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1、安徽建筑工业学院毕业设计（论文）安徽建筑工业学院 毕 业 设 计(论 文)系 别 电子与信息工程学院 专 业 建筑电气与智能化 班 级 08建筑电气与智能化（1）班 学生姓名 学 号 082060120 设计课题 电力电子电路仿真研究 - 逆变电路（DC-AC）仿真研究 指导教师 2012年6月12 2安徽建筑工业学院毕业设计（论文）摘 要随着电力电子技术的不断发展，可控电路直流电动机控制，可变直流电源等方面得到了广泛的应用,而这些都是以逆变电路为核心。本文建立了基于MATLAB的单相和三相电压型SPWM逆变电路的动态模型给出了仿真的实例与仿真结果，验证了模型的正确性，并展现了MATLAB仿真
2、具有的快捷，灵活，方便，直观的优点，从而为电力电子电力的数学及设计提供了有效的工具。关键词：单、三相逆变；SPWM技术；MATLAB；SIMULINK；仿真；分析abstractWith the power electronics technology, computer technology, the rapid development ofautomaticcontrol technology, PWM technology is developing rapidly, SPWM sine pulse width modulation principle of this technolog
3、y is characterized by simple, versatile, with a fixed switching frequency, control and regulation performance, eliminate harmonics thatcontain only a fixed output voltage of high frequency harmonic components, simple design and a series of advantages, is a good waveform improvement Act. It was a sma
4、llinverter played an important role. SPWM technology become the most widely usedinverter with PWM technology. Therefore, the study of SPWM inverter characteristics ofthe basic working principle and the role of great significance.Key words:Sinusoidal pulse width modulation；inverters；matlab simulation
5、 目录第一章 绪论1第二章 单相电压型SPWM逆变电路42.1 单相电压型SPWM逆变电路的基本结构图42.2 单相电压型SPWM逆变电路的工作原理52.2.1 逆变器SPWM调制原理52.2.2 SPWM控制方式62.3 单相逆变器SPWM调制电路的Simulink模型92.3.1 单极性SPWM仿真92.3.2 双极性SPWM仿真102.4 模型参数的设定模型仿真图及其分析122.4.1 单极性SPWM仿真122.4.2 双极性SPWM仿真13第三章 三相电压型SPWM逆变电路16 3.1 三相逆变器SPWM调制电路的基本结构图16 3.2.三相逆变器SPWM调制电路的工作原理16 3.3
6、 三相逆变器SPWM调制电路的SIMULINK模型16 3.3.1 三相电压型逆变器SPWM仿真的模型图16 3.3.2 模型参数的设定模型仿真图及其分析17 3.4 死区时间的影响193.4.1 模型参数的设定模型仿真图及其分析21第四章 总结22第五章 致谢22第六章 参考文献23第一章 绪论20世纪60年代发展起来的电力电子技术，使电能可以交换和控制，生产了现在各种高效节能的新型电源和交直流调速装置，为工业生产，交通运输等提供了现代化的高新技术，提高了生产效率和人们的生活质量，使人类社会生活发生了巨大的变化。但是在电力电子技术中有关电能的变换与控制过程，内容大多涉及电力电子技术各种装置的
7、分析与大量计算，电能变换的波形分析，测量与绘图等，随着晶闸管所处状态的不同，系统的参数形式也不同，因而传统的计算机语言编程仿真程序冗长，可读性差，调试费时，大量的时间花在矩阵处理和图形的生成分析等繁琐易错的细节上，而这些工作特别适合MATLAB的使用。MATLAB运算功能强大，计算准确又快捷；同时MATLAB提供的动态仿真工具SIMULINK可直接建立电路仿真参数，并且可以立即得到参数修改后的仿真结果，直观性强，省去了编程步骤，实体图形化模型的仿真简单，方便，能节省设计时间与降低成本。MATLAB绘制的图形尤其准确，清晰，精美。电力电子技术领域通常利用MATLAB中的SIMULINK其中的电气
