电路工作的基本波形如图3-2所示。
图3-2单相全桥单极性SPWM波形
在单极性SPWM模式下，电路有三种工作模式Tl、T4（或其反并联二极管）载流，输出电压为正；T2、T3（或其反并联二极管）载流，输出电压为负；桥臂上侧或下侧一个主功率开关和另一臂同侧续流二极管载流，如Sl、D3载流，输出电压为零。
主电路在每个开关周期内输出电压在正和零（或负和零）间跳变，正、负两种电平不会同时出现在一个开关周期内，故称为单极性SPWM。
它不适于半桥电路，可用于全桥电路。
与双极性SPWM相同，在m<=1和fc>>f的条件下，单极性SPWM逆变电路输出的基波电压u1的幅值U1m满足如下关系：
U1m=mUd（2-6）
即输出电压的基波幅值随调制深度m线性变化，故其直流电压利用率与双极
性时也相同。
就基波性能而言，单极性SPWM和双极性SPWM完全一致，但在线性调制情况下它的谐波性能优于双极性调制：
开关次整数倍谐波消除，值得考虑的最低次谐波幅值较双极性调制时小得多，所需滤波器也较小。
从开关损耗上看，单极性SPWM调制在一个周期内两只功率管以较高的开关频率（载波频率）互补开关，另两只功率管以较低的开关频率（调制波频率）工作，从而在很大程度上减小了开关损耗。
因此这也是单极性SPWM的一大优点。
4逆变器拓扑结构的仿真
设计一个逆变器，使输出交流电压的频率为50Hz，交流有效值为220V（交流电压幅值为311V），其中负载为阻感负载，R=1ohm，L=2mH，直流侧电压为Ud=400V。
仿真主电路分别为半桥式，全桥式和推挽式的逆变电路。
4.1全桥式逆变电路的仿真
4.1.1双极性SPWM方式下全桥逆变电路的仿真模型
主电路采用电压型单相全桥逆变电路，开关器件选择IGBT/DIODE，如图3-1所示。
控制电路采用双极性SPWM正弦波脉冲宽度调制技术，SPWM波形产生电路如图3-2所示。
图4-1全桥逆变电路仿真模型
图4-2SPWM波形产生电路
4.1.2双极性SPWM方式下单相全桥逆变电路的仿真结果与分析
仿真结果分析如下
（1）当设置载波比N=15，即载波频率fc=750hz时，输出电压电流和输入电流波形如图3-3所示。
电压为一组等幅不等宽的脉冲，电流波形为近似正弦波形。
通过对输出电压的傅里叶分析，由显示器直接显示输出电压基波幅值为310.7V。
证明了在调制深度m<1时候，式子（2-4）的正确性。
图4-3N=15时输出电压和电流波形图
将示波器中选择savedatatoworkspace。
双击powergui，在FFTAnalysis中设置相关参数后可以看到如下图所示的谐波分析。
由图3-4可以看到，输出电压的基波为50hz，并且只在开关频率和开关频率倍数的附近有谐波产生，并且对称分布。
这和理论一致，证明了式子（2-5）的正确性。
另一方面，输出电压的THD（总谐波系数TotalHarmonicDistortionFactor）=152.02%还是比较大，在15倍基频出比基波幅值还要大，这显然是不太理想的。
但是好的一面是，经过spwm调制后，输出电压不再含有低次谐波，容易采用一些低通滤波器将高频谐波滤除。
图4-4N=15时输出电压FFT分析
（2）提高载波比N=50，输出电压电流和输入电流波形如图4-5所示。
从图中可以看出，输出电压的频率明显增加，电流的波形波动幅度小很多。
输出电压的基波幅值为310.4V，基本保持不变，而输出电流的波形正弦度明显更好。
图4-5N=50时输出电压电流波形
如图4-6，从谐波分析可以看出，输出电压的THD指标并没有明显改善，但是最低次谐波为48阶，使得输出谐波更容易滤除了。
图4-6N=50时输出电压FFT分析
