基于PWM的逆变电路分析报告.docx
《基于PWM的逆变电路分析报告.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于PWM的逆变电路分析报告.docx(9页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
![基于PWM的逆变电路分析报告.docx](https://file1.bdocx.com/fileroot1/2023-2/25/11aced6f-2505-4f85-84b8-12dbb71a0e0b/11aced6f-2505-4f85-84b8-12dbb71a0e0b1.gif)
基于PWM的逆变电路分析报告
试卷类型:
A
科技大学电力电子技术试卷
使用专业年级机电13考试方式:
开卷(V)闭卷()共1页
题号
■
合计
得分
1
-
说明:
本课程不进行期末卷面考试,要求按照规定完成一篇科技论文。
「、论文的具体要求
(1)选择授课过程中的一个具体的技术容或知识点,自拟论文题目;查找一些技术资料,对所选择的一项技术或一个知识点进行阐述;
(2)字数在3000以上;A4纸打印;
(3)按照科技论文的格式排版。
要求包含:
标题、作者单位、作者、摘要、关键词、引言、正文、结论、参考文献几部分。
(4)基本格式要求如下:
标题3号黑体、作者单位用5号宋体,其余均用小四
号楷体或仿宋、1.25倍行间距、单栏。
层次按1、1.1、1.2、……2、2.1、2.2、••…方式排序。
二、评分标准
(1)优秀:
论文容有理论要有理论和现实意义;观点明确,重点突出;思路清晰,结构合理;有自己的观点;文字通顺,格式完全符合要求。
(2)良好:
论文容有一定的理论和现实意义,观点明确;结构合理,逻辑性较强;有自己的观点;文字比较流畅,格式符合要求。
(3)中等:
论文容有一定的现实意义;论点基本正确;观点较明确,思路较清晰;有一些自己的观点;文字较流畅,格式基本符合要求。
(4)及格:
文容主要观点正确,结构较合理;叙述欠正确,语言欠流畅;没有自己的观点;格式不太符合要求。
(5)不及格:
论文容观点有重大错误;完全抄袭他人;结构与观点不相符;容有常识性错误;容空洞、层次混乱、条理不清
逆变器的仿真与特性研究
作者单位:
科技大学
作者:
健
摘要:
现在大量应用的逆变电路中,绝大部分都是PWh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PWMI制电路的工作原理进行了分析,运用MATLAB^的SIMULINK寸电路进行了仿真,给出了仿真波形,并运用MATLA提供的powergui模块对仿真波形进行了FFT分析(谐波分析).
关键词:
SPWMPWM逆变器;谐波;FFT分析
1引言
随着地球非可再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。
2PW控制的基本原理
PWMPulseWidthModulation)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。
PWMS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。
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SPWI波形。
SPWI波形如下图所示:
图
(一):
单极性PWM控制方式波形
上图波形称为单极性SPW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SPW波形,而且这种方式在实际应用中更为广泛。
3PWM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PW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ur>uc时使V4通,V3断,uo=Ud。
当urvuc时使V4断,V3通,uo=0。
ur负半周,V2保持通,V1保持断。
当urvuc时使V3通,V4断,uo=-Ud;当ur>uc时使V3断,V4通,uo=0。
这样就得到图一所示的单极性的SPW波形。
4电路仿真及分析
4.1单极性SPW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2nf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“RepeatingSequenc6'模块产生,正确设置参数,三角波经过处理,便可成为频率为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SPW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SPW波形)
4.2双极性SPW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2nf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“RepeatingSequenee"模块产生,正确设置参数,便可生成频率为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SPW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SPW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
431单极性SPW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,输出交流电压,交流电流和直流电流如下图所示:
图(九):
单极性SPW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*U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达至V106.50%。
对输出电流io进行FFT分析,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SPW方式下的单相桥式逆变电路
双极性SPW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SPW发生模块改为双极性SPW发生模块即可。
参数设置使之同单极性SPW方式下的单相桥式逆变电路相同,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SPW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基本满足理论上的U1m=m*U(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达至U260.21%。
对输出电流io进行FFT分析,得如下分析结果:
面区
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SPW控制方式下的单相桥式逆变电路比较分析
单极性SPW控制方式输出波形和双极性SPW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SPW控制方式输出电压THD=106.5%明显低于双极性SPW控制方式输出电压的THDfi(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SPW控制方式输出电压的THD=34.15%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结论
对于PW控制方式的单相桥式逆变电路,即可以选用单极性SPW控制方式,也可以选用双极性SPWM制方式。
单极性SPW信号发生电路比双极性的复杂一些,但与双极性spw控制方式相比,单极性spwM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PW控制技术可以很好的实现逆变电路的运行要求。
参考文献
[1]林飞,杜欣,电力电子应用技术的MATLA仿真,中国电力,2009.1
[2]王兆安,进军,电力电子技术,机械工业,2009.5
[3]维波,MATLA在电气工程中的应用,中国电力,2007
[4]
《现代电子技术》
汤才刚,朱红涛,莉,国桥,基于PW的逆变电路分析,
2008年第1期总第264期。