三相SPWM逆变器的仿真与研究
三相SPWM逆变器的调制建模和仿真
ｔｅｉｖ ｒ ｒＴ ｒｕ ｈｔｅｕ ｅｏ ｔ ｂ／ ｉ ｌ ｋａ ｄＰ ｗ ｒＳ ｓｅ Ｂ ｏ ｋ （ Ｓ ）ｐ ｗｅ ｓ ｍ ｌｃ ｓ ｔ ｏ ｌｏ ｉ ｌｔ ｎ ｈ ｅ ｅ． ｈ ｏ ｇ ｓ ｆＭａｌ ｎ ｔ ｈ ａ Ｓｍｕｉ ｎ ｏ ｅ ｙｔｍ ｌｃ ｎ ＰＢ ｏ ｒ ｙ ｔ ｂｏ ｋ ｅ ｏｂ ｘｓ ｓ ｅ Ｔ ｍｕａｉ ｏ
到 最 终 实现设 计要 求 的 可 视 化 桥 梁 。 被 广 泛 应 用 于 线 性 系统 、 线 性 系统 及 数 字 信 号 处 理 的 建 模 和 仿 真 中。 非 关键 词 ： Ｐ Ｓ ＷＭ； 三相 逆 变 器 ； ｔ ｂＳｍ ｌ ｋ 仿 真 Ｍａ ａ ／ｉ ｕｉ ； ｌ ｎ 中 图分 类 号 ： Ｍ４ ４ Ｔ ６ 文 献 标识 码 ： Ａ 文 章编 号 ：１ ７ — ２ ６ ２ １ ） ｌ ０ ３ — ３ ６ ４ ６ ３ （０ ３ ０ 一 １２ ０
（ ｌｃ ｏ ｉＩ ｏｍ ｔ ｎＳｈ ｏ， ａｇｕＵ ｉｅ ｏ ｃｅｃ ｎ ｅｈｏｏｙ Ｚ ｅｊａｇ２ ２ ０ ，Ｃ ｉａ Ｅｅｔ ｎｃ ｎ ｒ ａｉ ｃ ｏｌＪ ｎｓ ｎｖｒ ｆＳｉｎｅａｄ Ｔｃ ｎｌ ， ｈ ｎ ｎ １ ０ ３ ｈｎ ） ｒ ｆ ｏ ｉ ｓ ｇ ｉ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｈ ｓ ｐ ｐ ｒｂ ｅ ｙ ｄ ｓ ｒ ｅ ｈ ｏ ｋ ｎ ｒｎ ｉ ｌ ｆｔｅ ｔ ｒ ｅｐ ａ ｅ Ｓ Ｗ Ｍ ｎ ｅｔ ｒｂ ｈ ｉ ｌｔ ｎ ｏ ｒ ｅ ｓｒ ｃ ：Ｔ ｉ ａ ｅ ｒ ｆ ｅ ｃ ｂ ｄ ｔｅ ｗ ｒ ｉ ｇ ｐ ｉ ｃ ｐｅ ｏ ｈ ｅ － ｈ ｓ Ｐ ｉ ｌ ｉ ｈ － ｉ ｖ ｒ ｙ ｔ ｅ ｓｍｕ ａｉ ｆｔ ｅ 。 ｅ ｏ ｈ ＿ ｐ ａ ｅＳ Ｗ Ｍ ｖ ｒ ｒ Ｄ ｓ ｒ ｅ ｅｉ ｐ ｔ ｎ ｕ ｐ ｔ ｈ ｒ ｃ ｅ ｓ Ａ ａｙ ｉ ｄ ｔ ｅ ｃ ａ ａ ｔｒ ｆ ｈ ｏｔ ｇ ｎ ｕ ｒ ｎ ｈ ｏ ｇ ｈ ｓ Ｐ ｉ ｅｔ ． ｅ ｃ ｉ ｄ ｔ ｕ ｄ ｏ ｔ ｕ ａ ａ ｔ ｒ． ｎ ｌｓｓ ｈ ｈ ｒ ｃｅ ｓｏ ｅ ｖ ｌ ｅ ａ ｄ ｃ ｒｅ ｔ ｒ ｕ ｈ ｎ ｅ ｂ ｈ ｎ ａ ｃ ｅ ｔ ａ ｔ
三相逆变器双极性SPWM调制技术的仿真
三相逆变器双极性SPWM调制技术的仿真一、三项逆变器SPWM调制原理PWM控制技术在逆变电路中的应用十分广泛，目前中小功率的逆变电路几乎都采用了PWM技术。
常用的PWM技术主要包括：正弦脉宽调制(SPWM)、选择谐波调制（SHEPWM）、电流滞环调制（CHPWM）和电压空间矢量调制（SVPWM）。
在采样控制理论中有一个重要的结论：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。
图1中各个形状的窄脉冲在作用到逆变器中电力电子器件时，其效果是相同的，正是基于这个理论，SPWM调制技术才孕育而生。
a)矩形脉冲b)三角脉冲c)正弦半波脉冲d)单位脉冲函数图1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲二、SPWM控制方式SPWM包括单极性和双极性两种调制方法，（1）如果在正弦调制波的半个周期，三角载波只在正或负的一种极性围变化，所得到的SPWM波也只处于一个极性的围，叫做单极性控制方式。
（2）如果在正弦调制波半个周期，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2双极性PWM控制方式其中：载波比——载波频率f c与调制信号频率f r 之比N，既N = f c / f r调制度――调制波幅值Ar与载波幅值Ac之比，即Ma＝Ar/Ac同步调制——N 等于常数，并在变频时使载波和信号波保持同步。
➢基本同步调制方式，f r 变化时N不变，信号波一周期输出脉冲数固定；➢三相电路中公用一个三角波载波，且取N 为3的整数倍，使三相输出对称；➢为使一相的PWM波正负半周镜对称，N应取奇数；➢f r 很低时，f c 也很低，由调制带来的谐波不易滤除；➢f r 很高时，f c 会过高，使开关器件难以承受。
异步调制***——载波信号和调制信号不同步的调制方式。
➢通常保持f c 固定不变，当f r 变化时，载波比N 是变化的；➢在信号波的半周期，PWM波的脉冲个数不固定，相位也不固定，正负半周期的脉冲不对称，半周期前后1/4周期的脉冲也不对称；➢当f r 较低时，N 较大，一周期脉冲数较多，脉冲不对称产生的不利影响都较小；➢当f r 增高时，N 减小，一周期的脉冲数减少，PWM 脉冲不对称的影响就变大。
三相SPWM逆变电路仿真
三相SPWM逆变电路仿真摘要:利用MATLAB软件中的电力系统模块库,为三相电压型逆变器建立了仿真模型,对其输出特性进行了仿真分析,并利用快速傅里叶变换(FFT)分析工具对逆变器的输出电压进行了谐波分析。
仿真实例表明了此模型和仿真方法的正确性。
关键词:逆变电路；脉宽调制(PWM)；快速傅里叶变换(FFT) ；谐波；MATLAB0 引言随着大功率全控型电力电子器件(如GTO、IG2BT、MOSFET、IGCT 等)的开发成功和应用技术的不断成熟,近年来电能变换技术出现了突破性进展,各种新型逆变器已开始在各类直流电源、UPS、交流电机变频调速、高压直流输电系统等领域中得到应用,由于大功率电力电子装置的结构非常复杂,若直接对装置进行试验,代价高且费时费力,故在研制过程中需要借助计算机仿真技术,对装置的运行机理与特性、控制方法的有效性进行验证,以预测并解决问题,缩短研制时间。
