单相正弦波PWM逆变电路仿真报告(Simulink)

单相正弦波PWM 逆变电路仿真报告

1. 仿真目的：

通过对单相SPWM 逆变电路不同控制方式的仿真研究，进一步理解SPWM 控制信号的产生原理，单极性、双极性控制方式的原理及不同、载波比与调制深 度不同对逆变电路输出波形的影响等。

2. 仿真原理： 2.1单相桥式逆变电路

图1所示为单相桥式逆变电路的框图，设负载为阻感负载。在桥式逆变电 路中，桥臂的上下两个开关器件轮流导通，即工作时

V1和V2通断状态互补,

V3和V4的通断状态互补。下面将就单极性及双极性两种不同的控制方法进行 分析。

图1单相桥式PWM 逆变电路

2.2不同控制方式原理 2.2.1单极性控制方式

调制信号U r 为正弦波，载波U c 在U r 的正半周为正极性的三角波，在 U r 的 负半周为负

极性的三角波。在U r 的正半周，V1保持通态，V2保持断态，在u r >u c

时使V4导通，V3关断，u o =U d ；在u r

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周，V1保持断态，V2保持通态，在U r VU c时使V3导通，V4关断，

U O=-U d；在U r>u c时使V4导通，V3关断，U0=0。这样就得到了 SPWM波形

U0 0

图2单极性PWM控制波形

2.2.2双极性控制方式

采用双极性方式时，在U r的半个周期内，三角波不再是单极性的，而是有正有负，所得的PWM波也是有正有负。在U r的一个周期内，输出的PWM波只有土？两种电平，而不像单极性控制时还有零电平。在U r的正负半周，对各开关器件的控制规律相同。即U r>U c时，给V1和V4导通信号，给V2和V3以关断信号，如i o>O，则V1和V4通，如i oO，则VD2和VD3通,不管哪种情况

都是输出电压u o=-U

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H

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图3双极性PWM控制波形

3. 仿真过程：

3.1仿真主电路模型：

仿真模型如图4所示，其中的PWM模块为根据不同控制方式自定义的子

系统封装模块，设置该模块的参数为m （调制深度）、f （调制波频率）、fc （载波频率），方便仿真时快捷调整调制深度及载波比，来观察不同参数对逆变电路输出的影响。

图4仿真主电路

图中的“Un iversal Bridge ”模块，在对话框中选择桥臂数为 2，即可组成 单相全桥电路，开关器件选带反并联二极管的

IGBT ;直流电压源模块设置为

300V ；“Series RLC Branch ”模块去掉电容后将阻感负载分别设为 1 Q 和2 m

H ;在串 联RLC 支路模块的对话框下

方选中测量电压和电

流，再利用

“ Multimeter ”模块即可观察逆变器的输出电压、电流；“ Powergui ”模块设 置为离散仿真模式，采样时间为1e-5s 。仿真时间设为0.06s ,选择ode45仿真 算法。

3.2单极性PWM 逆变仿真

3.2.1单极性PWM 控制信号产生原理

在本仿真中，采用同幅值、同频率的两条等腰三角载波分别与同幅值、

同频

率，但相位相差180。的两条正弦调制波比较，经过处理后得到PWM 控制信号， 原理如图5所示。由于两个桥臂是分开控制的同一桥臂上的两个开关在控制上 仍然互补。在输出电压的半个周期内，电压极性只在一个方向变化，故称为单极 性控制。

Universal Bridge

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图5单极性PWM控制信号产生原理

322单极性控制仿真模型

图6单极性PWM 控制信号产生模型

在图6中，正弦波m ?sin?2 n ft 以及m ?sin?2 n f+ n )模块组合产生，与频 率为fc 的等腰三角波比较后，经过处理产生单极性

PWM 控制信号。

3.2.3进行仿真及波形记录

(1)调制深度m 设为0.5，基波频率f 设为50Hz ，载波频率fc 设为基频的 20倍，即1000Hz 。运行仿真主电路，可得输出电压、负载电流、直流侧电流如 图7所示。

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图7 m=0.5,fc=1000Hz 时单极性PWM 逆变电路输出波形

对此时的输出电压及负载电流进行 FFT 分析，结果如图8所示。输出电压 基波幅值为150.4V ,与理论值很接近，约为基波幅值的

50%。其THD 为

124.27%。而由于感性负载的存在，负载电流的 THD 为4.97%。

图8 m=0.5,fc=1000Hz 时单极性输出电压FFT 分析结果

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