PSIM仿真设计单相桥式SPWM逆变器

1、PSIM仿真设计单相桥式PWM逆变器、实验目的1,加深对SPWM基本原理的理解2,熟悉双极性脉冲宽度调制和单极倍频正弦脉宽调制的原理。3,掌握PSIM仿真软件基本操作并搭建单相 SPWM仿真验证双极性脉冲宽 度调制和单极倍频正弦脉宽调制；实验验证单级倍频正弦脉宽调制的特点。、实验设备表4-1实验所需设备表序号型号备注1三相逆变器试验模块PEK-130该实验模块包含DSP控制模块、辅助电源模块、驱动电源与开关驱动器模块、JTAG刻录模块24CH数字示波器GDS-2204E(4CH, 200MHz)3直流电源供应器PSW 160-7.2(160V, 7.2A)4单相交流被动式负载GPL-1005W

2、in7 64位操作系统的电脑一台安装PSIM软件、CCS软件6万用表7U盘容量不是特别大的，USB2.0的U盘，记录示波器波形三、实验原理（一）、单相桥式电路（H桥）拓扑及其工作原理电压型全桥逆变电路共有四个开关管：Ti、T2、T3、T4和四个续流二极 管二极管Di、D2、D3、D4,如图4,1所示。当Ti、T4导通时，Vab=VD；当 T2、T3 导通时，Vab=-VD；当 Tl、T3 导通时 Vab=0；当 丁2、丁4 导通时，Vab=0 （其中Tl、T2不能同时导通；T3、T4不能同时导通）。因此控制四个开关管的 通断可以控制输出电压在 Vd、-Vd、0之间变化。（二卜SPWM的原理采样

3、控制理论有一个重要的原理一一冲量等效原理：大小、波形不相同的 窄脉冲变量，例如电压 V（t）,作用于惯性系统（例如 RLC电路）时，只要它们 的冲量，即变量对时间的积分相等，其作用效果相同。VdVo图3-1单相桥式逆变电路的拓扑结构i(/)=iPirsinjr图3-2用SPWM电压等效正弦电压如果将图3-2所示的标准正弦波等分成很多份，那么一个连续的正弦波也可 以看作是一系列幅值为正弦波片段的窄脉冲组成。如果每个片段的面积分别与、 、所示一系列等宽不等高的矩形窄脉冲的面积相等，那么从冲量等效的观 点看，由、这些等宽不等高矩形脉冲波构成的阶梯波和标准正弦波是 等效的。进一步，如果让图3-1所示逆

4、变器产生如图3-2所示一系列幅值为土山 的等高不等宽矩形电压窄脉冲，每个电压脉冲的面积（冲量）分别与、 面积相等，于是图3-2中的登高不等宽的脉冲电压和正弦电压也是冲量等效的。 作用于R、L、C惯性系统后基本是正弦波。（三卜双极性正弦脉冲宽度调制（重点）图3-3双极性正弦脉宽调制输出波形基于载波的SPWM如图3-3所示，图中的高频三角波Vc成为载波，正弦波 vr称为调制波或参考调制波。开关管信号 Vg0时表示驱动对应的开关管导通， VgVc时，使Vg10、Vg40,同时驱动对角线两个开关管T2、丁4导通；使Vg20、Vg3Vc时，使VG10、VG30,同时驱动对角线两个开关管 T2、T4导通；

5、使VG20、VG3ce欣17 刁InL Cap, Voltageo厂 *1Current FlagfojjResistorXParnetefs | other Info | Color |Resstof| HelpDtspla?Name版rRsstari(300 zJCtwrent Hag152JCurrent Sens图5-5元器件参数配置在主电路中有3个电感，3个电容，电感的值都一样 L1=L2=L3=1mH ,电容 的值都一样都是C1=C2=C3=1uf,有5个电流传感器，值都是1/3.375。主电路中其余的是6个MOSFET开关管和电压、电流表，MOSFET参数采用默认伯:，电 压电流

6、表注意连接方向，带有o的一端为正。.输出检测电路LdbelParameters | CokxOccurrences: 3Text Ivoc TOC o 1-5 h z Voltage SensorXPararneters | other InFo | ColorVoltage sensorHelpDisplayNameVSEN6I-Gain|1/10017 口图5-6元器件参数配置在输出检测电路中总共6个标签，3个电压传感器，如图5-1所示。上面三 个标签从左至右值依次是 Voc、Vob、Voa,下面三个标签从左至右值依次是 Voca Vobc、Voab, 3个电压传感器的值都是 1/100。