MATLAB软件具有强大的数值计算功能,方便直观的Simulink建模环境,使复杂电力电子装置的建模与仿真成为可能。
本文利用MATLAB/Simulink为SPWM(脉宽调制)逆变电路建立系统仿真模型,并对其输出特性进行仿真分析。
1 SPWM电压型逆变电路的基本原理SPWM控制是通过对每周期内输出脉冲个数和每个脉冲宽度的控制来改善逆变器的输出电压、电流波形。
它是现代交流变频调速的一种重要的控制方式。
三相逆变器主回路原理图如下所示,图中V1-V6为6个开关元件,由SPWM调制器控制其开通与关断。
逆变器产生的SPWM 波形,施加给三相负载。
图1 三相逆变器主电路2 通过matlab/simulink建立仿真电路如下图所示：通过matlab/simulink建立仿真图形，主要参数为：直流电压为530V。
脉冲频率为1650Hz，调制比为1，电压频率为50Hz。
Discre te ,Ts = 5e -007 s.pow e rguig A B C+-Universal BridgeA B CThree-PhaseSeries RLC Load Scope3MultimeterPulse sDiscretePWM Generatort2e-005 sDiscrete On/Off Delayi +-C urrent Measurement530Viduania uab图2 用simulink 实现的仿真模型3 死区时间对三相输出电压和电流的影响为防止在垂直换流中桥上下壁器件产生共态导通，在互补式控制极脉冲下，必须插入死区。
三相z源逆变器的简单升压spwm仿真研究
■技术探讨与研究TECHNIQUE RESEARCH三相Z源逆变器的简单升压SPWM仿真研究Simulation Research on Simple Boost SPWM of Three Phase Z Source Inverter齐鲁工业大学(山东省科学院)鞠宏宝(Ju Hongbao)摘要：文章首先分析了Z源逆变器和简单升压SPWM技术的研究背景，简述了Z源逆变器的拓扑结构、工作原理和简单升压SPWM的技术原理，并用Matlab仿真软件搭建了该技术的仿真模型。
最后通过实例进行仿真验证，结果表明了所搭建仿真模型及算法的正确性，可以为同行人员提供可靠方便的参考依据。
关键词：Z源逆变器；简单升压SPWM;仿真Abstract:This paper firstly analyzes the research background of the Z source inverter and the Simple boost SPWM tech no l ogy,and briefly in t roduces the topology mnd working principle of the Z source inv e rter and the technical prin c iple of the Simple boost SPWM,and the simulati o n model of this tech no l ogy is built based on Matlab simulati o n software.Finally,an example is given to demonstrate the correctness of the simulation model and algorithm,which can provide reliable and convenient reference for peer workers.Key words:Z source in v erier;Simple boost SPWM;Simulatio n【中图分类号］TM464+.32［文献标识码】B【文章编号】1561-0330(2020)02-0064-041引言为有效克服传统电压源逆变器和传统电流源逆变器所具有输出电压范围有限和抗电磁干扰噪声能力脆弱等理论及实际局限性，美国密西根州立大学彭方正教授首次提出了Z源逆变器E,为功率变换提供了一种全新的逆变器拓扑结构。
三相电压型SPWM逆变器的仿真
(2)逆变电源输出的线电压Vab-inv;
(3)加在负载上的线电压Vab-bad
从波形图上可以看出，负载电压非常接近正弦波，这是由于LC滤波器大大减少了逆变电源输出电压的谐波。
为了对输出特性进行分析，在仿真结束后，利用快速傅里叶变换（FFT）对上述3个电压波形的谐波成分进行分析，它们各次谐波含量如图（6）所示。
Matlab软件具有强大的数值计算功能，本文利用Matlab软件中的Simulink和Power System Blochset建立位一个三相电压型SPWM逆变电源建立系统仿真模型，并对其输出特性进行仿真分析。
二、工作原理
三相电压型SPWM逆变电源系统的原理，如图（1）所示。
它的主要功能是将直流电压变换成交流电压，采用SPWM控制策略，调压控制器采用数字式PI控制，实时地调节逆变输出电压的幅值，以满足实际的要求。系统的主回路选择IGBT作为开关器件，为了减少输出电压的谐波，逆变电源输出接有串联谐振滤波电路。
参考文献：
（1）洪乃刚.电力电子、电机控制系统的建模和仿真【M】.北京：机械工业出版社
