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文档简介

1、单相正弦波PWM逆变电路仿真报告1 .仿真目的:通过对单相SPWM逆变电路不同控制方式的仿真研究,进一步理解SPWM 控制信号的产生原理,单极性、双极性控制方式的原理及不同、载波比与调制深 度不同对逆变电路输出波形的影响等。2 .仿真原理:2.1 单相桥式逆变电路图1所示为单相桥式逆变电路的框图,设负载为阻感负载。在桥式逆变电 路中,桥臂的上下两个开关器件轮流导通,即工作时VI和V2通断状态互补, V3和V4的通断状态互补。下面将就单极性及双极性两种不同的控制方法进行 分析。图1单相桥式PWM逆变电路2.2 不同控制方式原理2.2.1 单极性控制方式调制信号3为正弦波,载波山在5的正半周为正极

2、性的三角波,在5的负 半周为负极性的三角波。在5的正半周,VI保持通态,V2保持断态,在5>Uc时 使V4导通,V3关断,Uo=Ud;在Ur<Uc时使V3导通,V4关断,Uo=O;在Ur的负 半周,VI保持断态,V2保持通态,在Ur<Uc时使V3导通,V4关断,Uo=-Ud;在时使V4导通,V3关断,Uo=0o这样就得到了 SPWM波形Uo。图2单极性PWM控制波形2.2.2 双极性控制方式采用双极性方式时,在Ur的半个周期内,三角波不再是单极性的,而是有正 有负,所得的PWM波也是有正有负。在Ur的一个周期内,输出的PWM波只有 土Ud两种电平,而不像单极性控制时还有零电平

3、。在W的正负半周,对各开关器 件的控制规律相同。即Ur>Uc时,给VI和V4导通信号,给V2和V3以关断信 号,如io>O,则VI和V4通,如曲<0,则VD1和VD4通,不管哪种情况都是输出 电压Uo=U“ W<Uc时,给V2和V3导通信号,给VI和V4以关断信号,这时如 io<O,则V2和V3通,如io>O,则VD2和VD3通,不管哪种情况都是输出电压uo= UdoUi图3双极性PWM控制波形3 .仿真过程:3.1 仿真主电路模型:仿真模型如图4所示,其中的PWM模块为根据不同控制方式自定义的子系 统封装模块,设置该模块的参数为m (调制深度)、f (调制

4、波频率)、fc (载波 频率),方便仿真时快捷调整调制深度及载波比,来观察不同参数对逆变电路输 出的影响。PWM图4仿真主电路图中的“Universal Bridge”模块,在对话框中选择桥臂数为2,即可组成单 相全桥电路,开关器件选带反并联二极管的IGBT:直流电压源模块设置为300V;"Series RLC Branch"模块去掉电容后将阻感负载分别设为1。和2 m H;在串联 RLC支路模块的对话框下方选中测量电压和电流,再利用“Multimeter”模块即 可观察逆变器的输出电压、电流;“Powergui”模块设置为离散仿真模式,采样 时间为le-5s。仿真时间设为

5、0.06s,选择。de45仿真算法。3.2 单极性PWM逆变仿真3.2.1 单极性PWM控制信号产生原理在本仿真中,采用同幅值、同频率的两条等腰三角载波分别与同幅值、同频 率,但相位相差180°的两条正弦调制波比较,经过处理后得到PWM控制信号, 原理如图5所示。由于两个桥臂是分开控制的同一桥臂上的两个开关在控制上仍 然互补。在输出电压的半个周期内,电压极性只在一个方向变化,故称为单极性%。mab。口皿叫皿川图5单极性PWM控制信号产生原理3.2.2 单极性控制仿真模型SeqbercaS图6单极性PWM控制信号产生模型在图6中,正弦波m * sin(2nft)以及m * sinQnf

6、t + n)由模块组合产生,与频 率为fc的等腰三角波比较后,经过处理产生单极性PWM控制信号。3.2.3 进行仿真及波形记录(1)调制深度m设为0.5,基波频率f设为50Hz,载波频率fc设为基频的20 倍,HP 1000Hzo运行仿真主电路,可得输出电压、负载电流、直流侧电流如图7 所示。图7 m=0.5,fc=1000Hz时单极性PWM逆变电路输出波形对此时的输出电压及负载电流进行FFT分析,结果如图8所示。输出电压基 波幅值为150.4V,与理论值很接近,约为基波幅值的50%o其THD为124.27%。 而由于感性负载的存在,负载电流的THD为4s7%。Fundamental (50H

