1、目錄引言11.單相SPWM結構及其工作原理21.1PWM控制的基本原理21.2 SPWM基本原理22.單相PWM逆變電路及其控制方法32.1單相SPWM逆變電路結構32.2單相SPWM逆變電路的控制方法32.2.1計算法和調制法32.2.2調制度42.2.3異步調制與同步調制42.2.4采樣方法42.2.5單極性與雙極性控制方式53.MATLAB仿真建模63.1單極性SPWM逆變電路建模63.1.1單極性PWM逆變主電路建模73.1.2單極性SPWM逆變控制電路建模83.2雙極性SPWM逆變電路建模93.2.1雙極性SPWM逆變主電路建模93.2.2雙極性SPWM逆變控制電路建模104.仿真結

2、果114.1單極性SPWM仿真結果114.2雙極性SPWM仿真結果154.3仿真結果分析185.總結196.參考文獻20引言隨著電力電子技術的不斷發展，電力電子技術的各種裝置在國民經濟各行各業中得到了廣泛應用。從電能轉換的觀點，電力電子的裝置涵蓋交流直流變換、直流交流變換、直流直流變換、交流交流變換。比如在可控電路直流電動機控制，可變直流電源等方面都得到了廣泛的應用,而這些都是以逆變電路為核心。由于電力電子技術中有關電能的變換與控制過程，內容大多涉及電力電子各種裝置的分析與大量的計算、電能變幻的波形分析、測量與繪制等，這些工作特別適合Matlab的使用。本文建立了基于Matlab的單相橋式SP

3、WM逆變電路的動態模型給出了仿真的實例與仿真結果，驗證了模型的正確性，并展現了Matlab仿真具有的快捷，靈活，方便，直觀的以及Matlab繪制的圖形準確、清晰、優美的優點，可以用Matlab軟件來對電路的工作原理進行討論分析和仿真，從而為電力電子技術的分析及設計提供了有效的工具。1.單相SPWM結構及其工作原理1.1PWM控制的基本原理PWM控制就是對脈沖的寬度進行調制的技術，其控制的基本原理是面積等效原理，即：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環節上時，其效果基本相同。沖量指窄脈沖的面積。效果基本相同，是指環節的輸出響應波形基本相同。低頻段常接近，僅在高頻段略有差異。1.2 SPWM

4、基本原理如圖1-1為PWM波等效為正弦波，1-1a中把正弦波分成N等分，就可以把正弦波看成是由N個彼此相連的脈沖序列組成的波形，這些脈沖的寬度相等，都為/N，但幅值不相等。如果把這一系列的窄脈沖用等幅而不等寬的矩形窄脈沖代替，使矩形脈沖的中點與相應的正弦脈沖部分的中點重合，且使矩形脈沖與相應的正弦脈沖的面積相等，且寬度是按正弦規律變化的如圖1-1b，由面積等效原理可知，PWM波和正弦波是等效的。這種脈沖寬度按正弦規律變化和正弦波等效的PWM波形叫做SPWM。圖1-1 PWM波等效為正弦波2.單相PWM逆變電路及其控制方法2.1單相SPWM逆變電路結構如圖2-1是單相PWM逆變電路VT1VT4是

5、四個IGBT管，VD1 VD4是四個二極管，調制電路作為控制電路控制IGBT導通與關斷來得到所需要的波形圖2-1單相SPWM逆變電路2.2單相SPWM逆變電路的控制方法2.2.1計算法和調制法SPWM逆變電路主要有兩種控制方法：計算法和調制法。計算法是將PWM脈沖寬度的波形計算出來，顯然這種方法是很繁瑣的，不采用。調制法是用一個三角波作為載波，將一正弦波作為調制信號進行調制。我們采用調制法。因為等腰三角波上下寬度與高度呈線性關系且左右對稱，當它與一個平緩變化的正弦調制信號波相交時，在交點時刻就可以得到寬度正比于正弦信號波幅度的脈沖2.2.2調制度調制度用Ma表示， 2.2.3異步調制與同步調制

