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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 VT

关断信号，则A相与电源中点 O’间的电压’。当 u RA

4u AO =E/2

在两电压的交点处给VT41AO’1

导通信号、 VT 关断信号，则 u=-E/2 。实际上当给 VT

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。