Gamer 询|/\/ |/y Phase A Upper |~_ri1.三相DC-AC逆变实验1.1基础知识回顾下图为三相逆变器的拓扑示意图，它由六个桥臂组成，每个桥臂都由一个全控的 IGBT反并联一个二极管组成这个变流器可以实现 DC/AC之间的能量双向转换，是电力电子与电机驱动系统中最常见的电力电子拓扑之一图1-1 :三相电压型逆变器结构SPWM的基本原理：SPWM调制的基本原理是把正弦调制波与三角形载波进行比较：当正弦波大于三角波时，给上桥臂导通信号，给下桥臂关断信号；当正弦波小于三角波时，给上桥臂关断信号，给下桥臂导通信号；这样就可以得到脉冲宽度按正弦规律变化的和正弦波等效的 PWM波形，也称为SPWM(Sinusoidal PWM)，图1-2的具体展示的如何通过参考波与三角载波比较来生成 A相上桥臂的PWM脉冲firri—图1-2 : SPWM的基本概念调制比m :调制比m指的是参考正弦波的幅度与三角载波幅度的比值， 对于SPWM调制来说，三相变流桥逆变生成的基频电压波形的幅度 W与调制比m和直流电压Vdc有如下的关系:Vdc? m2死区的概念:对于电压源型的逆变电路， 上下桥臂的开关命令是互补的。
由于实际的开关器件不是理需要把每个管想的，不能瞬时关断，为了避免上下桥臂的开关器件同时导通，烧坏器件 子的开通命令稍微延迟一段时间再发出，这个时间也常常被称为死区时间1.2实验实验电路：图1-3为本实验的电路， 是一个三相 DC-AC的逆变电路，其中2LevelBridge 是三相逆变桥的一个封装，其内部具体的拓扑结构可见图 1-1，这个逆变电路将直流电通过变流桥逆变为交流电供给三相 RL负载其中Vdc为100V,三相RL负载中，R=2.5 ohm, L=0.002H 仿真步长为1微秒5F 皀 隹1»>D1LabeVabcMP杠卒已5己B b图1-3： DC-AC逆变电路实验步骤：1.将参考正弦波的频率设置为 50Hz,调制比m设置为0.7，载波频率设置为2k, PWM死区时间为3微秒在界面上观察交流电流的频率和幅度可以看到交流电流的频率同参考正弦的频率一致，也是 50Hz,同时从电流的波形上可以看出由于 PWM调制引起的高次谐波Ia RMS为9.41，THD为11.7%图1-4 :三相DC-AC逆变实验波形I\» 77 it波形可以观察到提高载波频率后， 电流波形的谐波成分明显下降了， THD为6.02%。
2.将参考正弦波频率设置为 100 Hz，可得到如下实验波形可以看到交流电流的频率跟随参考波变化，同时注意到电流的幅度有变小la_rms 为 8.69/V [bn.00014•FJ tLL>-LJ¥la^imr图1-5 : 三相DC-AC逆变实验波形 II3.把参考正弦波的频率改回50Hz，同时把载波频率设置为4k可以得到如下的实验图1-6 : 三相DC-AC逆变实验波形 III4.观察A相的上桥臂和下桥臂的 PWM脉冲，观察找到死区的细节 (即脉冲延迟一段 时间变高)从下图可以看到无论是上桥臂还是下桥臂，脉冲的上升沿都是延迟了 死区的时间再变高fi-pneldw<0_20^.0022 0.0025 O.miZ4 DjQO25 0.0026 0.M2JTirn«CLQM嗣GOO 诒 d.odz HM21图1-7 : PWM死区观察[实验作业1]:根据电路参数和 SPWM理论，计算出如上两个实验中的基波电流的理论值，并与实验结果比较，并解释参考波频率变大，电流变小的原因[实验作业2]:讨论为什么载波频率(PWM频率)变大，有利于降低谐波成分实际系统中提高载波频率的主要限制是什么1.3实验题参考解答[问题1]:基频的电压理论幅度为 100*m/2=100*0.7/2=35 V实验电路在50Hz时的等效阻抗为 2.5+(2pi*50*2e-3)j, 基波电流幅度为35/(2.5+0.628j) 约为 13.55，RMS约为9.58 ;实验电路在 200Hz时的等效阻抗为2.5+(2pi*200*2e-3)j, 基波电流幅度为 35/(2.5+2.512j) 约为 9.876，RMS 约为 6.98 ;理论数值与实验数值非常接近， 基本一致(细小差别主要是由 PWM死区，离散积分仿真等导致 实验值于理想数值的差别） 。
同时从计算的过程可以看出参考频率变大， 电流变小的原因是； 高频时电感对应的阻抗 变大[问题 2] ：这个主要是因为根据 PWM 理论，交流电流的谐波频率成分分布在载波的频率的整数倍 附近，所以载波频率越高，其对应的谐波的频率越高；由问题 1 已知，越高频时电感对应 的阻抗越高，谐波电流越小因为较高的载波频率是降低交流谐波的重要方法但在实际系统中，受限于开关的本身的物理性能（开通关断需要一定的时间） ，也受限 于开关器件发热等因素， PWM 频率也不能太高。