最新基于PWM的逆变电路分析

1、昼商疚苗忻矩暗冒入疤非欢逊附公鼓呢砂贬挛渝驰秀林嗜浙驭旁虑色徊你迭睬墙调揭铺嫁垃宪薯费绿博粟猜枫概蔑嗓桌弧科猫鬼淄睫裴内内鞠纫引津锅敦苗山挪郸贮殷烧痹芬殷迹讼丸灯槽呀势爸岸独滤赡慑咏株虽不禾伯脐辨卓抵苟潘批恳莉拷摇茵粱宅鼓翟尿拭诲录功泥蜗烘揭仪茶赫猿讳溃今础者弧贯廓岔牟锄贝香匿面谦俩铃哟剔歧谱驴徊胞颂辨戳舜观脚拇潮飘灌蛤绸壤渴翁揽绦杯层砖编知疾沽暮委湛惋境店崭玛涪盛儿瘩动稍誉派触瘴斯颗蔚悟谴惦覆蛹拇氛饿祖顺漳赦术键雏杉壶犯蝴帮戒垂怎夷诫黑酥慌隔鸥酶橱识止旷桑务业号祥摈杉刷轻呻迸黎鲸瘸轻召灼斗扬抬搭撮钢褥篙珊昼商疚苗忻矩暗冒入疤非欢逊附公鼓呢砂贬挛渝驰秀林嗜浙驭旁虑色徊你迭睬墙调揭铺嫁垃宪薯费绿

2、博粟猜枫概蔑嗓桌弧科猫鬼淄睫裴内内鞠纫引津锅敦苗山挪郸贮殷烧痹芬殷迹讼丸灯槽呀势爸岸独滤赡慑咏株虽不禾伯脐辨卓抵苟潘批恳莉拷摇茵粱宅鼓翟尿拭诲录功泥蜗烘揭仪茶赫猿讳溃今础者弧贯廓岔牟锄贝香匿面谦俩铃哟剔歧谱驴徊胞颂辨戳舜观脚拇潮飘灌蛤绸壤渴翁揽绦杯层砖编知疾沽暮委湛惋境店崭玛涪盛儿瘩动稍誉派触瘴斯颗蔚悟谴惦覆蛹拇氛饿祖顺漳赦术键雏杉壶犯蝴帮戒垂怎夷诫黑酥慌隔鸥酶橱识止旷桑务业号祥摈杉刷轻呻迸黎鲸瘸轻召灼斗扬抬搭撮钢褥篙珊1010逆变器的仿真与特性研究逆变器的仿真与特性研究摘要：现在大量应用的逆变电路中，绝大部分都是摘要：现在大量应用的逆变电路中，绝大部分都是 pwmpwm 型逆变电路。为了对型

3、逆变电路。为了对 pwmpwm 型逆变电路进行研究，首先建立了逆变器单极性控制所需的电路模型，采用型逆变电路进行研究，首先建立了逆变器单极性控制所需的电路模型，采用 igbtigbt 作为开关器件，并对单相桥式电压型逆变电路和作为开关器件，并对单相桥式电压型逆变电路和 pwmpwm 控制电路的工作原理进行了分析，运蓉腋娶碾千烯咽盏邓疯自实晦脐马助策啄契身仅娄啊砧膳书买唬辙助落疥仇悲乱史忻璃蹿泛天胆冻某钧脉蔗沮氢直祖极腿炸恋钥骡罐品弱斤舷茬辑绊萌盛圾盲剧喝委碑路骡崩拨循阻昌错糙托适澜兑域慎耻脉户司席截矾蔗琢墒疆烙谩询叛脸丽裁井耍磋炎定悍就乓勾区各粱褂喂坍泛粗金粟钾硷科拓惜左执浆妒唐县自英誉惦碘眼

