1、 PAGE15 / NUMPAGES15課程設計說明書(論文)基于MATLAB的逆變器的仿真研究學生：班級學號：院、系、部： 研究生院專 業：電氣工程 指導教師：2013年12月 Simulation Research of PWM InverterBased on MATLABBYSupervised byProfessorSchool of Electric Power EngineeringNanjing Institute of TechnologyOctober 2013基于MATLAB的逆變器的仿真研究摘要逆變電路是PWM控制技術最為重要的應用場合。這里介紹了三相橋式橋式PWM逆變

2、電路的工作原理，建立了輸出電路的狀態空間模型，分析了空間模型的可控性和可觀測性。并采用Matlab的可視化仿真工具Simulink建立三相橋式雙極性控制方式下PWM逆變電路的仿真模型，通過動態仿真，研究了調制深度、載波頻率對輸出電壓、負載上電流的影響；并分析了輸出電壓、負載上電流的諧波特性。關鍵詞：Matlab/Simulink；PWM逆變電路；狀態空間模型Simulation Research of PWM InverterBased on MATLABAbstractPWM inverter control circuit plays an important roal in applic

3、ations. I introduce the working principle of three-phase bridge PWM inverter circuit here and establish the state-space model of the output circuit.I will also analyze the controllability and observability of space model. I have established the simulationmodel of PWM inverter circuit in three phase

4、bridgebipolarcontrol mode with the use of Matlabsimulationtool simulink.Through dynamic simulation Ihave studyed the modulation depth , the carrier frequency of the output voltage, and the load current effects.Keywords：Matlab/Simulink;PWM inverter circuit; state-space model1.引言在電力電子技術中，把直流電變為交流電稱為逆變

5、。逆變電向交流負載供電時需要逆變電路；交流電動機調速用變頻器、不間斷電源、感應加熱電源等電力電子裝置的核心部分也是逆變電路。這里主要討論雙極性控制下的三相橋式逆變電路，以與其輸出電路的狀態空間模型的分析和建立。并應用Matlab的可視化仿真工具Simulink，對該電路進行建模，并對不同調制深度、載波頻率情況下對輸出電壓、負載上電流進行了仿真分析，加深了PWM逆變電路的理論認識。本文中仿真軟件采用MATALABR2013a版本。2. 三相橋式PWM逆變電路的工作原理圖1三相橋式PWM型逆變電路圖1是三相橋式逆變電路，這種電路采用雙極性控制方式。U、V和W三相的PWM控制通常公用一個三角波載波，

6、三相的調制信號、和依次相差120。U、V和W各相功率開關器件的控制規律一樣，現以U為例來說明。當EQ時，上橋臂V1導通，下橋臂V4關斷，則U相相對于直流電源假想中點的輸出電壓 。當時，V4導通，V1關斷，則。 V1和V4的驅動信號始終是互補的。當給V1(V4)加導通信號時，可能是V1(V4)導通，也可能是二極管VD1(VD4)續流導通，這要由阻感負載中電流的方向來決定。、和的PWM波形都只有兩種電平。 3. 狀態空間模型圖2顯示了L-C輸出濾波器得到的電流和電壓方程。圖2 L-C輸出濾波器得到的電流和電壓方程根據基爾霍夫定律，節點a、b、c可列出下列電流方程方程節點a： （1-1）節點b： （

7、1-2）節點c： （1-3） 其中， （1-4）由以上四式計算可得： （1-5）根據基爾霍夫定律，可列出逆變電路輸出部分的電壓方程： （1-6）由（1-6）式可轉化為： (1-7)根據基爾霍夫定律，可以列出負載回路的電壓方程： （1-8）由（1-8）可以轉化成 (1-9)由此可將（1-5）、（1-7）、（1-9）寫成矩陣的形式： （1-10） 其中，L根據（1-10）我們可以建立此模型的狀態空間模型：狀態方程：輸出方程：其中，狀態向量，輸入向量，輸出向量系統矩陣，輸入矩陣，輸出矩陣，直接傳遞矩陣D=04. 系統的可控性和可觀測性4.1 可控性判斷 用可控性的秩判據來判斷系統能控性，系統狀態完全

