基于simulink的三相spwm逆变器的建模与仿真

基于Matlab/Simulink 的三相SPWM 逆变器的建模与仿真

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【摘要】随着电力电子技术，计算机技术，自动控制技术的迅速发展，PWM 技术得到了迅速发展，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，设计简单等一系列有点，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。因此，研究SPWM 逆变器的基本工作原理和作用特性意义十分重大。

本文主要通过对三相SPWM 逆变器的Matlab/Simulink 建模与仿真，研究逆变电路的输入输出及其特性，以及一些参数的选择设置方法。Simulink 是MATLAB 中的一种可视化仿真工具，是一种基于MATLAB 的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。

关键词：SPWM 三相逆变器 Mmatlab/Simulink 建模与仿真 1．三相电压型桥式逆变电路

该电路采用双极性控制方式，U 、V 和W 三相的PWM 控制通常公用一个三角载波c u ，三相的调制信号rU u 、rV u 和rW u 一次相差120°。U 、V 和W 各相功率开关器件的控制规律相同，现以U 相为例来说明。当rU u >c u 时，给上桥臂1V 以导通信号，给下桥臂4V 以关断信号，则U 相相对于直流电源假想中点'N 的输出电压2/'d UN U u =。当rU u

2/-'d UN U u =。1V 和4V 的驱动信号始终是互补的。当给1V （4V ）加导通信号时，

可能是1V （4V ）导通，也可能是二极管1D V （4D V ）续流导通，这要由阻感负载中电流的方向来决定。V 相和W 相的控制方式都和U 相相同。

图1 三相桥式逆变电路原理图

2.SPWM逆变器的工作原理

PWM的全称是Pulse Width Modulation（脉冲宽度调制），它是通过改变方波的占空比来改变等效的输出电压。广泛的应用于电动机调速和阀门控制，比如我们现在的电动车电机调速就是使用这种方式。

所谓的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律排列，这样的输出波形经过适当的滤波就可以得到正弦波输出。它广泛的应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。

由于期望的逆变器输出是一个正弦电压波形，可以把一个正弦半波分作N 等分。然后把每一等分的正弦曲线与横轴所包围的面积都用个与此面积相等的等高矩形脉冲来代替，矩形脉冲的中点与正弦波每一等分的中点重合。这样，由N 个等幅不等宽的矩形脉冲所组成的波形为正弦的半周等效。同样，正弦波的负半周也可用相同的方法来等效。

这一系列脉冲波形就是所期望的逆变器输出SPWM波形。由于各脉冲的幅值相等，所以逆变器可由恒定的直流电源供电，也就是说，这种交一直一交变频器中的整流器采用不可控的二极管整流器就可以了。逆变器输出脉冲的幅值就是整流器的输出电压。当逆变器各开关器件都是在理想状态下工作时，驱动相应开关器件的信号也应为与形状相似的一系列脉冲波形，这是很容易推断出来的。

3.三相电压源SPWM 逆变器的建模与仿真

3.1三相电压源SPWM 逆变器的建模

Continuous

pow ergui

v +-

Voltage Measurement2

v +-

Voltage Measurement1

v +-

Voltage Measurement

g

A

B

C

+

-Universal Bridge

Scope5

Scope4

Scope3

Scope2

Scope1

Scope

signal

rm s

RMS

Pulses

PWM Generator

3

Multimeter2

3

Multimeter1

3Multimeter

DC Voltage Source

2

1

图2 SPWM 逆变器的仿真模型

3.2仿真模型中主要模块的提取路径 多功能桥式整流电路Universal Bridge

Simulink/SimPoweSystem/Power Electronics/Universal Bridge 脉宽调制PWM 脉冲发生器

Simulink/SimPoweSystem/Extra Library/Control Blocks/PWM Generator 有效测量模块RMS

Simulink/SimPoweSystem/Measurements/Continuous Measuremants/RMS 3.3主要参数设置

3.3.1 PWM Generator 的参数设置

图3 3.3.2 Universal Bridge的参数设置

图4 3.3.3万用表Multimeter

Multimeter其参数设置如图5所示：

图5 Multimeter1其参数设置如下：

图6

Multimeter2的参数设置同Multimeter1设置。

3.3.4其它参数设置

有效值测量模块RMS设置其参数Fundamental frequency（Hz）为50 电压设置为220

阻感性负载R=2，L=0.01.三负载设置相同。

3.4仿真结果

下面是输出交流f=50Hz调制度m=0.8时的仿真曲线

Ub:

Ub: 1

图7逆变器的输出电压波形

图8逆变器输出电流波形