单相和三相逆变器SPWM调制技术的仿真与分析

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1、目录1.引言-1-2.PWM控制的基本原理-1-3.PWM逆变电路及其控制方法-2-4.电路仿真及分析-3-4.1双极性SPWM波形的产生-3-4.2三相SPWM波形的产生-5-4.3双极性SPWM控制方式单相桥式逆变电路仿真及分析-6-5.双极性SPWM控制方式的单相桥式逆变电路和三相逆变电路比较分析-11-6.结论-12-7.参考文献-12-第-13-页共13页1.引言PWM技术的的应用十分广泛，目前中小功率的逆变电路几乎都采用了PWM技术。它使电力电子装置的性能大大提高，因此它在电力电子技术的发展史上占有十分重要的

2、地位。PWM控制技术正是有赖于在逆变电路中的成功应用，才确定了它在电力电子技术中的重要地位。常用的PWM技术包括：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）。2.PWM控制的基本原理PWM（PulseWidthModulation）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控制技术的重要理论基础是面积等效原理，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。下面分析如何

3、用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波。把正弦半波分成N等分，就可以把正弦半波看成由N个彼此相连的脉冲序列所组成的波形。如果把这些脉冲序列用相同数量的等幅不等宽的矩形脉冲代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点重合，且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积（冲量）相等，就可得到图1所示的脉冲序列，这就是PWM波形。像这种脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形，也称为SPWM波。OwtUd-Ud图1单极性SPWM控制方式波形上图所示的波形称为单极性SPWM波形，根据面积等效原理，正弦波还可等效为图2中所示的P

4、WM波，这种波形称为双极性SPWM第-13-页共13页波形，而且这种方式在实际应用中更为广泛。OwtUd-Ud图2双极性SPWM控制方式波形1.PWM逆变电路及其控制方法PWM逆变电路可分为电压型和电流型两种，目前实际应用的几乎都是电压型电路，因此本节主要分析电压型逆变电路的控制方法。要得到需要的PWM波形有两种方法，分别是计算法和调制法。根据正弦波频率、幅值和半周期脉冲数，准确计算PWM波各脉冲宽度和间隔，据此控制逆变电路开关器件的通断，就可得到所需PWM波形，这种方法称为计算法。由于计算法较繁琐，当输出正弦波的频率、

5、幅值或相位变化时，结果都要变化。与计算法相对应的是调制法，即把希望调制的波形作为调制信号，把接受调制的信号作为载波，通过信号波的调制得到所期望的PWM波形。通常采用等腰三角波作为载波，在调制信号波为正弦波时，所得到的就是SPWM波形。下面具体分析单相和三相逆变电路双极性控制方式。图3是采用IGBT作为开关器件的单相桥式电压型逆变电路。图3单相桥式PWM逆变电路第-13-页共13页单相桥式逆变电路双极性PWM控制方式：在的半个周期内，三角波载波有正有负，所得PWM波也有正有负，其幅值只有±两种电平。同样在调制信号和载波信号

6、的交点时刻控制器件的通断。正负半周，对各开关器件的控制规律相同。当>时，给V1和V4导通信号，给V2和V3关断信号。如>0，V1和V4通，如<0，VD1和VD4通，=。当<时，给V2和V3导通信号，给V1和V4关断信号。如<0，V2和V3通，如>0，VD2和VD3通，=-。这样就得到图2所示的双极性的SPWM波形。图4是采用IGBT作为开关器件的三相桥式电压型逆变电路。图4三相PWM逆变电路当时，给V1导通信号，给V4关断信号，；当时，给V4导通信号，给V1关断信号，。当给V1(V4)加导通信号时，可能是V1(V4)导通

7、，也可能是VD1(VD4)导通。、和的PWM波形只有两种电平。波形可由、得出，当1和6通时，=，当3和4通时，=，当1和3或4和6通时，=0。、的波形可同理得出。1.电路仿真及分析1.1双极性SPWM波形的产生：仿真电路图如图5所示。在Simulink的“Source”库中选择“Clock”模块，以提供仿真时间t,乘以后再通过一个“sin”模块即为sin，乘以调制比m第-13-页共13页后可得到所需的正弦波调制信号。三角载波信号由“Source”库中的“RepeatingSequence”模块产生,参数设置为【01//4

8、3//41/】和【01-10】，便可生成频率为的三角载波。将调制波和载波通过一些运算与比较，即可得出图6所示的双极性SPWM触发脉冲波形。图5双极性PWM逆变器触发脉冲发生电路图6双极性SPWM波形从上图可以看出，对于双极性SPWM控制方式，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，SPWM波也是在正负