（2）王云亮，周渊深，舒志兵.电子技术【M】.北京：电子工业出版社
（3）钱平，孙国琴，胡春慧.交直流传动控制系统【M】.北京：高等教育出版社
（4）王兆安，黄俊.电力电子技术【M】.4版.北京：机械工业出版社
（5）李华德.交流调速控制系统【M】.北京：电子工业出版社
三、系统仿真模型的建立
利用Matlab软件中的Simulink和Power System Blochset构建三相SPWM逆变电源的电路模型，如图（2）所示。
这一系统是由AC-DC和DC-AC两部分组成，60HZ的交流电通过整流器送到逆变器，再由逆变器的输出经过LC滤波器供电给一个交流负载6路IGBT模块选用PSB库的子库Power Electronics中的UniversalB属性Power Electronics Device改为IGBT/D DDE即可。其他的参数可以根据自己的实际需要来设置。模型中关键点的部分就是电压调节系统，模型如图（3）所示。
SPWM波控制逆变器双闭环PID调节器的建模与仿真
SPWM波控制逆变器双闭环PID调节器的建模与仿真随着电力行业的快速发展，逆变器的应用越来越广泛，逆变器的好坏会直接影响整个系统的逆变性能和带载能力。
逆变器的控制目标是提高逆变器输出电压的稳态和动态性能，稳态性能主要是指输出电压的稳态精度和提高带不平衡负载的能力；动态性能主要是指输出电压的THD(Total Hannonic Distortion) 和负载突变时的动态响应水平。
在这些指标中对输出电压的THD 要求比较高，对于三相逆变器，一般要求阻性负载满载时THD 小于2%,非线性满载(整流性负载)的THD 小于5%.这些指标与逆变器的控制策略息息相关。
文中主要介绍如何建立电压双环SPWM 逆变器的数学模型，并采用电压有效值外环和电压瞬时值内环进行控制。
针对UPS 单模块10 kVA 单相电压型SPWM 逆变器进行建模仿真。
通过仿真，验证了控制思路的正确性以及存该控制策略下的逆变器所具有的鲁棒性强，动态响应快，THD 低等优点。
并以仿真为先导，将其思想移植到具体开发中，达到预期效果。
1 三电平逆变器单相控制模型的建立带LC 滤波器的单相逆变器的主电路结构如图1 所示。
图1 中L 为输出滤波电感，C 为滤波电容，T1,T2,T3,T4 分别是用来驱动IGBT 的三电平的SPWM 波，U0 为输出负载两端的电压。
在建立控制系统的仿真模型时，需要采集负载两端的电压与实际要求的电乐值做比较，然后通过调节器可以得到所需要调节的值。
在此仿真模型中，驱动波形采用的是三电平的SPWM 波形，具体的产生原理在这不做详细描述。
在Matlah 的Simlink 库中SPWM 波的产生如图2 所示，这里调制比设为0.8。
图1 三电平逆变器单相主电路图2 四相SPWM 产生电路。
三相双极性SPWM逆变电路的建模及应用仿真
三相双极性SPWM逆变电路的建模及应用仿真1.三相电压型逆变电路三个单相逆变电路可组合成一个三相逆变电路。
应用最广的是三相桥式逆变电路，可看成由三个半桥逆变电路组成。
1.1 180°导电方式：每桥臂导电180º，同一相上下两臂交替导电，各相开始导电的角度差120º，任一瞬间有三个桥臂同时导通，每次换流都是在同一相上下两臂之间进行，也称为纵向换流。
图1-1 三相电压型桥式逆变电路波形分析：图1-2 电压型三相桥式逆变电路的工作波形负载各相到电源中点N´的电压：U相，1通，u UN´=U d/2，4通，u UN´=-U d/2负载线电压1-1负载相电压1-2负载中点和电源中点间电压1-3负载三相对称时有u UN+u VN+u WN=0，于是1-4 利用式(5-5)和(5-7)可绘出u UN、u VN、u WN波形。
负载已知时，可由u UN波形求出i U波形，一相上下两桥臂间的换流过程和半桥电路相似，桥臂1、3、5的电流相加可得直流侧电流i d的波形，i d每60°脉动一次，直流电压基本无脉动，因此逆变器从直流侧向交流侧传送的功率是脉动的，电压型逆变电路的一个特点。
1.2 定量分析：a、输出线电压u UV展开成傅里叶级数1-5 式中，，k为自然数输出线电压有效值1-6基波幅值1-7基波有效值1-8b、负载相电压u UN展开成傅里叶级数得：1-9式中， ，k 为自然数负载相电压有效值1-10基波幅值1-11基波有效值1-12防止同一相上下两桥臂开关器件直通，采取“先断后通”的方法。
2.三相逆变器SPWM 调制原理2.1.PWM 控制的基本思想PWM 控制技术在逆变电路中的应用十分广泛，目前中小功率的逆变电路几乎都采用了PWM 技术。
常用的PWM 技术主要包括：正弦脉宽调制(SPWM)、选择谐波调制（SHEPWM ）、电流滞环调制（CHPWM ）和电压空间矢量调制（SVPWM ）。
三相双极性SPWM逆变电路的建模及应用仿真
三相双极性SPWM逆变电路的建模及应用仿真由题目中的“应用仿真〞，自己产生如下思路：参照实际并网逆变单元的电路框图，基于Matlab/Simulink搭建以并网为目的的三相双极性SPWM逆变电路模型。
所参照实物为宝丰公司SGI-50KT并网逆变器，如图1所示；对应电路框图如图2所示。
图1所参照实物图片图2实物对应电路框图注：〔1〕搭建模型中，以理想电流源代替电路框图中逆变桥左侧局部；〔2〕因模型中无控制回路，故没有考虑电磁兼容问题，因此用LCL滤波器代替电路框图中的EMC滤波器；〔3〕搭建模型中未添加电抗器。
2.根本理论逆变器工作原理：整个实验在三相桥式逆变电路下进展，如图3，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，到达逆变效果。