6、載波頻率fc與調制信號頻率fr之比N=fc/fr叫載波比。在調制過程中N變化的叫異步調制，N不變的叫同步調制。我們采用同步調制。2.2.4采樣方法采樣方法包括自然采樣法與規則采樣法。自然采樣法在載波與調制波的交點處采樣，這要求解復雜的超越方程，難以在實時控制中在線計算，工程上不采用。工程上采用規則采樣法，如圖2-2-4所示在三角波的負峰時刻tD對正弦信號波采樣得D點，過D作水平直線和三角波分別交于A、B點，在A點時刻tA和B點時刻tB控制開關器件的通斷，脈沖寬度d 和用自然采樣法得到的脈沖寬度非常接近。 圖2-2-4規則采樣法由于我們用的是MATLAB仿真，我們采用自然采樣法。2.2.5單極性

7、與雙極性控制方式單極性PWM控制方式：如圖2-2所示，在ur和uc的交點時刻控制IGBT的通斷ur正半周，VT1保持通，VT2保持斷當ur>uc時使VT4通，VT3斷，uo=Ud當ur<uc時使VT4斷，VT3通，uo=0ur負半周，VT1保持斷，VT2保持通當ur<uc時使VT3通，VT4斷，uo=- Ud當ur>uc時使VT3斷，VT4通，uo=0虛線uof表示uo的基波分量圖2-2單極性SPWM控制方式波形雙極性PWM控制方式：如圖2-3所示，在ur的半個周期內，三角波載波有正有負，所得PWM波也有正有負，在ur一周期內，輸出PWM波只有±Ud兩種電平，

8、仍在調制信號ur和載波信號uc的交點控制器件的通斷，ur正負半周，對各開關器件的控制規律相同。當ur >uc時，給VT1和VT4導通信號，給VT2和VT3關斷信號，如io>0，VT1和VT4通，如io<0，VD1和VD4通， uo=Ud當ur<uc時，給VT2和VT3導通信號，給VT1和VT4關斷信號，如io<0，VT2和VT3通，如io>0，VD2和VD3通，uo=-Ud單相橋式電路既可采取單極性調制，也可采用雙極性調制圖2-3雙極性SPWM控制方式波形3.MATLAB仿真建模3.1單極性SPWM逆變電路建模建模時，為了方便采用通用橋universal b

9、ridge其內部結構如圖3-1 圖3-1在此我們用到了兩個橋臂，當四列PWM信號輸入通用橋的g端口時，通用橋會自動分配每一列的信號給每一個管子，控制該管子的開閉。其輸入的順序是，第一列信號輸入到Q1，第二列信號輸入到Q2，第三列信號輸入到Q3，第四列信號輸入到Q4.。 3.1.1單極性PWM逆變主電路建模如圖3-2是單極性SPWM逆變主電路圖3-23.1.2單極性SPWM逆變控制電路建模單極性SPWM逆變控制電路建模圖如圖3-3圖3-3 單極性控制電路圖對控制電路進行封裝，封裝的參數為輸出頻率f，載波比N，調制度Ma，由于要保持各控制脈沖輸出的數據類型相同，在輸出端均加有邏輯門控制電路的實現方

10、法如下：將幅值為2，占空比為50%的脈沖減去幅值為1的直流電壓得到正負交替占空比為50%的脈沖用得到的正負脈沖與三角載波相乘得到正負交替的三角載波相比較。參數-圖3-4a pulse generator參數 f為正弦波頻率圖3-4b三角波發生器參數 f為正弦波頻率 N為載波比圖3-4c正弦波發生器參數 f為頻率圖3-43.2雙極性SPWM逆變電路建模3.2雙極性SPWM逆變電路建模3.2.1雙極性SPWM逆變主電路建模雙極性SPWM逆變主電路建模如圖3-5圖3-53.2.2雙極性SPWM逆變控制電路建模雙極性SPWM逆變控制電路建模如圖3-6直接將正弦波與三角載波相交即可圖3-6參數設置如圖3

