pwm逆变电路仿真

题目如下：

使用IGBT完成逆变电路仿真，直流电压300V。阻感负载，电阻值1Ω，电感值3mH。调制深度m=0.5。输出基波频率50Hz，载波频率为基频15倍，即750Hz。分别按下列要求仿真输入输出波形，进行谐波傅里叶分析。绘制主要器件的工作波形。

1，单极性SPWM方式下的单相全桥逆变电路仿真，及双极性SPWM方式下的单相全桥逆变电路仿真。对比两种调制方式的不同。

题目中需要做单极性与双极型SPWM的单相全桥逆变电路仿真，那么首先了解一下SPWM的原理。

SPWM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。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所示，三个窄脉冲形状不同，但是它们的面积都等于1，

图1.1

SPWM控制如下：

如图1-2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1-2

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

单极性与双极型的控制方法如下：

1单极性PWM控制方式：

如图1-3所示，在u r和u c的交点时刻控制IGBT的通断u r正半周，VT1保持通，VT2保持断.

当u r>u c时使VT4通，VT3断，u o=u d当u r

当u ru c时使VT3断，VT4通，u o =0虚线u of表示u o的基波分量

图1-3

2，双极性PWM控制方式：

如图1-4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。

当u r>u c时，给VT1和VT4导通信号，给VT2和VT3关断信号，如i o>0，VT1和VT4通，如i o<0，VD1和VD4通，u o =u d

当u r0，VD2和VD3通，u o =-u d

图1-4

仿真如下：

1，单极性

单相单极性全桥逆变主电路图形如下图1-5

图1-5

Matlab仿真主电路图如图1-6

图1-6

其中子系统subsystem为控制驱动电路，如下图1-7

图1-7

按照题目的要求设置各个元器件额参数后得：

单极性载波与调制波波形如图1-8：

图1-8

阻感负载中电流与电压的波形如下图1-9：

图1-9

波形参数之后进行傅里叶频谱分析如图1-10，图1-11

图形1-10

图形1-11

接下来进行双极型分析：

双极型单相单极性全桥逆变主电路图如下图跟单极性相同

Matlab仿真主电路图如图1-12

图1-12

其中子系统subsystem为控制驱动电路，如下图1-13

图1-13

按照题目的要求设置各个元器件额参数后得

双极性载波与调制波波形如图1-14：

图1-14

阻感负载中电流与电压的波形如下图1-15：

图1-15

波形参数之后进行傅里叶频谱分析如图1-16，图1-17

图1-16

图17

结论如下：

通过频谱图得

单极性SPWM总谐波系数THD=129.01%

双极性SPWM总谐波系数THD=270.18%

由图1-16，1-17知道双极性SPWM输出的15次谐波是基波的222.78%，相当于是基波的2.3倍为最大的。

由图1-10，1-11知道单极性SPWM输出的29与31次谐波的比例与基波相比占与

69.82%与77.64%。但是15次谐波所占比例相当小，可以忽略。

由此可以看出在不经过滤波且频率相同的情况下输出波质量单极性要好于双极性，因此在题目给定的条件下，单相全桥逆变器应用中，单极倍频SPWM比双极性SPWM 优越。