图 3逆变器原理图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〕的比拟得到的，分析1VT 管的通断情况：当正弦波r u 比三角载波c u 大的时候比拟器输出1，1VT 导通，否那么，比拟器输出0，1VT 关断。
同理4VT 导通情况只要与1VT 反相即可。
SPWM 原理如图4所示：图4 SPWM 原理图3.仿真模型〔1〕主电路模型如图5：图5主电路模型其中，由左至右依次为三相逆变器模块、隔离变压器模块、LCL滤波器模块、三相测量及负载模块。
〔2〕SPWM发生器单元图 6 SPWM控制信号封装图对应原理在“2.根本原理〞中已经有表达，发生器效果图如图7所示，其中等腰三角形载波频率为6000Hz，载波比为120。
图 7 SPWM 效果图〔1〕IGBT 参数如图8所示：图 8 IGBT 参数〔2〕隔离变压器参数如图9所示：图 9隔离变压器参数〔3〕LCL 滤波器参数：图10 滤波器电感参数图11 滤波器电容参数图12滤波器附带电阻参数〔4〕负载参数图13负载参数负载参数参照电网实际功率因数确定：有功功率10000W，感性无功4000Var，可计算出负载功率因数约为0.928，与电网实际功率因数接近。
三相spwm逆变器的研究与设计
• 201•本文介绍了以STM32F407处理器为核心的三相SPWM 逆变器的系统总体设计方案，对系统主电路、驱动电路、控制电路、采样电路、通信电路和辅助电源电路等硬件系统进行设计，在硬件设计的基础上完成了系统软件设计，最后完成了实验样机的实物制作。
实验样机测试结果验证了系统设计的正确性。
逆变技术是一种与人们日常生活生产密切相关的实用技术。
随着电力电子技术和半导体制造技术以及计算机控制技术的飞速发展，各行各业中逆变器的应用日益广泛，且向大功率、高集成度、高频化、数字化的方向在发展。
本文的课题研究是要设计一套能够产生幅值相等、频率相等、相位相互之后120º的三相逆变器。
本文首先确定了三相逆变器的系统总体设计方案，然后对逆变主电路、驱动电路、反馈采样电路等硬件进行设计，最后完成系统硬软件的联合调试。
1 系统方案设计1.1 系统总体设计方案逆变系统的组主要包括以下几个模块：逆变主电路、启停电路、控制电路、驱动电路、采样电路、通信电路。
系统的总体设计方案如图1所示。
图1 系统总体方案设计1.2 模块功能介绍(1)主控制器：按照要求产生一系列控制脉冲作为隔离和驱动电路的输入，控制三相逆变电路开关器件的导通和关闭；(2)直流电源：作为DC/AC 变换的输入母线电压来源，来自整流器的输出，若电压纹波较大，需要并联大电容滤除纹波；(3)启动电路：控制直流母线的输入与否，可以与主控制器结合实现过压、过流、过热的保护；(4)驱动电路：用于驱动逆变器，由于逆变器电路的拓扑均为半桥组合的模式，而一般大功率电路都是使用N 沟道增强型的MOSFET ，故而上半桥的栅极电压需要自举悬浮驱动；(5)隔离电路：用于控制电路和功率变换电路的电气隔离，实现高压侧和低压侧互不干扰以及保护控制电路的作用；(6)电压检测电路：通过互感器从输出端采集输出电压，在经过线性的调理送入主控制器ADC 端口作为电压反馈值；(7)电流检测电路：通过互感器从输出端采集输出电流，在经过线性的调理送入主控制器ADC 端口作为电流反馈值；(8)频率检测电路：通过互感器从输出端采集输出电压，在经过线性的调理送入主控制器CAP 端口作为频率反馈值；(9)滤波电路：通过三相逆变桥的输出方波电压，经低通滤波电路滤波得到基波电压；(10)RS232电平转换电路：用于与其他上位机的串口通信，实现按键和显示等人为控制调节功能；(11)开关电路：用于控制系统的启停。
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。
三相电压源SPWM逆变器仿真模型文档说明
三相电压源SPWM逆变器仿真模型实验原理1、实验原理图图12.实验原理： 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控制技术最重要的理论基础的面积等效原理。
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。
SPWM控制技术是PWM控制技术的主要应用，即输出脉冲的宽度按正弦规律变化而合正弦波等效。
原理图如图1所示。
Matlab软件具有强大的数值计算功能,本文利用Matlab软件中Simulink和Power System为一个三相电压源SPWM逆变器建立系统仿真模型,并对其输出特性进行仿真分析。
它的主要功能是将直流电压变换成交流电压,采用SPWM控制策略,实时地调节逆变输出电压的幅值,以满足实际的要求。
系统的主回路选用IGBT作为开关器件,为了减少输出电压的谐波,逆变电源输出接有串联谐振滤波电路。
逆变电源最重要的特性就是输出电压大小可控和输出电压波形质量好。
所以在各种应用中,对逆变电源的输出有严格要求,除要求频率可变、电压可调外,还要求电压基波含量尽可能多,谐波含量尽可能少。
一般开关电路只能输出正、负矩形波电压,其中含有大量的谐波,为了获得正弦波输出,可以采用每半个周期中多个脉冲的SPWM 控制,既能调节输出电压的大小,又能消除一些低阶次谐波。
