基于MATLAB下的SPWM三相桥式逆变电路

基于MATLAB 下的SPWM 三相桥式逆变电路

理论补充：

逆变器工作原理：整个实验在三相桥式逆变电路下进行，如下图1，电感电阻性负载，A 、B 、C 相的上下桥臂轮流导通。当1VT 导通，4VT 截止时，a 点电位

位Ud/2；当4VT 导通，1VT 截止时，a 点电位位-Ud/2。同理可得b 、c 点的电位。

通过控制六个管子的导通时间，达到逆变效果。

图1 实验主电路

PWM 是六个VT 管子的触发信号，此信号是通过调制信号（即正弦波）和载波（三角波）的比较得到的，分析1VT 管的通断情况：当正弦波r u 比三角载波c u 大的时候比较器输出1，1VT 导通，否则，比较器输出0，1VT 关断。同理4VT 导通情况只要与1VT 反相即可。

图2 PWM 波生成原理简图

仿真：

1.主电路模块搭建：

如图3，输入直流电压源大小V U d 250

=，输入部分为三相对称电感、电阻性负载，作星形连接，电阻取值大小为Ω=2R ，电感取值mH L 01.0=。

图3 SPWM 三相桥式逆变仿真电路

Universal Bridge 元器件说明

图4 Universal Bridge 模块和通用桥展开图

Universal Bridge 模块的中文名是通用桥模块，它有1个桥臂、2个桥臂和3个桥臂的选择。它的三个桥臂的展开图如下图4所示，当六列PWM 信号输入通用桥的g 端口时，通用桥会自动分配每一列的信号给每一个管子，控制该管子的开闭。其输入的顺序是，第一列信号输入到1VT ，第二列信号输入到4VT ，第三列信号输入到3VT ，第四列信号输入到6VT ，第五列信号输入到5VT ，第六列信号输

入到2VT 。

2.SPWM 生成模块

由图2可知，当调制信号的正弦波r u 大于三角载波c u 时，逆变器输出高电平，否则，输出低电平，可设计如图5触发电路，以A 相电路上下桥臂为例。

图5SPWM中A相的上下桥臂的输入信号

图5中用了两个逻辑比较器Relational Operator来比较两列输入波形的大小，Relational Operator的工作原理是，符合图中逻辑关系时，输出1；反之，输出0。

当调制比为0.8，载波比为12，仿真时间为s

.

0时，有以下输出波形，如

04

图6，第一栏为输入的调制波和载波信号，第二栏为A相电路上桥臂开关信号，第三栏为A相电路下桥臂开关信号，与上桥臂反相。同时可以看到，当调制波比三角载波大时上桥臂的开关信号为1，开关管导通，当调制波比三角载波小时上桥臂的开关信号为0，开关管关闭，上下桥臂交替导通，形成逆变。

图6 M=0.8，C=12时A相上下桥臂的开关信号整个仿真电路如图7，左边的三个模块是SPWM的生成模块，六列信号输入到通用桥中，控制通用桥内管子的导通顺序。主电路电感为0.02H，电阻为2 。

图7完整电路仿真图

参数的设置

A相正弦模块设置，幅值为0.8，频率为100*pi，初相位为0.

图8 A相正弦模块

同样B、C相只需要设置初相位时有个120°的差值就可以了，注意，在MATLAB中要把120°转换为弧度输入，即为pi/3。

载波设置，三角模块是一个时间值对应一个幅值的大小的，至于载波频率是多少，根据实验需要，读者可以自己改。

图9三角载波设置

万用表参数设置

三个万用表参数设置如下（可拉大看），第一个测的是负载相电压，第二个和第三个测的都是相电流，第二个是把电流分别用示波器展开看，第三个是把三个电流在同一示波器下显示。

图10 万用表的参数设置

仿真结果

仿真时调整算法为ode45，仿真步长为可变步长，最大步为1e-5，最小步为1e-6，仿真时间为0.08s 。如下图11所示。

图11 算法参数设置

为了便于分析，本论文的仿真结果均经过顺序调整，使得第一个图均为初相位为0的正弦波形。

图12 相电压an U 、bn U 、cn U 波形图

图13三相电流波形图

图14三相电流波形在同一坐标下显示图

分析所得到的相电压波形有正弦的趋势，但谐波含量还是比较高，这时因为没有滤波电路的缘故。仿真结果达到预期效果。