SPWM三相逆变器仿真设计

课程设计任务书

学生姓名：徐志平专业班级：电气0902 指导教师：胡红明工作单位：武汉理工大学

题目: SPWM三相逆变器仿真

初始条件：

根据三相SPWM逆变器系统原理图设计对应的simulink仿真模型。

要求完成的主要任务:

（1）用simulink设计系统仿真模型；能够正常运行得到仿真结果（2）比较理论分析结果与仿真结果异同，总结规律。

时间安排：

2012年6月18日至2012年6月27日，历时一周半，具体进度安排见下表

指导教师签名：年月日

系主任（或责任教师）签名：年月日

摘要

由于电力电子学和微电子技术的发展，使变频调速技术近年来获得了飞速的发展，各种变频调速控制方式、PWM脉宽调制技术以及MCU微处理器和以大规模集成电路为基础的全数字化控制技术等均在变频调速中获得了成功应用。在电力电子技术中，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波形（含形状和幅值）。

SPWM正弦脉宽调制法这项技术的特点是原理简单，通用性强，具有开关频率固定，控制和调节性能好，能消除谐波使输出电压只含有固定频率的高次谐波分量，设计简单等一系列优点，是一种比较好的波形改善法。它的出现为中小型逆变器的发展起了重要的推动作用。SPWM技术成为目前应用最为广泛的逆变用PWM 技术。

而这次课程设计的主要目的就是对SPWM三相逆变器的仿真，通过运用了Matlab/Simulink和Power System Block(PSB)电力系统模块集工具箱仿真环境，对电路进行建模、计算和仿真分析。

关键词：SPWM 三相逆变器仿真波形

目录

1．SPWM控制原理分析 (1)

1.1 SPWM的基本原理 (1)

1.2 SPWM逆变电路及其控制方法 (2)

2.门极驱动IGBT简介及分析 (3)

2.1 IGBT简介 (3)

2.2 IGBT的动态特性分析 (4)

2.3 IGBT的特性和参数特点 (5)

3. 三相PWM逆变器的工作原理和结构电路 (5)

3.1 三相桥式PWM逆变电路 (5)

3.2 逆变器的工作原理 (6)

3.3逆变电路的波形和电压分析 (6)

4. 三相SPWM逆变器的仿真 (8)

4.1 三相SPWM逆变电路主电路 (8)

4.2 主电路模块 (9)

5. 仿真图形及其分析 (10)

5.1 当频率f改变，负载有功功率不变的时候。 (10)

5.2 当频率f不变，负载有功功率改变的时候 (11)

总结 (14)

参考文献 (15)

本科生课程设计成绩评定表 (16)

SPWM三相逆变仿真

1．SPWM控制原理分析

1.1 SPWM的基本原理

PWM(Pulse Width Modulation)控就是对脉冲的宽度进行调制的技术，即通过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控制技术最重要的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，其效果基本相同如下所示

a)矩形脉冲b)三角脉冲c)正弦半波脉冲d)单位脉冲函

图1-1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲

所谓SPWM，就是在PWM的基础上改变了调制脉冲方式，脉冲宽度时间占空比按正弦规率排列，这样输出波形经过适当的滤波可以做到正弦波输出。它广泛地用于直流交流逆变器等，比如高级一些的UPS就是一个例子。三相SPWM是使用SPWM模拟市电的三相输出，在变频器领域被广泛的采用。

SPWM法就是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。

三角波变化一个周期，它与正弦波有两个交点，控制逆变器中开关元件导通和关断各一次。要准确的生成SPWM波形，就要精确的计算出这两个点的时间。开关元件导通时间是脉冲宽度，关断时间是脉冲间隙。正弦波的频率和幅值不同时，这些时间也不同，但对计算机来说，时间由软件实现，时间的控制由定时器完成，是很方便的，关键在于调制算法。调制算法主要有自然采样法、规则采样

法、等面积法等。

1.2 SPWM逆变电路及其控制方法

SPWM逆变电路属于电力电子器件的应用系统，因此，一个完整的SPWM逆变电路应该由控制电路、驱动电路和以电力电子器件为核心的主电路组成。由信息电子电路组成的控制电路按照系统的工作要求形成控制信号，通过驱动电路去控制主电路中电力电子器件的导通或者关断，来完成整个系统的功能。

目前应用最为广泛的是电压型PWM逆变电路,脉宽控制方法主要有计算机法和调制法两种，但因为计算机法过程繁琐，当需要输出的正弦波的频率、幅值或相位发生变化时，结果都要变化，而调制法在这些方面有着无可比拟的优势，因

此，调制法应用最为广泛。

u，把接收调制的信号作所为调制法，就是把希望输出的波形作为调制信号t

u，通过信号波的调制得到所期望的PWM波形。本次课程设计任务要求为载波c

设计SPWM三相逆变电路，输出PWM电压波形等效为正弦波，因而信号波采用正弦波，载波采用最常用的等腰三角形。

单相桥式电路既可以采取单极性调制，也可以采用双极性调制，而三相桥式PWM逆变电路，一般采用双极性控制方式。

（1）如果在正弦调制波的半个周期内，三角载波只在正或负的一种极性范围内变化，所得到的SPWM波也只处于一个极性的范围内，叫做单极性控制方式。（2）如果在正弦调制波半个周期内，三角载波在正负极性之间连续变化，则SPWM波也是在正负之间变化，叫做双极性控制方式。

图1-2双极性PWM控制方式