3.仿真结果截图（a）(b) 输出交流f=50HZ 调制度m=0时的仿真曲线（a）逆变器输出电压波形(b)逆变器输出电流波形（a）(b) 输出交流f=50HZ 调制度m=0.3时的仿真曲线（a）逆变器输出电压波形(b)逆变器输出电流波形（a）(b)输出交流f=50HZ 调制度m=0.6时的仿真曲线（a）逆变器输出电压波形(b)逆变器输出电流波形（a）(b)输出交流f=50HZ 调制度m=0.9时的仿真曲线（a）逆变器输出电压波形(b)逆变器输出电流波形。
SPWM逆变器供电的交流电动机系统仿真
• 52•PWM 技术是利用全控型电力电子器件的通断情况，将一个直流电压变换成一定形状的电压脉冲序列，实现变压变频控制。
正弦PWM （SPWM ）技术因其成本较低、实现较简单，在实际应用中，是一种应用较为广泛的PWM 技术，具有较高的使用价值。
本文介绍了由SPWM 逆变器供电的交流电动机系统的仿真设计，系统仿真模型主电路由通用桥式电路模块构成，控制电路由主要PWM 产生器模块构成，总体仿真模型由直流电压源模块、通用桥式电路模块、PWM 产生器模块和交流异步电动机及其他辅助模块组成。
通过提取仿真模块、参数设置，搭建仿真模型，对系统波形进行分析。
1 主电路拓扑结构图三相桥式逆变电路由三个单相桥式电路组成，如图1所示，桥臂的电力电子开关器件为应用较多的全控型器件IGBT ，各相开关器件的控制规律相同，同一相的上下两个桥臂交替导电，各相开始导电的角度依次相差120°，换相在同一相上下两个桥臂之间进行，同一时刻有三个桥臂同时导通。
图1 三相桥式逆变主电路图双极性调制，三相调制信号依次相差120°，公用一个三角载波，且取载波比为3的整数倍，以使三相输出波形更好地对称，同时，为了消除偶次谐波，使波形正负半周镜对称，载波比取奇数。
在实际应用中，载波频率通常远高于调制波频率，因此载波的不对称对输出电流的影响很小，可以忽略。
3 模型建立Simscape 仿真建模步骤：打开模块浏览器，根据电路结构原理图，提取相应模块；设置模块参数，连线；设置仿真时间，仿真算法；启动仿真，示波器观察波形，分析结果。
直流电压源采用DC Voltage Source 模块，电压E 取600V 。
Universal Bridge 通用桥式电路模块，将桥臂数目设置为3，选择电力电子器件类型为IGBT/Diodes 。
逆变器的控制信号使用PWM Generator(2-Level)模块，在模块参数中，设置类型为的三相桥式电路（6脉冲），三角载波的幅值固定为1，频率在对话框中设置为50Hz ，设置载波频率为50×15Hz ，选中内部产生调制信号对话框，对调制度、输出电压频率和输出电压相位三项参数进行设置，设置调制系数为0.9，调制正弦波对应的输出电压频率为50Hz ，输出电压相位为0°。
基于Matlab的三相Z源逆变器最大升压SPWM仿真研究
《变频器世界》 March , 2019 77 基于Matlab 的三相Z 源逆变器最大升压SPWM 仿真研究Simulation Research on Maximum Boost SPWM of Three Phase Z Source Inverter Basedon Matlab齐鲁工业大学（山东省科学院） 鞠宏宝（Ju Hongbao）本文简述了Z源逆变器和最大升压SPWM技术的研究背景，对Z源逆变器拓扑结构及最大升压SPWM技术原理作了简要分析，利用Matlab软件Simulink工具箱中模块针对三相Z源逆变器最大升压SPWM技术搭建了仿真模型。
最后针对实例进行仿真验证，理论计算值和仿真结果的一致性证明了所搭建仿真模型的正确性，从而为同行从业人员或学习者提供可靠的参照。
关键词：Z源逆变器；最大升压SPWM；仿真Abstract: This paper firstly introduces the research background of the Z source inverter and Maximum boost SPWM technology, then briefly analyzes the topology of the Z source inverter and the principle of the Maximum boost SPWM technology, and uses the module of Simulink toolbox of Matlab software to build a simulation model for the Maximum boost SPWM technology of three-phase Z source inverter. Finally, the simulation verification is carried out for a example, and the consistency of the theoretical calculation value and the simulation result proves the correctness of the simulation model, thus providing a reliable reference for the peer practitioners or learners.Key words: Z source inverter; Maximum boost SPWM; Simulation【中图分类号】TM464+.32 【文献标识码】B 【文章编号】1561-0330（2019）03-0077-041 引言传统电压源逆变器及电流源逆变器具有如下共同缺陷[1]：（1）只是单一的升压型或降压型变换器，所得输出电压范围有限；（2）两者不能互换主电路；（3）逆变器同一桥臂两只开关器件易受电磁干扰误触发造成直通而损坏，抗电磁干扰能力很弱。