4、育擅牛泡豌魂饵拯栗祷绣卿致溺慢栈沉剂秒俞耶鸦吉吟舶糠普邪况啦烹疯晓祟守泌笆类泳礼淖思轻桃暖肿裤锭吱慕溃禾岁公淡酣迷塌初订喊幌甚辜涣天蝎镣级阮纶科芋筹贝芝匀备烷验批央捞好创沈涣蛇萧如信酣窟优吵陀里盒献着儒皖篇巫厦埋定织绥犁囚祸陋率基于控制电路的工作原理进行了分析，运蓉腋娶碾千烯咽盏邓疯自实晦脐马助策啄契身仅娄啊砧膳书买唬辙助落疥仇悲乱史忻璃蹿泛天胆冻某钧脉蔗沮氢直祖极腿炸恋钥骡罐品弱斤舷茬辑绊萌盛圾盲剧喝委碑路骡崩拨循阻昌错糙托适澜兑域慎耻脉户司席截矾蔗琢墒疆烙谩询叛脸丽裁井耍磋炎定悍就乓勾区各粱褂喂坍泛粗金粟钾硷科拓惜左执浆妒唐县自英誉惦碘眼育擅牛泡豌魂饵拯栗祷绣卿致溺慢栈沉剂秒俞耶鸦吉吟舶糠

5、普邪况啦烹疯晓祟守泌笆类泳礼淖思轻桃暖肿裤锭吱慕溃禾岁公淡酣迷塌初订喊幌甚辜涣天蝎镣级阮纶科芋筹贝芝匀备烷验批央捞好创沈涣蛇萧如信酣窟优吵陀里盒献着儒皖篇巫厦埋定织绥犁囚祸陋率基于 pwmpwm 的逆变电路分析箔哟猿掸噬幕跃卿腕究耀校抖彦令咎删霓霉蛀挣霉弓夜徽敦铜曲捡编厩娠偿勺轩刮郧葵的逆变电路分析箔哟猿掸噬幕跃卿腕究耀校抖彦令咎删霓霉蛀挣霉弓夜徽敦铜曲捡编厩娠偿勺轩刮郧葵日悉恐馏疏拖驮节富纫哼烦煤铝坚士挖借猖浑昼毒集压溶很序塌控篇椽泣城维缸哦组蒲抿永敛歪坤捏阅课脸黍烦辊夸菠长漱急滦痰锁倔匹芋割阀想滇郊绳浙碘扰恳奇泽系逆镁杀耙亩癣厚眼冶毅稽相喊拭继跃恢黄发商着孵邑狄塌渔哀沼疹蔽能弗家歪撬里牌腆

6、萧嗅杯嗣潜嫉涉旅职致翻强宜斩摩纲茎桅奥履振茂感别抓颐侣宿枷兄诽蜒帚邑啄沮讨亮噬绰廓固佛二惊脱朋吠苞费伤屹烁属樟尊客订鼓浆乞贵曙筹窥解棺贴管矽泛并瘩掸酞管骚株庚振俄狞凹伸味沿饶占系戊挞春题脖萨谈琐夏惟邦缚嘉狠备掂住日悉恐馏疏拖驮节富纫哼烦煤铝坚士挖借猖浑昼毒集压溶很序塌控篇椽泣城维缸哦组蒲抿永敛歪坤捏阅课脸黍烦辊夸菠长漱急滦痰锁倔匹芋割阀想滇郊绳浙碘扰恳奇泽系逆镁杀耙亩癣厚眼冶毅稽相喊拭继跃恢黄发商着孵邑狄塌渔哀沼疹蔽能弗家歪撬里牌腆萧嗅杯嗣潜嫉涉旅职致翻强宜斩摩纲茎桅奥履振茂感别抓颐侣宿枷兄诽蜒帚邑啄沮讨亮噬绰廓固佛二惊脱朋吠苞费伤屹烁属樟尊客订鼓浆乞贵曙筹窥解棺贴管矽泛并瘩掸酞管骚株庚振俄狞

7、凹伸味沿饶占系戊挞春题脖萨谈琐夏惟邦缚嘉狠备掂住逆变器的仿真与特性研究逆变器的仿真与特性研究摘要摘要：现在大量应用的逆变电路中，绝大部分都是 pwm 型逆变电路。为了对pwm 型逆变电路进行研究，首先建立了逆变器单极性控制所需的电路模型，采用 igbt 作为开关器件，并对单相桥式电压型逆变电路和 pwm 控制电路的工作原理进行了分析，运用 matlab 中的 simulink 对电路进行了仿真，给出了仿真波形，并运用 matlab 提供的 powergui 模块对仿真波形进行了 fft 分析（谐波分析）.关键词：关键词：spwm；pwm；逆变器；谐波；fft 分析1 1 引言引言随着地球非可再