8、能控的充分必要條件是能控性矩陣滿秩，即。MATLAB中的ctrb指令求出可控性矩陣，=9，由于可控性矩陣滿秩，所以此系統可控。調用格式為：=ctrb（A,B） TA=ctrb (A,B); rank(TA)ans =94.2 可觀測性判斷用系統可觀測性的秩判據來判斷系統能觀性，系統狀態完全能觀的充要條件是可觀測性矩陣滿秩。MATLAB中的obsv指令可以求得可觀測性矩陣，=9，由于可觀測性矩陣滿秩，所以此系統可觀。調用格式為：=obsv（A,C） TC=obsv (A,C); rank(TC)ans =95. Simulink仿真結果圖3仿真波形。圖3中第一個圖表表示逆變后輸出線到線電壓（Vi

9、AB、ViBC、ViCA）；第二個表示逆變后輸出電流（iA、iB、iC）；第三個表示負載線電流（iLA、iLB、iLC）圖4 輸出線電壓的波形圖5 逆變后輸出電流的波形圖6 負載電路線電流的波形6. 小結本課題討論了雙極性控制下的三相橋式逆變電路，以與其輸出電路的狀態空間模型的分析和建立。并應用Matlab進行了Simulink仿真。在完成設計的過程中查看了部分電力電子書籍和一些文獻材料，復習了PWM逆變電路的理論知識，加深了對現代控制系統部分容的理解。在此，感同學在Matlab使用上對我的幫助。本次設計是綜合運用所學知識，發現、提出、分析和解決實際問題鍛煉實踐能力的重要環節，我覺得是對我實際

10、工作能力的具體訓練和考察過程。隨著科學技術發展的日新日異，電子技術已經成為當今世界空前活躍的領域，在生活中可以說得是無處不在。此次設計暴露了很多問題，本科的知識掌握很不牢靠，今后對各個學科的學習不能放松。參考文獻：1王兆安,進軍.電力電子技術(第5版)M.:機械工業,2009.2朱南,理兵,葉衛川,徐俊佩.基于MATLAB的單相PWM逆變電路的仿真研究J.電子世界,2012,07:70-72.3王健,王亞慧.帶LC濾波器的PWM逆變器建模研究J.建筑工程學院學報,2007,01:52-55.4桂英,粟時平.“電力電子技術”的Matalab/Simulink教學仿真實踐J.電氣電子教學學報,20

11、11,33(1):87-89. 5興佳,純明,宏峰,美英.基于Matlab/Simulink的雙PWM逆變系統仿真J.電氣技術,2007,12:20-23.6王振.三相PWM逆變器新型控制策略研究D.大學,2009.7 徐順剛,許建平,太強.SPWM逆變電源輸出諧波分析與抑制方法研究J.電子科技大學學報.2010(05)8胡賽純.SPWM單相逆變電路的諧波分析J.通信電源技術,2011,03:45-47.9俞威,金天均,文濤,呂征宇.基于PWM逆變器的LC濾波器J.機電工程,2007,05:50-52.10 薛定宇, . 基于Matlab/Simulink 的系統仿真技術與應用M. : 清華大

12、學，2002.11 Patel H. S. , Hoft R. G. Generalized techniques of harmonicelimination and voltage control in thyristor inverter-s Part : Harmo nic elimination, Par t : Voltage control techniques J . IEEE- IA- 9, 1973: 310- 317附錄：MATLAB代碼clear all Vdc= 400; Lf= 800e-6;Cf= 400e-6; Lload = 2e-3;Rload= 5; f=

13、 60;fz = 3e3; a= 0.6;w= 2*pi*60; Tz= 1/fz; V_ref= (2/3)*a*Vdc; A=zeros(3,3) eye(3)/(3*Cf) -eye(3)/(3*Cf)-eye(3)/Lf zeros(3,3) zeros(3,3)eye(3,3)/Lload zeros(3,3) -eye(3)*Rload/Lload; B=zeros(3,3)eye(3)/Lfzeros(3,3);C=eye(9); D=zeros(9,3); Ks = 1/3*-1 0 1; 1 -1 0; 0 1 -1;由MATLAB代碼繪制仿真結果ViAB = Vi(:,1);V