三相逆变器的分析与仿真
插图清单
引言
最近几十年,世界各国环境压力越来越大，同时传统能源供应越来越吃紧。各国科技人员一边大力研究节能降耗，另一方面也在积极寻求可替代的新能源，诸如太阳能、风能、潮汐能等。这些新能源都有一个共同特点，直接由发电机发出的电能需要一系列转变才能为人类利用。逆变器，在这个转化过程中扮演者很重要的地位。在以往的太阳能发电系统中，电压源型逆变器（VSI）和电流源型逆变器(CSI)获得最广泛的使用。但这两种逆变器在自身原理上都有较大的缺陷，总结为两点，第一，逆变桥需要加入死区时间，使系统输出电压电流畸变增大；第二，输出端电压只能低于或高于输入端电压，当输入电压波动范围大则需另外附加升压或降压环节，降低了系统整体效率。那么SPWM正弦脉冲调制拥有了不同的优点及特点比如说开关频率固定而且它的控制和调节性能是是其他调制技术所不能代替的，需要说明的一点是它能消除电压中的谐波使输出波形中只含固定频率的高次谐波分量。由于SPWM技术的发展和广泛应用，为逆变器的发展也提供了很大的进步空间。本文最后提到的研究对象Z源逆变器是由美国密西根州立大学彭教授提出，能克服传统逆变器的缺点，实现输入电压范围宽、兼具升降压，不需要死区等优点。逆变器的研究逐渐成为电气领域的热点，对于能量的转换具有非常大的现实意义。
学号：
毕业论文（设计）
课题三相逆变器的分析与仿真
学生姓名
院部电气工程学院
专业班级电气工程及其自动化2班
指导教师
二○一四年六月
三相逆变器的分析与仿真
摘要
本文主要介绍三相逆变器和逆变器两种逆变器，分别对两种逆变器进行了原理和各自的作用简单分析。首先提到传统逆变器，在传统逆变器中最典型的就是最常使用到的即电压源型和电流源型逆变器。所谓的逆变器其工作整个过程和最终的输出就是把直流电转变成交流电来作为输出，其中逆变电路和半导体功率集成器件是组成其结构的最主要的两大部分。在逆变器的整个逆变系统中，逆变实现的核心就是逆变电路。一个完整的逆变电路应该包括输入与输出、控制与保护电路等，都是通过半导体开关器件的导通与关断来完成整个逆变系统的工作。SPWM技术成为目前应用最为广泛的PWM技术，三相SPWM逆变器其特点而且是有良好的调节性能、适用性强和更易于控制等优点；三相Z源逆变器克服了传统逆变器的缺点实现输入电压范围宽、兼具升降压，不需要死区等优点，得到良好应用。因此，我们在对逆变器的功能和实现原理的简单研究其意义是很重要的。本文首先从总体原理结构再到部分进行分析，最后用MATLAB进行了原理图绘制和仿真，并对仿真结果进行分析，最后总结收获。
三相逆变器双极性SPWM调制技术的仿真
三相逆变器双极性SPWM调制技术的仿真一、三项逆变器SPWM调制原理PWM控制技术在逆变电路中的应用十分广泛，目前中小功率的逆变电路几乎都采用了PWM技术。
常用的PWM技术主要包括：正弦脉宽调制(SPWM)、选择谐波调制（SHEPWM）、电流滞环调制（CHPWM）和电压空间矢量调制（SVPWM）。
在采样控制理论中有一个重要的结论：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。
图1中各个形状的窄脉冲在作用到逆变器中电力电子器件时，其效果是相同的，正是基于这个理论，SPWM调制技术才孕育而生。
a)矩形脉冲b)三角脉冲c)正弦半波脉冲d)单位脉冲函数图1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲二、SPWM控制方式SPWM包括单极性和双极性两种调制方法，（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2双极性PWM控制方式其中：载波比——载波频率f c与调制信号频率f r 之比N，既N = f c / f r 调制度――调制波幅值Ar与载波幅值Ac之比，即Ma＝Ar/Ac同步调制——N 等于常数，并在变频时使载波和信号波保持同步。
基本同步调制方式，f r 变化时N不变，信号波一周期内输出脉冲数固定；三相电路中公用一个三角波载波，且取N 为3的整数倍，使三相输出对称；为使一相的PWM波正负半周镜对称，N应取奇数；f r 很低时，f c 也很低，由调制带来的谐波不易滤除；f r 很高时，f c 会过高，使开关器件难以承受。
异步调制***——载波信号和调制信号不同步的调制方式。
通常保持f c 固定不变，当f r 变化时，载波比N 是变化的；在信号波的半周期内，PWM波的脉冲个数不固定，相位也不固定，正负半周期的脉冲不对称，半周期内前后1/4周期的脉冲也不对称；当f r 较低时，N 较大，一周期内脉冲数较多，脉冲不对称产生的不利影响都较小；当f r 增高时，N 减小，一周期内的脉冲数减少，PWM 脉冲不对称的影响就变大。
三相逆变器控制策略的研究与仿真分
三相逆变器控制策略的研究与仿真分随着能源需求与保护环境意识的不断提高，新能源技术的发展正逐渐成为未来能源发展的主要趋势。
其中，太阳能和风能作为最为常见和可持续的新能源形式已经得到广泛应用。
而三相逆变器作为太阳能、风能等DG 系统中的核心组件之一，其控制策略的研究和优化，则是提高DG 系统性能的关键。
本文将重点探讨三相逆变器控制策略的研究与仿真，为相关领域的后续发展提供一些参考和借鉴。
