单相正弦波PWM逆变电路仿真报告Simulink

1、单相正弦波PWM逆变电路仿真报告仿真目的：经过对单相SPWM逆变电路不一样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一样、载波比与调制深度不一样对逆变电路输出波形的影响等。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。在桥式逆变电桥臂的上下两个开关器件轮流导通，即工作时V1和V2通断状态互补V3和V4的通断状态互补。下边将就单极性及双极性两种不一样的控制方法进行路中，,分析。图1单相桥式PWM逆变电路2.2不一样控制方式原理2.2.1单极性控制方式调制信号山为正弦波，载波Uc在山的正半周为正极性的三角波，在山

2、的负半周为负极性的三角波。在Ur的正半周,V1保持通态，V2保持断态，在UrUc时使V4导通，V3关断，U0=Ud；在UrUc时使V3导通，V4关断，U0=0；在Ur的负半周，V1保持断态，V2保持通态，在UrUc时使V4导通，V3关断，U0=0。这样就获取了SPWM波形U0o图2单极性PWM控制波形双极性控制方式采纳双极性方式时，在U的半个周期内，三角波不再是单极性的，而是有正有r负，所得的波也是有正有负。在U的一个周期内，输出的波只有土?？两种r电平，而不像单极性控制时还有零电平。在r的正负半周，对各开关器件的控制规U律相同。即rc时，给V1和V4导通讯号，给V2和V3以关断信号，如i0那

3、么UU0,V1和V4通，如0那么VD1和VD4通，不管哪一种状况都是输出电压0d。rci0,如iU=UUU时，给V2和V3导通讯号，给V1和V4以关断信号，这时0,VD2VD3U=-U仿真过程：3.1仿真主电路模型：仿真模型如图4所示，此中的模块为依据不一样控制方式自定义的子系统封装PWM模块，设置该模块的参数为m调制深度、f调制波频率、fc载波频率,Discrete,Ts=le-D05s.povrferguiSocpevoltageSourceLoad方便仿真时快捷调整调制深度及载波比，来观察不一样参数对逆变电路输出的影响。UniversalBridgea-图4仿真主电路图中的Univers

4、alBridge模块，在对话框中选择桥臂数为2,即可构成单相全桥电路，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;“SeriesRLCBrandh模块去掉电容后将阻感负载分别设为1Q和2mH；在申联RLC支路模块的对话框下方选中丈量电压和电流，再利用“Multimeter模块即可观察逆变器的输出电压、电流；“Powergui模块设置为失散仿真模式，采样时间为1e-5s仿真时间设为0.06s,选择ode45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，采纳同幅值、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

5、制波比较，经过办理后获取控制信号，原理PWM如图5所示。由丁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，故称为单极性控制。u。ffipmnniTOomjuiii办1.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图6单极性控制信号产生模型PWM在图6中，正弦波m?sin2瑚)以及m?sin?2f+由模块组合产生，与频率为fc的等腰三角波比较后，经过办理产生单极性控制信号。PWM3.2.3进行仿真及波形记录调制深度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，即。运转仿真主电路，可得输出电压、负载

6、电流、直流侧电流如图71000Hz所图7m=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,与理论值很凑近，约为基波幅值的。其为124.27%而由丁50%THD感性负载的存在，负载电流的THD为4.97%。洽EwwnLLO邕骸5图8m=0.5,fc=1000Hz时单极性输出电压FFT分析结果仿真(2)在(1)的基础上，将调制深度m改为1,其他参数不变，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9m=1,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

7、进行FFT分析，结果如图10所示。输出电压基波幅值为300.1V,与理论值特别凑近，其THD降为52.16%。而相同由丁感性负载的存在，负载电流的THD为1.99%,比(1)中降低很多。2J3言64-2器O?萼图10m=1,fc=1000Hz时单极性输出电压FFT分析结果仿真(3)在(2)的基础大将载波频率提升到fc=2000Hz.仿真后，获取此时的输出电压，负载电流及直流侧电流波形如图11所示.图11m=1,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%,更加凑近正弦Fundamental=2S4.1.

8、TUA109%ooO(-国一匚助5352-5153OUUBFUnLX.2曜2)-OJ0To05101520HarmQnicorder图12m=1,fc=2000Hz时单极性负载电流FFT分析结果3.2.4单极性控制仿真结果分析对照仿真、的仿真波形及FFT分析结果可以看出，相对丁1123的结果，2的结果波形中电压中心局部明显加宽，THD明显减小，负载电流波形更加圆滑；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。因而可知调制深度与载波比对波形的影响很大，参数值越大，逆变输出效m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丁单极性控制，双极性控制

9、较为简单，将正弦调制信号与双极性三角PWM载波进行比较后经过简单办理，即可产生控制信号。其原理如图3所PWM小O3.3.2双极性PWM控制信号产生模型图13双极性PWM控制信号产生模型图13中，相同由时钟信号经过办理产生的正弦波与频率为三角波比较后，经过办理即可获取双极性PWM控制信号。fc的双极性等腰3.3.3进行仿真及波形记录如单极性PWM逆变仿真中相同，分别对应丁仿真1、2、3,设定调制深度m与载波频率fc的值，获取仿真波形如图14、15、16所示。图15m=1,fc=1000Hz时双极性PWM逆变电路输出波形“出龟在虺礼图16m=1,fc=2000Hz时双极性PWM逆变电路输出波形3.

10、3.4仿真结果分析相同对每次仿真结果进行FFT分析，输出电压THD由263.75新至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进。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值较大的状况下，负载电流的正弦度明显较好。同时，对照仿真图可以看出，在相同的参数条件下，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。拓展思虑在仿真过程中可以看出，不管是单极性控制还是双极性控制，在不一样的参数条件下，由丁输出电压含有谐波，负载电流的波形总是不够圆滑。所以考虑在逆变器输出局部参加LC滤波环节，看能否可以改进输出状况。经过仿真对照，设参加滤波环节后的仿真主电路如图17所示:置L=0.002H,C=1e-4F.7T3TTj图17参加LC滤波的仿真主电路对单极性和双极性控制,分别在m=0.5,fc=1000Hz参数条件下进行仿真并记录波形如图18、19所示。图18