7、.按键模拟电路 TOC o 1-5 h z StepXParametws | other Info Colw |1Step 心age soltceCWay1Nvne|VSTH2I-VatepIF utep河P rlDigital InputXPiramtlferS | 02融后 | Color |ZJZJ71Z1口Bfli 闻 gi(nF卸期| fnjomzrPort Ptntixi fw Input QGPIO49二f? JUse as Extemai EMerrg阳JLUPort Pwtoi for Input 1htaE usedFse os Exbemd EMbtlp，Fto二FPwt

8、 Pwitafl w Inpyt 2Mfftuswl二r jjUse-酌史 mcg tntenjplrdRfirtRa*irt for IrWt 3Not used二rd依 as iExtemai DnlBTKrt_T.r dPort Aoabcn !hzr Input 4r jUse as External 的同 gr*二r5Port Pmiton fior Input 5Hot usedr ziwmec国MMnEMmMMMInGP 瑞 49图5-7元器件参数配置Start PWNCokxParameters | other Ing |Start PWFI (n F29335)HejpDis

9、playName|ll3TARTPWM2PWM SoireepWW3* 引Stop PWMParameters | oth Info | CobrF2S33SDispLayMarne|ti frapp wm 2rPWM Source|PWM 3二j 17 习Stop PWM fn F233351Hdp图5-8元器件参数配置sea在按键模拟电路中有 2个Start PWM模块，PWM Source分别是PWM1、PWM3。2 个 Stop PWM 模块，PWM Source 分另也是 PWM1 和 PWM2。.A/D转化电路LabelPararneters | CotarOccurrences:

10、 2Text |vocaLimiter$ | Other Info | Cotoc Lmtergspljy TOC o 1-5 h z iSLwe|UM43IFLOwef LimitpL517订UvPlnpt(L5I*Jj| Zero-Order HoldXParameters | other Info | CatorZero-order hold| HelpDiiayMams| NOHSLSempfcngFirequency|iai厂 zJ图5-9元器件参数配置A/D转化电路中共8个标签(Label),值从左至右依次是 Voca Vobc、Voab ILa、ILc、Ioc、Iob、Ioa,

11、8 个限幅模块(Limiter),值都是-1.51.5, 8 个零阶保持器(Zero-Order-Hold),采样频率都是18ktnnninnnnhuh j Mumu*W4PUMI&培一t二1可0B5BW国：73lr zjAXHEdiiJStal|ur nEH3Cwi1广仆*hJr *i6/pFk-3一C MGmIlbFChMCvi|mL 口iQhMCKi回r 2jGNWt因3iiOiSW*k三厂用S骅tjk_| r|L6FzJth 强，3i|mr zj口的pOl UHM-区jrlDiMModf|wC-】L 与R三11rdl6 23rzj同r j6餐3i AJModi国习2Chl MutaW-

12、r nK二| Lzl向L .ChtiGvr *i6 口|Er曰Ch A 4-1*liAvmff I oifwi f | Qaip- |3 omriv 航 PJUSO7 jSCI OutputPhBmeiE | Other frifa | 白匕 |sa叫w fn f如湖一Mme|p?ni_VWCrData Ptsmt StepTr zJ图5-10元器件参数配置A/D模块参数默认，共 9个SCI output,从左至右模块中 Name依次是Psm_V0ca、Psm_V)bc、Psm_Wab Psm_ILa、Psm_ILb、Psm_ILc、Psm_Ioc Psm_Iob Psm_Ioa,在电路连接时

13、注意 A/D Computer模块各引脚的对应。.调制波产生电路SawtoothXP | other frift Ccfor |能立tooltiFdh vottage souce Qcunded)HelpProportional%mtefS lather infb I 3 Ifr oportoTfll bfotikNanrepirGani审mI ln|Parameten | Ckther Infti | Citx SCI nxjt tn FMJ35). gHatne|PM_putrIrvlHriViakK|osr 口Paranetera | other infc | Cda PC vfiita

14、ge souce| gP43ESp5c5厂Ampttude|1W H |图5-11元器件参数配置在调制波产生电品&中零阶保持器(Zero-Order-Hold)是18k。正弦模块(Sine)、乘数模块(Multiplier)乘数默认，2个标签的名字从左至右依次是Vconc、Vcona。6.驱动脉冲产生电路LimiterXParameters | other m砧 | Cokr |UnderHdpDisplayNawf-Lcwer IXtp5I- HLint|j厂 zlSCI OutputXParameters | other Info | C |SCI cxjtput E F26335)| *