8、系统模块库（Power System Blockser）建立电力电子装置的简化模型并进行控制器的设计和仿真。现如今，逆变器的应用非常广泛，在已有的各种电源中，蓄电池，、干电池、天阳能电池都是直流电源，当需要这些电源向交流负载供电时，就需要逆变。另外，交流电机调速变频，感应加热电源等使用广泛的电力电子设备，都是以逆变电路为核心。本文利用MATLAB仿真软件对单、三相电压型逆变SPWM电路进行仿真分析，并得出正确的仿真结果。MATLAB环境（又称MATLAB语言）是由美国New Mexico 大学的Cleve Moler 于1980年开始研究开发的，1984年由Cleve Moler 等人创立的M
9、ath Works 公司推出的第一个商业版本。经过几十年MATLAB的发展，竞争和完善，现已成为国际公认最优秀的科技应用软件。MATLAB语言的两个最著名特点，即其强大的矩阵运算能力和完善的图形可视化功能，使得它成为国际控制界应用最广的首选计算机工具。在控制界，很多知名学者都能为其擅长的领域写出了工具箱，而其中很多工具箱已成为该领域的标准。MATLAB具有对应学科极强的适应能力，很快成为应用学科计算机辅助分析，设计，仿真，教学甚至科技文字处理不可缺少的基础软件。MATLAB命令和矩阵函数是分析和设计控制系统时经常采用的。MATLAB具有很多预定含义的函数，供用户在求解许多不同类型的控制问题时调
10、用。SIMULINK是MATLAB提供的一个用来对动态系统进行建模，仿真和分析的软件包。Simulink界面友好，他为用户提供了用方框图进行建模的图形接口，用户建模通过简单的单击和拖运就能实现，使得建模就像用纸和笔来画面一样容易。他与传统的仿真软件包相比，具有更直观，方便，灵活的优点。SIMULINK允许用户定制和创建自己的模块。SIMULINK模块库内资源相当丰富，基本模块库包括连续系统，离散系统非线性系统，信号与函数，输入模块，接收模块等等，使用方便。由基本模块又形成了其他的一些专业库，使仿真起来简单快捷，尤其是其中的电气系统模块库（Power System Blockser），可以使电力
11、电子技术的仿真变得更加容易。在建成模型结构后，就可以启动系统仿真功能来分析系统的动态特性。电力电子电路实验系统的Simulink仿真，具有以下特点：（1）仿真研究方法简单、灵活、多样。该仿真实验在仿真时还可以任意参数调整，体现了仿真研究和数学的方便性和灵活性（2）仿真结果直观。通过仿真研究可以得到有关系统设计的大量、充分而且直观的曲线与数据，方便对系统进行分析、改进。第二章 单相电压型SPWM逆变电路2.1 单相电压型SPWM逆变电路的基本结构图单相桥式逆变器有四个带反并联续流二极管的IGBT组成，分别为VT1VT4，直流侧由两个串联电容，他们共同提供直流电压Ud，负载为阻感负载，调制电路分别
12、由单相交流正弦调制波形和三角载波组成，其中三角载波和正弦调制波的幅值和频率之比分别被称为调制度和载波频率，这是SPWM调制中的两个重要参数。三角载波和正弦调制波相互调制产生四路脉冲信号分别给六个IGBT提供触发信号。图1 单相桥式SPWM型逆变电路2.2 单相电压型SPWM逆变电路的工作原理2.2.1 逆变器SPWM调制原理PWM控制技术在逆变电路中的应用十分广泛，目前中小功率的逆变电路几乎都采用了PWM技术。常用的PWM技术主要包括：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）。PWM（Pulse Width Modula
13、tion）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。图1中各个形状的窄脉冲在作用到逆变器中电力电子器件时，其效果是相同的，正是基于这个理论。 a)矩形脉冲 b)三角脉冲 c)正弦半波脉冲 d)单位脉冲函图2 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲图2分析如何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
14、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2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。SPWM调制技术才孕育而生。OwtUd-Ud图3 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3中所示的PWM波，这种波形称为双极性SPWM波形，而且这种方式在实际应用中更为广泛。OwtUd-Ud图4 双极性SPWM控制方式波形2.2.2 SPWM控制方式(a)SPWM包括单极性和双极性两种调制方法，（1）如果在正弦调制波的半个周期内，三角载波只在正或负的一种极性围内变化，所得到的SPWM波也只处于一个极性的范围内，叫做单极性控制方式。（2）如果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，则SPWM波也是在正负之间变化，叫做双极性控制方式.(b)单极性SPWM法:(1) 调制波和载波：SPWM采用的调制波为频率为fs的正弦波 载波uc是幅值为Ucm,频率为fc的三角波.调制波每半个周期对载波进行一次极性反转,载波为单极性不对称三角波.如图5所示为批p=15时的单相全桥单
