单相正弦波PWM逆变电路仿真报告(Simulink)

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1、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

2、理2.2.1单极性控制方式调制信号ur为正弦波，载波uc在ur的正半周为正极性的三角波，在ur的负半周为负极性的三角波。在ur的正半周，V1保持通态，V2保持断态，在ur>uc时使V4导通，V3关断，u0=Ud;在uruc时使V4导通，V3关断，u0=0。这样就得到了SPWM波形u0。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ur的半个周

3、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ur的一个周期内，输出的PWM波只有±Ud两种电平，而不像单极性控制时还有零电平。在ur的正负半周，对各开关器件的控制规律相同。即ur>uc时，给V1和V4导通信号，给V2和V3以关断信号，如i0>0，则V1和V4通，如i0<0，则VD1和VD4通，不管哪种情况都是输出电压u0=Ud。ur0，则VD2和VD3通,不管哪种情况都是输出电压u0

4、=-Ud。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“UniversalBridge”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；“SeriesRLCBranch”模块去掉电容

5、后将阻感负载分别设为1Ω和2mH；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

6、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。图5单极性PWM控制信号产生原理3.2.2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⁡(2πft)以及m*sin⁡(2πft+π)由模块组合产生，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

7、载电流、直流侧电流如图7所示。图7m=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8m=0.5,fc=1000Hz时单极性输出电压FFT分析结果仿真(2)在(1)的基础上，将调制深度m改为1，其它参数不变,仿真后可得此时输出电压、负载电流及直流侧输电流波形如图9所示。图9m=1,fc=10

8、00Hz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10所示。输出电压基波幅值为300.1V，与理论值非常接近，其THD降为52.16%。而同样由于感性负载的存在，负载电流的THD为1.99%，比(1)中降低很多。图10m=1,fc=1000Hz时单极性输出电压FFT分析结果仿真(3)在(2)的基础上将载波频率提高到fc=2000Hz.仿真后，得到此时的输出电压，负载电流及直流侧电流波形如图