7、z) = 150 4 , THD= 124 27%8 6 4 2 O.OO.O suauJEPUEO求)6夏05101520Harmonic order图8 m=0.5jc=1000Hz时单极性输出电压FFT分析结果仿真(2)在的基础上,将调制深度m改为1,其它参数不变,仿真后可得此 时输出电压、负载电流及直流侧输电流波形如图9所示。图9 m=l/fc=1000Hz时单极性PWM逆变电路输出波形对此时的输出电压及负载电流进行FFT分析,结果如图10所示。输出电压 基波幅值为300.1V,与理论值非常接近,其THD降为52.16%。而同样由于感性 负载的存在,负载电流的THD为1.99%,比(1

8、)中降低很多。Fundamental (50Hz) = 300.1 , THD= 52.16%2 1 8 6 4 2 0 一1 o o o O (-EUwEepunu.) 6裳05101620Harmonic order图10 m=l,fc=1000Hz时单极性输出电压FFT分析结果仿真(3)在的基础上将载波频率提高到fc=2OOOHz.仿真后,得到此时的输 出电压,负载电流及宜流侧电流波形如图11所示.图11 m=l,fc=2000Hz时单极性PWM逆变电路输出波形此时的输出电压基波幅值为300.2V, THD为52.1%;负载电流的THD降为 1.09%,更加接近正弦。图12 m=l,fc

9、=2000Hz时单极性负载电流FFT分析结果(-EESEBpunL Jo 在SW3.2.4 单极性控制仿真结果分析对比仿真(1)、(2)、(3)的仿真波形及FFT分析结果可以看出,相对于的结 果,(2)的结果波形中电压中心部分明显加宽,THD明显减小,负载电流波形更加 光滑;而(3)的结果波形中输出电压中心加宽更明显,负载电流的正弦度也更好了。 由此可见调制深度m与载波比对波形的影响很大,参数值越大,逆变输出效果 越好。3.3 双极性PWM逆变仿真3.3.1 双极性PWM控制信号产生原理相对于单极性控制,双极性PWM控制较为简单,将正弦调制信号与双极性 三角载波进行比较后经过简单处理,即可产生

10、PWM控制信号。其原理如图3所 示。3.3.2 双极性PWM控制信号产生模型eue*图13双极性PWM控制信号产生模型图13中,同样由时钟信号经过处理产生的正弦波与频率为fc的双极性等腰 三角波比较后,经过处理即可得到双极性PWM控制信号。3.3.3 进行仿真及波形记录如单极性PWM逆变仿真中一样,分别对应于仿真(1)、(2)、(3),设定调制深 度m与载波频率fc的值,得到仿真波形如图14、15、16所示。图15 m=l,fc=1000Hz时双极性PWM逆变电路输出波形图16 m=lzfc=2000Hz时双极性PWM逆变电路输出波形3.3.4 仿真结果分析同样对每次仿真结果进行FFT分析,输

11、出电压THD由263.75%降至99.72% ; 负载电流THD由21.09%降至3.83%,谐波含量及正弦度明显改善。如同单极性PWM逆变仿真结果分析中所述,调制深度m和载波比的大小 对双极性PWM逆变输出波形的影响也很大,在m和fc值较大的情况下,负载 电流的正弦度明显较好。同时,对比仿真图可以看出,在同样的参数条件下,单极性控制下的逆变输 出波形要比双极性控制下的输出要好。4拓展思考在仿真过程中可以看出,无论是单极性控制还是双极性控制,在不同的参数 条件下,由于输出电压含有谐波,负载电流的波形总是不够光滑。因此考虑在逆 变器输出部分加入LC滤波环节,看是否能够改善输出情况。经过仿真对比,设 置 L=0.002H, C=le-4F.加入滤波环节后的仿真主电路如图17所示:图17加入LC

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