15、DisplayMame|P5M_Vo)na厂By Pont Step1P 口LdbelPfifametefs 10加 |Occurrences 2Tewt vcora图5-12元器件参数配置在PWM调制产生驱动脉冲电路中有 2个限幅(Limiter)模块，值都是-55, 2个SCI Output模块，从左至右 Name的值依次是 PSM_Vcona、PSM_Vconc, 2 个标签(Label)模块，从左至右值是 Vcona、Vconc。零阶保持器采样频率18k。1 -phase PWMXPvameteff Other nfb | ColorPwwE F28 对为na|p用足LName|njw

16、ii2rPWM Scltob-|PWM 1-3 ruse PWM ASfiDead Time1.3LH二IPWM FnKtuency|13K乂PWM Freq. Scaing FactorhrCarrier Wave TypeiTrangUar waver_jTr(ggf ADCDo not trigger ADCr jjADC Trigger Poston0r 二iUse TnpZorrc 1|ubk Tflp-zone 1Us Tnp-Zme 2|l5dbie Tnp-ZDnE 2引Use Tinp-Zane 3jChMbte Tnp-Zme 3三1rUse Trip-Zone 4Lte

17、Tnp-ne 5 Uselnp-Zgne&W Acton如 4;tafcVdjeOffset VafcjeImtiai Input VakieStaft PWM 独 6gmngOtspiay图5-13元器件参数配置两个1-phase PWM模块参数配置在PWM Source有区别，分别是PWM1和PWM3,其余的参数设置一样7.全局参数配置部分Hiardware Board Configuration时 I LkModcParanetErs | Cofer |liardwwe CcmfigLratnn fbr TIF28335Sdect M I UnselBd: Al IF28335 Bawd

18、 ConfigGPIOOl- gmmput厂时用OuHufr pwmGP1O1I- gtalgjt的aOutputI- PWM* Capture91102I- Cki Ifiputr 组把 OutputP pvmGPIO3r gdmputH Dig tai Outputr pwmr CdpurcGPKHI- OQtaf Input gtal Outputr pwmGPIO5r tailinputr Oi9tad Outputr PWMP CaplreGPIO6r冈闻gtI- 困用 Oitputr pwGPIO7r t3l Inputr gtai OutputI- PWM厂 Capture守10

19、8f gt911nputr 团把 Outputr pwwGPIO9I- Cl9tai InputI- Dig tai Ouiputr pwmr 3tueGPIOlO gbl Inputr Dtal Outputr pswGPI011F OqU* Inpul gtai Outputt PWM Capture911012I- CvtAl InputI- DijJtal Outputr t 中 zoMGPI013F DiM Input Dig tai diputr Trip-ZoneGPI0H1 Dqtai Input gtaiOugt Tnp-2oneGP1O15厂 DijtalgHroutput

20、I- ThpZOMGPI016H gtaimputI- Di尸tai OutputH Trip-30mGPI017F OgiUl Inputr gtai OutputI- Tf-ZoneGPU。Distal InputI- Distal Outputr PWMrTime stepTokai trnePtint timePrint stepL wd flagHardware TargetDSP ConfigurationParamatB-i other Infe I Color |NameTI_MFSPD3rExternal Oode (Mir)30r jDSP Speed (Mrtt150门D

21、SP conjuration fn F 2833S)Help(ConfigurationPaf3fneter& | other Ififc | CMSCI Enfigsgri (TT F253350gCfcplavhLvnep5H_F203J5_COWCRjrIsapwt|sap(gpi3网-*rSpeed (bps)1115200HPsritv Oiedc|Nonel-Output Buffer SiapocoI7一 JJ图5-14全局参数配置（二卜实体电路实验1.生成C代码及烧录搭建完成仿真电路以后在确保电路无误的前提下点击菜单SimulateGenerate CodeW可生成C代码，同时

22、自动生成一个包含 C代码的文件夹，这个文件夹和之前建的仿真电路文件在同一个文件夹下。如下图 5-15所示:口一回- 而也112|，科如 二|回_，, l-bn-IAKSifehl-Irfl-a-Hd-I*ITTHc rqdr I-ghy |。44肥rVpfEine 1J fur Tl F?B J35 Hnidwrf TarrlffIn cupyNliL by werulm lint. . 2UUU 国 11ItJTDwtc： MkEbcrll JOig 喇上43j *，, r n v wwFnTrvrriiirvBTifFnTmTnTrrinrrrrrmTnniTmroTmqrB tiritd