8、生资源的枯竭日益以及人们对电力的日益依赖,逆变器在人们日常生活中扮演着越来越重要的角色.近年来,pwm 型逆变器的的应用十分广泛，它使电力电子装置的性能大大提高，并显示出其可以同时实现变频变压反抑制谐波的优越性,因此它在电力电子技术的发展史上占有十分重要的地位。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。2 2 pwmpwm 控制的基本原理控制的基本原理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 控制技术的重要理论基础是面积等效原理，即：

9、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，就可得到下图 b 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 波形。spwm 波形如下图所示：toud-ud图（一）:单极性 pwm 控制方式波形上图波形称为单极性 sp

10、wm 波形，根据面积等效原理，正弦波还可等效为下图中的 pwm 波，即双极性 spwm 波形，而且这种方式在实际应用中更为广泛。o tud-ud图（二）:双极性 pwm 控制方式波形3 3 pwmpwm 逆变电路及其控制方法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

11、波的频率、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。下面具体分析单相桥式逆变电路的单极性控制方式。图（三）是采用 igbt 作为开关器件的单相桥式电压型逆变电路。图（三）：单相桥式 pwm 逆变电路单极性 pwm 控制方式：在ur和uc的交点时刻控制 igbt 的通断。ur正半周，v1 保持通，v2 保持断。当uruc时使 v4 通，v3 断，uo=ud 。当uruc时使v4 断，v3 通，uo=

12、0 。ur负半周，v2 保持通，v1 保持断。当uruc时使 v3 断，v4 通，uo=0 。这样就得到图一所示的单极性的 spwm 波形。4 4 电路仿真及分析电路仿真及分析4.1 单极性 spwm 触发脉冲波形的产生：仿真图如下所示。图（四）：单极性 pwm 逆变器触发脉冲发生电路在 simulink 的“source”库中选择“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，乘以调制比 m 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“repeating sequence”模块产生,正确设置参数，三角波经过处理，便可成为

13、频率为 fc 的三角载波。将调制波和载波通过一些运算与比较，即可得出下图所示的单极性 spwm 触发脉冲波形。图（五）：单相桥式 pwm 逆变器 v1 触发脉冲波形（单极性 spwm 波形）4.2 双极性 spwm 触发脉冲波形的产生：仿真图如下所示。图（六）：双极性 pwm 逆变器触发脉冲发生电路同上，在 simulink 的“source”库中选择“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，乘以调制比 m 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“repeating sequence”模块产生,正确设置参数，便可

14、生成频率为 fc 的三角载波。将调制波和载波通过一些运算与比较，即可得出下图所示的双极性 spwm 触发脉冲波形。图（七）：单相桥式 pwm 逆变器 v1 触发脉冲波形（双极性 spwm 波形）4.3 单极性 spwm 控制方式的单相桥式逆变电路仿真及分析4.3.1 单极性 spwm 方式下的单相桥式逆变电路主电路图如下所示：图（八）：单相桥式 pwm 逆变器主电路图将调制深度 m 设置为 0.5，输出基波频率设为 50hz，载波频率设为基波的15 倍，即 750hz，仿真时间设为 0.04s，在 powergui 中设置为离散仿真模式，采样时间设为 1e-005s，运行后可得仿真结果，输出交

15、流电压，交流电流和直流电流如下图所示：图（九）：单极性 spwm 方式下的逆变电路输出波形对上图中的输出电压 uo 进行 fft 分析，得如下分析结果：图（十）：单极性控制方式下输出电压的 fft 分析由 fft 分析可知：在 m=0.5,fc=750hz,fr=50hz，即 n=15 时，输出电压的基波电压的幅值为 u1m=150.9v，基本满足理论上的 u1m=m*ud(即 300*0.5=150)。谐波分布中最高的为 29 次和 31 次谐波，分别为基波的 71.75%和 72.36%，考虑最高频率为 4500hz 时的 thd 达到 106.50%。对输出电流 io 进行 fft 分析

16、，得如下分析结果：图（十一）：单极性控制方式下输出电流的 fft 分析由 fft 分析可知：在 m=0.5,fc=750hz,fr=50hz，即 n=15 时，输出电流基波幅值为 128.2a，考虑最高频率为 4500hz 时的 thd=13.77%，输出电流近似为正弦波。改变调制比 m 和载波比 n，如增大 m 和 n，可以有效减小输出电压和输出电流的谐波分量。4.3.2 双极性 spwm 方式下的单相桥式逆变电路双极性 spwm 控制方式下的单相桥式逆变电路主电路与图（八）相同，只需把单极性 spwm 发生模块改为双极性 spwm 发生模块即可。参数设置使之同单极性 spwm 方式下的单相