11、-7圖3-7a三角波發生器參數 f為正弦波頻率 N為載波比圖3-7b 正弦波發生器參數 f為頻率圖3-74.仿真結果4.1單極性SPWM仿真結果仿真時設置仿真時間為0.04s，仿真最大步長為10-5s，電源電壓Ud=220V負載電阻R=1K，電感L=0.1H圖3-8a為f=50，N=18，Ma=0.9時的波形結果圖（uo為輸出電壓io為輸出電流）t/st/st/s圖3-8a 圖3-8b為f=50，N=18，Ma=0.9時輸出電壓uo的頻譜圖圖3-8b圖3-8c為f=50，N=18，Ma=0.9時輸出電流io的頻譜圖圖3-8c圖3-9a為f=50，N=24，Ma=0.9時的波形結果圖（uo為輸出

12、電壓io為輸出電流）t/st/st/s圖3-9a圖3-9b為f=50，N=24，Ma=0.9時的輸出電壓uo的頻譜圖圖3-9b圖3-9c為f=50，N=24，Ma=0.9時輸出電流io的頻譜圖圖3-9c4.2雙極性SPWM仿真結果仿真時設置仿真時間為0.04s，仿真最大步長為10-5s圖3-10a為f=50，N=18，Ma=0.9時的波形結果圖（uo為輸出電壓io為輸出電流）t/st/st/s圖3-10a圖3-10b為f=50，N=18，Ma=0.9時輸出電壓uo的頻譜圖圖3-10b圖3-11a為f=50，N=24，Ma=0.9時的波形結果圖（uo為輸出電壓io為輸出電流）t/st/st/s圖

13、3-11a圖3-11b為f=50，N=24，Ma=0.9時輸出電壓uo的頻譜圖圖3-11b圖3-11c為f=50，N=24，Ma=0.9時輸出電流io的頻譜圖圖3-11c圖3-12為f=50，N=24，Ma=0.9時，負載L=0.5H時的波形結果圖（uo為輸出電壓io為輸出電流）與輸出電流頻譜圖t/s/V/At/st/s圖3-12a 負載變化后的輸 出結果圖3-12b 負載變化后的輸出電流io頻譜圖Subplot繪圖語句為：subplot(3,1,1)plot(a.time,a.signals(1).values)subplot(3,1,2)plot(a.time,a.signals(2).v

14、alues)subplot(3,1,3)plot(a.time,a.signals(3).values)4.3仿真結果分析由結果圖可以看出對于同一類型的SPWM電路載波比N越大，畸變率THD越小，說明波形效果越好。單極性時：當N=18，THD=44.73%.當N=24時，THD=2.34%.雙極性時：當N=18，THD=84.53%，當N=24，THD=0.19%.由圖3-11a和圖3-12還可得出但負載電阻R不變時，電感L越大輸出的電流的波動越小，越接近正弦波。從這倆個圖可以看出負載的變化對輸出電壓uo的波形沒有影響通過對單極性與雙極性SPWM結果的比較可以看出單極性的輸出電流的波動幅值更小

15、，諧波頻率高，畸變率THD小，更接近正弦波。對各輸出電壓uo的頻譜分析可看出PWM波不含有低次諧波，只含有高次諧波，其中8001000HZ的諧波含量較多。5.總結通過一周的課程設計，我對本課程的內容有著一個比較連貫綜合的認識，學到了很多的新東西，發現了自己在計算機仿真在電力電子實驗中的理論實踐知識上面的不足和缺陷，覺得自己應該有必要把老師所說的重要知識點真正學通學透。 這次課設有一周，由于課設安排在期末考試之后，對我們來說，在時間上是比較充裕的，壓力沒有那么大，我做的題目是單相逆變器SPWM的控制技術的仿真，老師講解了相關的內容。這也是我對題目有所了解。但是要實際操作起來還是出現了很多的問題，列如搭好電路后，MATLAB不能進行仿真，后來發現真并不是邏輯的問題，而是仿真輸出的數據類型不能不同，所以我在做脈沖控制電路時，在沒一個輸出端口前加了一個邏輯門。我做的課設有一個最大的不足是采用了自然采樣法，而這在工程上是不實用的，所以還可以加以改進。此次課設還著重培養了我的Word的操作能力，在排版過程中我遇到了很多的困難，在同學們和老師的幫助下我順利完成報告。通過這次課設以后，我受益匪淺，覺得我在獨立的動手能力和分析解決問題的能力等方面有著很大的提高，具體說有以下幾點：1）更加熟練地使用Matlab