1.三相逆变器概述三相逆变器是将直流电能转换为交流电能的核心元件。
其工作原理是利用PWM 技术进行高频开关，将电源提供的直流电进行变换，得到与输入电源相位和大小相同的交流电。
主要分为两种类型：有源逆变器和无源逆变器。
有源逆变器需要输入能量，无源逆变器则不需要输入能量。
其中，有源逆变器又分为VSI 型有源逆变器和CSI 型有源逆变器。
2.三相逆变器控制策略控制策略是三相逆变器的关键。
在各种工况之下，通过不同的控制策略，可以实现DG 系统的优化。
常见的三相逆变器控制策略有：（1）SPWM 控制策略SPWM 是指正弦脉宽调制技术，其基本原理是将三相逆变器电压的幅值和频率固定，而改变电压的频率，通过计算脉冲宽度的方式，使输出电压形成与输入电压相同的正弦波形。
SPWM 控制策略简单易行，适用于高精度调节。
但是，其输出波形含有谐波，会影响系统稳定性。
（2）SVPWM 控制策略SVPWM 是指空间矢量脉宽调制技术，其基本原理是通过向量合成，产生具有固定幅值和频率的三相电压源，从而实现对输出电压的控制。
相对于SPWM，SVPWM 有更好的波形质量和功率因数。
但是，其复杂度较高，计算量大，系统成本较高。
（3）HPWM 控制策略HPWM 是指混沌脉宽调制技术，其基本原理是通过混沌理论，利用带有混沌特性的信号调制电压脉冲的宽度和频率，从而实现对三相逆变器输出性能的优化。
HPWM 控制策略应用于DG 系统可以大幅提高系统的稳定性和性能。
3.三相逆变器控制策略仿真三相逆变器控制策略但通过仿真分析可以预测不同控制策略下系统的特性和性能，提高控制策略的可靠性和稳定性，降低系统成本和时间成本。
三相桥式电压型逆变器电路的建模与仿真实验
三相桥式电压型逆变器电路的建模与仿真实验摘要：本文在对三相桥式电压型逆变电路做出理论分析的基础上，建立了基于MATLAB的三相桥式电压型逆变电路的仿真模型并对其进行分析与研究，用MATLAB 软件自带的工具箱进行仿真，给出了仿真结果，验证了所建模型的正确性。
关键词：逆变；MATLAB；仿真第一章概述1.1电力电子技术顾名思义，可以粗略地理解，所谓电力电子技术就是应用于电力领域的电子技术。
电子技术包括信息电子技术和电力电子技术两大分支。
通常所说的模拟电子技术和数字电子技术都属于信息电子技术。
电力电子技术中所变换的"电能"和"电力系统"所指的"电力"是有一定差别的。
两者都指"电能"，但后者更具体，特指电力网的"电力"，前者则更一般些。
具体地说，电力电子技术就是对电能进行变换和控制的电子技术。
更具体一点，电力电子技术是通过对电子运动的控制对电能进行变换和控制的电子技术。
其中，用来实现对电子的运动进行控制的器件叫电力电子器件。
目前所用的电力电子器件均由半导体材料制成，故也称电力半导体器件。
电力电子技术所变换的"电力"，功率可以大到数百兆瓦甚至吉瓦，也可以小到数瓦甚至是毫瓦级。
信息电子技术主要用于信息处理，而电力电子技术则主要用于电力变换，这是二者本质上的不同。
1.2电力电子技术的应用（1）一般工业中，采用电力电子装置对各种交直流电动机进行调速，一些对调速性能要求不高的大型鼓风机近年来也采用变频装置以达到节能的目的，除此之外，有些对调速没有特别要求的电机为了避免启动时的电流冲击而采用软启动装置，这种软启动装置也是电力电子装置。
电化学工业大量使用直流电源，电解铝、电解食盐水以及电镀装置均需要大容量整流电源。
电力电子产品还大量应用于冶金工业中的高频或中频感应加热电源、淬火电源及直流电弧炉电源等场合。
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1
正弦波脉宽调制（SPWM）逆变器的设计
图3.3
图3.3中的uao`、ubo`与uco`是逆变器输出端a、b、c分别与直流电源中点o`之
间的电压，o`点与负载的零点o并不一定是等电位的，uao`等并不代表负载上的
相电压。令负载零点o与直流电源中点o`之间的电压为uoo`，则负载各相的相电
压分别为
(3-1)
将式(3-1)中各式相加并整理后得
一般负载三相对称，则uao+ubo+uco=0，故有
2
(3-2)
由此可求得a相负载电压为
(3-3)
在图3.3中绘出了相应的负载a相电压波形，ubo和uco波形与此相似。
2.3 SPWM的调制算法
1.自然采样法
按照SPWM控制的基本原理，在正弦波与三角波的交点进行脉冲宽度和间隙
的采样，去生成SPWM波形，成为自然采样法。如图2.4所示
图2.4 自然采样法原理图
2.规则采样法
为使采样法的效果既接近自然采样法，没有过多的复杂运算，又提出了规则
采样法。其出发点是设法使SPWM波形的每个脉冲都与三角波中心线对称。这样，
图2.5中的法。计算就大大简化了。
图2.5 规则采样法原理图
3.双极性正弦波等面积法
正弦波等面积算法的基本原理为:将一个正弦波等分成H个区段，区段数
l
H
一定是6的整数倍，因为三相正弦波，各项相位互差120，要从一相正弦波方便
地得到其他两相，必须把一个周期分成6的整数倍。lH越大，输出波形越接近
3
正弦波。在每一个区段，等分成若干个等宽脉冲(N)，使这N个等宽脉冲面积等
于这一区段正弦波面积。采用这种方法既可以提高开关频率，改善波形，又可以
减少计算新脉冲的数量，节省计算机计算时间。
正弦波面积为
s2nn12s1A=sincoscosUtdtUtt
输出频率f与区段数lH，每个区段脉冲数N及脉冲周期usT之间的关系
6110lfHNT
。
2.4 SPWM波的基波电压