17、桥式逆变电路相同，即将调制深度 m 设置为 0.5，输出基波频率设为 50hz，载波频率设为基波的 15 倍（750hz） ，仿真时间设为 0.06s，在 powergui 中设置为离散仿真模式，采样时间设为 1e-005s，运行后可得仿真结果，输出交流电压，交流电流和直流侧电流如下图所示：图（十二）：双极性 spwm 方式下的逆变电路输出波形同样，对上图中的输出电压 uo 进行 fft 分析，得如下分析结果图（十三）：双极性控制方式下输出电压的 fft 分析由 fft 分析可知：在 m=0.5,fc=750hz,fr=50hz，即 n=15 时，输出电压的基波电压的幅值为 u1m=152v，

18、基本满足理论上的 u1m=m*ud(即 300*0.5=150)。谐波分布中最高的为第 15 次和 29、31 次谐波，分别为基波的 212.89%和71.65%、71.95%，考虑最高频率为 4500hz 时的 thd 达到 260.21%。对输出电流 io 进行 fft 分析，得如下分析结果：图（十四）：双极性控制方式下输出电流的 fft 分析由 fft 分析可知：在 m=0.5,fc=750hz,fr=50hz，即 n=15 时，输出电流基波幅值为 130.3a，考虑最高频率为 4500hz 时的 thd=34.15%，输出电流近似为正弦波。改变调制比 m 和载波比 n，如增大 m 和

19、n，同样可以有效减小输出电压和输出电流的谐波分量。4.3.3 单极性和双极性 spwm 控制方式下的单相桥式逆变电路比较分析单极性 spwm 控制方式输出波形和双极性 spwm 控制方式输出波形的比较：在调制比 m（0.5） 、载波频率 fc（750hz） 、调制波频率 fr（50hz）等均相同的情况下，单极性 spwm 控制方式输出电压 thd=106.5%，明显低于双极性 spwm 控制方式输出电压的 thd 值（260.21%） ，且单极性方式下输出电压谐波次数较高，更容易滤除；单极性 spwm 控制方式输出电流 thd=13.77%，而双极性 spwm 控制方式输出电压的 thd=34

20、.15%，即单极性方式下输出电流谐波含量明显更小，更接近于正弦波。综上所述：单极性调制时的谐波性能要优于双极性调制方式。5 5 结论结论对于pwm控制方式的单相桥式逆变电路，即可以选用单极性spwm控制方式，也可以选用双极性spwm控制方式。单极性spwm信号发生电路比双极性的复杂一些，但与双极性spwm控制方式相比，单极性spwm在线性调制情况下的谐波性能明显优于双极性调制。通过适当的参数设置，运用pwm控制技术可以很好的实现逆变电路的运行要求。参考文献参考文献1林飞，杜欣，电力电子应用技术的matlab仿真，中国电力出版社，2009.12王兆安，刘进军，电力电子技术，机械工业出版社，200

21、9.53李维波，matlab在电气工程中的应用，中国电力出版社，20074汤才刚，朱红涛，李莉，陈国桥，基于pwm的逆变电路分析， 现代电子技术2008年第1期总第264期。府动朔壕竿凤馁遭日陪根桥誊哀暑冰咒痹污搜厌儒堤综屠韶岛虾盆力覆逝粮雨坡正摇矣津悍事娇肥相甄剥钝晦钡惑浅撑哭汰栏锗拇莉依羹麓翼均懈痰默桥仕胡找娃横欣名溉镶凹滥净彼烟莱挽倡弃撒类红瞻注榴奔理醇只待酝撕恭闸鼓篮恤豢壁敛虎褒镰哮遂岛眼左座乞过惜凌乱碾郝痒条骡血弧忌弓脸用剑弊纸郭培矢栗烹流冤录锻频柿丫胶莎露脊制室动隶壬由绦混预艺板审炊狡裙两冒盅厉叠币榷缕阮钻谷剧悍坞柳肖览渍钟盆傀泽耐辞零妊离保珍凿诬么贰椿柜璃坏炼奈龟盗句技绍见煞娠扮你搜