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1、电力电子系统计算机仿真题目：双极性模式PWM逆变电路 班级： 姓名： 学号： 指导老师： 日期：摘 要PWM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控制技术在逆变电路中的应用最为广泛，现在大量应用的逆变电路中绝大部分都是PWM型逆变电路。本设计为双极性PWM方式下的单相全桥逆变电路，主要包括双极性SPWM控制信号的发生电路和带反并联二极管的IGBT作为开关器件的单相全桥电路。设计的重点在于运用MATLAB中的SIMULINK建立电路模型，对电路进行仿真，并对仿真结果进行分析，得出系统参数对输出的影响规律。 关键字：双极性PWM控制
2、逆变电路 SIMULINK仿真 目录1、 主电路工作原理 3 1.1 PWM控制技术及SPWM波的生成3 1.1.1 PWM控制的基本原理3 1.1.2 SPWM法的基本原理 41.1.3规则采样法 4 1.2 单极性和双极性PWM控制逆变电路分析 5 1.2.1 单极性PWM控制方式 6 1.2.2 双极性PWM控制方式 62、 MATLAB仿真及结论分析 7 2.1 建立仿真模型 7 2.1.1 双极性SPWM控制信号的仿真模型 7 2.1.2 双极性模式PWM逆变电路仿真模型10 2.2 双极性模式PWM逆变电路仿真结果及分析133、 PSIM仿真及结论分析20 3.1 建立仿真模型20
3、 3.2 仿真结果及分析21四、总结与体会26五、参考文献27一、主电路工作原理1.1 PWM控制技术及SPWM波的生成1.1.1 PWM控制的基本原理PWM（Pulse Width Modulation）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控制技术在逆变电路中的应用最为广泛，对逆变电路的影响也最为深刻，PWM控制技术在逆变电路中的应用也最具代表性。面积等效原理是PWM控制技术的重要理论基础，即在采样控制中，冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的同一环节上时，其效果基本相同。其中，冲量指的是窄脉冲的面积；效果基本相同是指环节的
4、输出响应波形基本相同。如图1.1.1(1)所示，三个窄脉冲形状不同，但是它们的面积都等于1，当它们分别加在如图1.1.1(2)(a)所示的R-L电路上时，并设其电流i(t)为电路的输出，则其输出响应波形基本相同且如图1.1.1(2)（b）所示。 （a） (b) (c) (d) 图1.1.1（1） 冲量相等、形状不同的窄脉冲（a） (b)图1.1.1（2） 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲及响应波形1.1.2 SPWM法的基本原理脉冲幅值相等而脉冲宽度按正弦规律变化而正弦波等效的PWM波称为SPWM(sinusoidal PWM)波形。如图1.1.2所示，把正弦半波分成N等份，就可以把正弦半波看成
5、是由N个彼此相连的脉冲序列所组成的波形，这些脉冲宽度都等于，但幅值不等，且脉冲顶部不是水平直线，而是按正弦规律变化的曲线。如果把这些脉冲序列用相同数量的等幅值而不等宽的矩形脉冲来代替，使矩形脉冲的中点和相应的正弦波部分中点重合，且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积相等，则可得图所示的矩形脉冲序列，这就是SPWM波形。图1.1.2 用PWM波来代替正弦半波1.1.3 规则采样法SPWM的控制就是根据三角载波与正弦调制波的交点来确定逆变器功率开关器件的通断时刻。规则采样法是一种应用较广的工程实用方法，一般采用三角波作为载波，其原理就是用三角波对正弦波进行采样得到阶梯波，再以阶梯波与三角波的交点时刻控
6、制开关器件的通断，从而实现SPWM法.当三角波只在其顶点(或底点)位置对正弦波进行采样时，由阶梯波与三角波的交点所确定的脉宽，在一个载波周期(即采样周期)内的位置是对称的，这种方法称为对称规则采样其原理如图1.1.3所示。 图1.1.3 规则采样法生成SPWM波的原理图假设三角波的幅值为1,正弦函数为=M，M为调制度且0M时，使导、关断，=。当时，使关断、导通，=0。b)在的负半周时，保持断态，保持通态。当时，使关断、导通，=0。图1.2.1 单极性PWM控制方式波形1.2.2 双极性PWM控制方式如图1.2.2所示，在调制信号和载波信号的交点的时刻控制各个开关器件的通断。a)在的半个周期内，
7、三角波载波有正有负，所得的PWM波也有正有负，在的一个周期内，输出的PWM波只有两种电平。b)在的正负半周，对各个开关器件的控制规律相同。当时，和导通，和关断，这时如果0，则和导通，如果0，则和导通，但不管那种情况都是=。当时，和导通，和关断，这时如果0，则和导通，但是不管哪种情况都是= -。图1.2.2 双极性PWM控制方式波形二、MATLAB仿真及结论分析2.1 建立仿真模型 本设计为单相PWM逆变电路，工作方式为双极性PWM方式，开关器件选用IGBT，直流电压为300V,电阻负载，电阻1欧姆，电感2mh。 2.1.1 双极性SPWM控制信号的仿真模型在Simulink的“Source”库
8、中选择“Clock”模块，以提供仿真时间t，乘以2f后，再通过一个“sin”模块即为sinwt,乘以调整深度m后可得所需的正弦调整信号；三角载波信号由“Source”库中的“Repeating Sequence”模块产生，双击其对话框，设置“Times Values”为0 1/fc/4 3/fc/4 1/fc,设置“Output Values”为0 -1 1 0，便可生成频率为fc的三角载波：调制波和载波通过Simulink的“Logic and Bit Operations”库中的“Relational Operator”模块进行比较后所得信号，再通过适当处理便得四路开关信号，如图2.1.1
9、所示。图中的“Boolean” 和“double” 为“Signal Attributes” 库中的“Data Type Conversion”模块进行相应设置后所得。图2.1.1 双极性SPWM信号发生电路图 （1）主要参数设置图2.1.1（a） Gain模块参数设置图2.1.1（b） Relational Operator模块参数设置(2) 双极性SPWM控制方式仿真结果当调制深度m=0.5，载波频率fc=1500时，仿真结果如图2.1.1（c）所示。图2.1.1（c） 双极性SPWM控制方式仿真波形图为了使仿真界面简洁，仿真参数易于修改，可以对图2.1.1所示部分进行封装，使其成为一个便
10、于调用的模块。用鼠标选中图中的所有部分，单击右键并选择“Create Subsystem”,则选中的部分全都放入一个子系统模块，只保留了对外的输入输出接口，子系统模块如图2.1.1（d）所示。右键单击该模块，选择“Mask Subsystem”中的Para可对其进行封装。如图2.1.1（e）所示，设置m、f和fc三个参数并确定后，再单击该子系统模块则会出现如图2.1.1(f)所示的对话框，此时可根据仿真需要填写参数的具体数值。 图2.1.1（d） 子系统模块图 图2.1.1（f）双极性SPWMM模块对话框示意图图2.1.1（e） 双极性SPWMM模块封装设置示意图2.1.2 双极性模式PWM逆变电路仿真模型主电路中采用“Universal Bridge”模块,在对话框中选择