对电动机来说，有用的是电压的基波，希望spwm波形中基波的成分越大越好。
为了找出基波电压，须将spwm脉冲序列波u(t)展开成傅氏级数，由于各相电压
正、负半波及其左、右均对称，它是一个奇次正弦周期函数，其一般表达式为
式中
(3-4)
要把包含n个矩形脉冲的u(t)代入上式，必须先求得每个脉冲的起始相位和终
了相位。在图3-5中，由于在原点处三角波是从负的顶点开始出现的，所以第i
个脉冲中心点的相位应为
(3-5)
于是，第i个脉冲的起始相位为
4
终了相位为
其中δi是第i个脉冲的宽度。把各脉冲起始和终了相位代入式(3-4)中，可得
HzHzfftt37205580max2323min
(3-6)
故
(3-7)
以k=1代入式(3-7)，可得输出电压的基波幅值。当半个周期内的脉冲数n不太
少时，各脉冲的宽度δi都不大，可以近似地认为sinδi/2≈δi/2，因此
(3-8)
可见输出基波电压幅值u1m与各段脉宽δi有着直接的关系，它说明调节参考信号
的幅值从而改变各个脉冲的宽度时，就可实现对逆变器输出电压基波幅值的平滑
调节。
根据脉冲与相关段正弦波面积相等的等效原则可以导出
(3-9)
5
将式(3-5)、式(3-9)代入式(3-8)，得
(3-10)
可以证明，除n=1以外，有限项三角级数
而n=1是没有意义的，因此由式(3-10)可得u1m=um
也就是说，spwm逆变器输出脉冲波序列的基波电压正是调制时所要求的正弦
波幅值电压。当然，这个结论是在作出前述的近似条件下得到的，即n不太少，
sinπ/2n≈π/2n，且sinδi/2≈δi/2。当这些条件成立时，spwm变压变频器能
很好地满足异步电动机变压变频调速的要求。
要注意到，spwm逆变器输出相电压的基波和常规六拍阶梯波的交-直-交变压
变频器相比要小一些，据有关资料介绍，仅为其86%~90%，这样就影响了电机额
定电压的充分利用。为了弥补这个不足，在spwm逆变器的直流回路中常并联相
当大的滤波电容，以抬高逆变器的直流电源电压ud。
2.5 功率开关器件的开关频率
各种电力电子器件的开关频率受到其固有的开关时间和开关损耗的限制，全控
型器件常用的开关频率如下：双极型电力晶体管(bjt)开关频率可达1~5khz，可
关断晶闸管(gto)开关频率为1~2khz，功率场效应管(p-mosfet)开关频率可达
50khz，而目前最常用的绝缘栅双极晶体管(igbt)开关频率为5～20khz。
定义载波频率ft与参考调制波频率fr之比为载波比n(carrier ratio)，即
6
(3-11)
相对于前述spwm波形半个周期内的脉冲数 n来说，应有n=2n。为了使逆变器
的输出尽量接近正弦波，应尽可能增大载波比，但若从功率开关器件本身的允许
开关频率来看，载波比又不能太大。n值应受到下列条件的制约：
(3-12)
式(3-12)中的分母实际上就是spwm变频器的最高输出频率。
2.6 最小间歇时间与调制度
为保证主电路开关器件的安全工作，必须使调制的脉冲波有个最小脉宽与最小
间歇的限制，以保证最小脉冲宽度大于开关器件的导通时间ton，而最小脉冲间
歇大于器件的关断时间toff。在脉宽调制时，若n为偶数，调制信号的幅值urm
与三角载波相交的两点恰好是一个脉冲的间歇。为了保证最小间歇时间大于toff，
必须使urm低于三角载波的峰值utm。为此，定义urm与utm之比为调制度m，
即
(3-13)
在理想情况下，m值可在0~1之间变化，以调节逆变器输出电压的大小。实际上，
m总是小于1的，在n较大时，一般取最高的m=0.8~0.9。
7
二、SPWM的计算机仿真设计
三相电压型SPWM逆变器的仿真
3.1 三相电压型SPWM逆变器的仿真设计
三相电压型SPWM逆变器的系统电路
图4.1
8
3.2三相电压型SPWM逆变器的各模块电路
3.2.1电源模块
图4.2
整流桥参数设置
图4.3
9
3.2.2 SPWM波形发生电路
图4.4
SPWM参数设置
图4.5
10
3.2.3 滤波电路
图4.6
滤波电容参数设置
图4.7
11
3.2.4逆变电路
图4.8
逆变器参数设置
图4.9
12
3.3 三相电压型SPWM逆变器的电动机调速仿真图
图4.10
电机参数设置
图4.11
13
多路测量仪参数设置
图.12
三、结果分析及研究
4.1 SPWM波形分析
图5.1
PWM模块的三角波频率为600ZH，正弦波频率为50ZH。
14
4.2三相电压型SPWM逆变器的波形分析
图5.2
图5.3
Ua.Ub,Uc为三相互差120°的310v交流电
(1)图5-2、5-3中raU、rbU、rcU为负载电压的波形，
1sw
U
为逆变器1桥臂的电压波形，
1sw
I
为逆变器中1桥臂的电流波形，
b
I
为负载上电流的波形，
15
bcU、abU、ac
U
为三相逆变器的两相间的电压波形
（2）图5.3为整流后的电压
4.3三相电压型SPWM逆变器电机调速的波形分析
图5.4
图5.5
（1）图5.4为PWM模块的三角波频率为600ZH，正弦波频率为50ZH
16
时的电机转子电流、定子电流、电机转速、转矩的波形图。此时电机转速
n=1500r/min
（2）图5.5为PWM模块的三角波频率为600ZH，正弦波频率为ZH30时的电机
转子电流、定子电流、电机转速、转矩的波形图。此时电机转速n=900r/min。
（3）通过改变pwm模块的正弦波频率能实现电机转速的变化。
（4）可以通过改变SPWM的调制比和占空比来达到改变逆变器输出电压的电压和
频率。