23、iide tindude TStos.h14lypexfet il*t还 WuMivpft：d FfiHr B irlCiwTinif。“ GrlS；iTinirr|vmid Tas k 町IMbuHTyipeiGhM e fl.t;D|?biiii|frypEfGbfVEnifiail 口曲DetultOypeiGbKVconbl -UJkDcleyllTyprlOtiiVciuiici 0也皿Mhii阳TypwfGhlWcnifi* _ OL 吃DeltaulfTyiieIGblVcDiib = 口./DvfttuHTypEIGtilcunc i.l：OcttnltTypc1G&IVJ1

24、- 11;DcMultTyptICbMK = |J;lypwdrf fi”umniifjrwil Iflaif 1niLWudiiiKd luihg tmHighiCBIgTlniE Ge tBlgTlimEciH|r-CBITin im = 10.01- wi&iqrwd l!|( wTlme - OeturTaim|; M citfTIme BS?*rae-i!PEK 130 Lab12 ZSVPWM VS 1 1 Active - 1 F)ashFLDmRdas)程序检查按钮:二 Probl；emis S3 . Advice0 errors, 3 wamingsr 0 othersDes

25、cription 4b Warnings (3 items)正确结果图5-17程序检查图 右键点击工程 Properties General Project Variant (选择 2833XDelfino ,后面的框里再选择 TMS320F28335) Connection处择 Texas InstructionsXDS100v1 USB Debug Probe) Linker Command file(选择 ) Apply andClose,最后配置完成结果如下图5-18所示:n FOOPftl& for Ut st4Gswel* 跳ild寸 CZDW Compiler国Opbor?pli

26、niusoriIndue*Adva-icvcl Opjor & C2DM LinkerDebog匚+!/ E-Tdie-nns:图5-18工程配置图在PEK-130上连接好烧录器，在CCS工具栏点击虫子形状按键进行烧录，如下图5-19所示：按照以上步骤即可将程序烧录到DSP中。工 ccs9wcirkspace - Code Composer Stud 0Fil电 Edit View hlavigate Project Run Scripts Window Help皂 ProjecIB 二占 PEK 130 3blz ZSVPWM V9 _1_1 (Active - 1 FhRamRds4图5-

27、19程序烧录 通过通讯线将PEK-130模块的RS232借口接到PC机，在电脑上PSIM软件 里点击菜单Utilities DSP Oscilloscope Connect就可在电脑端观测到输出波形图5-20电脑端实时观看输出波形2.硬件接线实验台子是固纬公司的PTS-100O,配置如下图5-21所示:直流电源单相交 流负载4CH数字示波器功率仪交流电源PEK130等模块摆放处直流负载图5-21 PTS-100实验台在本次单相逆变实验中用到 4CH数字示波器(GDS-2204E)、直流电源(PSW 160-7.2)、单相交流负载(GPL-100)、PEK-130模块和辅助电源模块，PEK-13

28、0模 块和辅助电源模块如下图5-22所示：PEK-130模块(逆 变器实验模块)辅助电源模块图5-22实验模块接线原理图如下图5-23所示:直流电源单相交流负载AuxiliaryPower辅助电源DriverPowerJ3- PEK-130 模块 LJ5J12RS232JTAG观测端子烧录器图5-23实验接线原理图黑白线J4六、实验要求.实验前认真阅读实验指导书，预习实验内容，根据实验指导书搭建单极 倍频正弦脉冲宽度调制电路仿真。实验时根据仿真搭接试验台进行单级倍频正弦 脉冲宽度调制实验，并完成以下内容：1）在PSIM中仿真，并记录当调制度 M为0.6,载波频率为18k时的逆变器 输出电压波形

29、，并对输出电压波形进行 FFT分析，记录THD和谐波分布结果。 实验时测量并记录Ti、T2的IGBT驱动PWM电压波形，观察并记录死区时间；2）电路其他参数不变，改变调制度 M分别为0.2、0.4、0.6、0.8、1,观察 负载两端输出电压波形，并记录示波器显示的输出电压波形（用U盘保存波形）， 并填写表4-2;表4-2不同调制波幅值下的负载电压调制度（M）0.20.40.60.81计算值实测值3）电路其他参数不变，设置调制度 M为0.6,改变三角波（载波）的频率fc 依次为5kHz、10kHz、18kHz。运行程序，观察负载两端输出电压波形，并记录 示波器显示的输出电压波形（用 U盘保存波形）。用示波器对输出电压波形进行 FFT分析（用U盘保存结果），并填写表4-3;表4-3不同载波频率下的负载