角波比较法、磁滞比较法和空间电压矢量法。
电路功能
PWM电路的主要功能是将输入电压的幅值转换成一定宽度的脉冲，即将幅值数据转换成脉冲宽度。
一般来说，开关输出电路只能输出具有一定电压幅值的信号。
为了输出电压幅度变化的信号，如正弦波，电压幅度必须转换成脉冲信号。
大功率电路由PWM电路、栅极驱动电路和开关输出电路组成。
PWM电路的主要功能是将三角波的幅值与指令信号进行比较，输出驱动功率MOSFET的控制信号，并通过控制信号控制功率电路的输出电压。
(完整版)PWM控制技术(深度剖析)
第6章PWM控制技术主要内容：PWM控制的基本原理、控制方式与PWM波形的生成方法，PWM逆变电路的谐波分析，PWM整流电路。
重点：PWM控制的基本原理、控制方式与PWM波形的生成方法。
难点：PWM波形的生成方法，PWM逆变电路的谐波分析。
基本要求：掌握PWM控制的基本原理、控制方式与PWM波形的生成方法，了解PWM 逆变电路的谐波分析，了解跟踪型PWM逆变电路，了解PWM整流电路。
PWM（Pulse Width Modulation）控制——脉冲宽度调制技术，通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。
第3、4章已涉及这方面内容: 第3章：直流斩波电路采用，第4章有两处：4.1节斩控式交流调压电路，4.4节矩阵式变频电路。
本章内容PWM控制技术在逆变电路中应用最广，应用的逆变电路绝大部分是PWM型，PWM 控制技术正是有赖于在逆变电路中的应用，才确定了它在电力电子技术中的重要地位。
本章主要以逆变电路为控制对象来介绍PWM控制技术，也介绍PWM整流电路1 PWM控制的基本原理理论基础：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。
低频段非常接近，仅在高频段略有差异。
图6-1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲面积等效原理：分别将如图6-1所示的电压窄脉冲加在一阶惯性环节（R-L电路）上，如图6-2a所示。
其输出电流i(t)对不同窄脉冲时的响应波形如图6-2b所示。
从波形可以看出，在i(t)的上升段，i(t)的形状也略有不同，但其下降段则几乎完全相同。
脉冲越窄，各i(t)响应波形的差异也越小。
如果周期性地施加上述脉冲，则响应i(t)也是周期性的。
用傅里叶级数分解后将可看出，各i(t)在低频段的特性将非常接近，仅在高频段有所不同。
图6-2 冲量相同的各种窄脉冲的响应波形用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波，正弦半波N等分，看成N个相连的脉冲序列，宽度相等，但幅值不等；用矩形脉冲代替，等幅，不等宽，中点重合，面积（冲量）相等，宽度按正弦规律变化。
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 )
t O
b )
t O 图 6 1
c )
t O
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。
双极性模式PWM逆变电路
双极性模式PWM逆变电路————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：电力电子系统计算机仿真题目：双极性模式PWM逆变电路班级：姓名：学号：指导老师：日期：摘要PWM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控制技术在逆变电路中的应用最为广泛，现在大量应用的逆变电路中绝大部分都是PWM型逆变电路。
本设计为双极性PWM方式下的单相全桥逆变电路，主要包括双极性SPWM控制信号的发生电路和带反并联二极管的IGBT作为开关器件的单相全桥电路。
设计的重点在于运用MATLAB中的SIMULINK建立电路模型，对电路进行仿真，并对仿真结果进行分析，得出系统参数对输出的影响规律。
关键字：双极性PWM控制逆变电路 SIMULINK仿真目录一、主电路工作原理 (3)1.1 PWM控制技术及SPWM波的生成 (3)1.1.1 PWM控制的基本原理 (3)1.1.2 SPWM法的基本原理 (4)1.1.3规则采样法 (4)1.2 单极性和双极性PWM控制逆变电路分析 (5)1.2.1 单极性PWM控制方式 (6)1.2.2 双极性PWM控制方式 (6)二、MATLAB仿真及结论分析 (7)2.1 建立仿真模型 (7)2.1.1 双极性SPWM控制信号的仿真模型 (7)2.1.2 双极性模式PWM逆变电路仿真模型 (10)2.2 双极性模式PWM逆变电路仿真结果及分析 (13)三、PSIM仿真及结论分析 (20)3.1 建立仿真模型 (20)3.2 仿真结果及分析 (21)四、总结与体会 (26)五、参考文献 (27)一、主电路工作原理1.1 PWM控制技术及SPWM波的生成1.1.1 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。
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）
pwm是什么,pwm调速原理
pwm 是什么，pwm 调速原理
脉冲宽度调制是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。
脉冲宽度调制是一种模拟控制方式，其根据相应载荷的变化来调制晶体管基极或MOS 管栅极的偏置，来实现晶体管或MOS 管导通时间的改变，从而实现开关稳压电源输出的改变。
这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定，是利用微处理器的数字信号对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。
PWM 控制技术以其控制简单，灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术最广泛应用的控制方式，也是人们研究的热点。
由于当今科学技术的发展已经没有了学科之间的界限，结合现代控制理论思想或实现无谐振波开关技术将会成为PWM 控制技术发展的主要方向之一。
其根据相应载荷的变化来调制晶体管基极或MOS 管栅极的偏置，来实现晶体管或MOS 管导通时间的改变，从而实现开关稳压电源输出的改变。
这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定，是利用微处。
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。
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单极性与双极性PWM模式
从调制脉冲的极性看，PWM又可分为单极性与双极性控制模式两种。
单极性PWM模式
产生单极性PWM模式的基本原理如图6.2所示。
首先由同极性的三角波载波信号ut。
与调制信号ur，比较(图6.2(a))，产生单极性的PWM脉冲 (图6.2(b))；然后将单极性的PWM脉冲信号与图6.2(c)所示的倒相信号UI相乘，从而得到正负半波对称的PWM脉冲信号Ud，如图 6.2(d)所示。
双极性PWM模式
双极性PWM控制模式采用的是正负交变的双极性三角载波ut与调制波ur，如图6.3所示，可通过ut与ur，的比较直接得到双极性的PWM脉冲，而不需要倒相电路。
与单极性模式相比，双极性PWM模式控制电路和主电路比较简单，然而对比图6.2(d)和图6.3(b)可看出，单极性PWM模式要比双极性PWM模式输出电压中、高次谐波分量小得多，这是单极性模式的一个优点。
单极性调制方式的特点是在一个开关周期内两只功率管以较高的开关频率互补开关，保证可以得到理想的正弦输出电压：另两只功率管以较低的输出电压基波频率工作，从而在很大程度上减小了开关损耗。
但又不是固定其中一个桥臂始终为低频(输出基频)，另一个桥臂始终为高频[载波频率)，而是每半个输出电压周期切换工作，即同一个桥臂在前半个周期工作在低频，而在后半
周则工作在高频，这样可以使两个桥臂的功率管工作状态均衡，对于选用同样的功率管时，使其使用寿命均衡，对增加可靠性有利。
双极性调制方式的特点是4个功率管都工作在较高频率(载波频率)，虽然能得到正弦输出电压波形，但其代价是产生了较大的开关损耗。