这样看来，提高载波比，整体上改善了输出电压的质量，负载电流的正弦度也更好，但必须注意的是，提高载波比意味着提高了开关频率，过高的开关频率会导致系统的开关损耗增加，必须采用软开关技术来加以限制。
（3）改变调制深度，使m=1.5，仿真波形如图4-7所示。
由图可以分析当调制深度大于1，即过调制时，输出电压会出现很长一段时间维持某一种电平的状态，这是由于调制波幅值超狗三角波峰值时，会在多个载波周期内和三角波没有交点，所以开关状态不改变，使得开关频率急剧下降，脉宽不在按正弦规律变化。
图4-7m=1.5时输出电压电流波形
分析输出电压的谐波，如图4-8所示，输出电压的THD减小了，但是输出电压中已经出现了低次谐波，如3次谐波，并且幅值为15%左右，这样低次谐波是不太容易滤除的，所以过调制的时候降低了输出电压的质量。
另外，从输出电压的基波幅值U1m=468.2V，可以看出，在调制深度m>1后，输出电压不在随m线性变化。
图4-8m=1.5时输出电压的FFT分析
（5）将m增大到10，仿真结果如图4-9所示。
图4-9m=10时输出电压电流的波形
其输出波形已经和方波逆变电路非常相似了。
图4-10m=10时输出电压的FFT分析
如图4-10，从谐波上可以看出，输出电压的出现大量低次谐波，且按比例衰减。
另外值得注意的是，输出电压基波幅值U1m=508=1.27*400，这说明当调制深度增加的时候，输出电压不会无限增加下去，而是趋近于方波逆的输出值。
4.1.3单极性SPWM方式下全桥逆变电路的仿真模型
单极性SPWM波形产生电路如图4-11所示。
图4-11单极性SPWM波形产生电路
4.1.4单极性SPWM方式下全桥逆变电路的仿真结果分析
单极性SPWM方式下全桥逆变电路的仿真波形如图4-12所示
图4-12单极性SPWM全桥逆变输出电压电流波形
输出电压为单极性PWM型电压，脉冲宽度符合正弦变化规律。
图4-13单极性SPWM全桥逆变输出电压FFT分析
对输出电压进行FFT分析，如图4-13所示，谐波分布情况较双极性有明显不同，不再含有开关频率次谐波，即50次谐波，并且THD降低到79.76%左右。
可见单极性调制时的谐波性能要优于双极性调制。
4.2半桥式逆变电路的仿真
4.2.1单相半桥逆变电路的仿真模型
主电路采用电压型单相半桥逆变电路，其中取分压电容C0=C1=1T。
因为模拟的系统稳态运行时的情况，所以设置了电容的初始电压为Ud/2,，以避免仿真过程中的电容的长时间充电现象。
并且为了避免电容直接和电源并联产生极大地过充电流导致仿真报错，在主电路电源侧串联小的电阻R=0.1ohm。
另外因为半桥式逆变电路的特点是输出端的电压波形幅值仅为直流母线电压值得一半，所以设置Ud=800V。
主电路其他参数设置同全桥式相同。
如图4-14所示。
图4-14半桥式逆变电路仿真模型
4.2.2单相半桥逆变电路的仿真结果与分析
单相半桥逆变电路仿真结果如图4-15、图4-16所示。
图4-15半桥式逆变电路输出电压电流波形
图4-16半桥式逆变电路输出电压FFT分析
从仿真结果上分析，半桥式逆变电路的输出电压的波形、谐波分布和THD等指标和全桥式基本相同。
4.3推挽式逆变电路的仿真
4.3.1单相推挽式逆变电路的仿真模型
主电路采用了线性变压器，变比为1:
1:
1，两个IGBT/DIODE并联连接的方式构成了推挽式逆变电路，负载参数和全桥电路一样，如图4-17所示。
图4-17推挽式逆变电路的模型
4.3.2单相推挽式逆变电路的仿真结果与分析
单相推挽式逆变电路的仿真结果如图4-18所示
图4-18单相推挽式逆变电路输出电压电流波形
从结果上看，输出电压稍有毛刺，但输出基波幅值仍为311V左右，这可能与变压器的参数设置有关。
4.4比较结论
（1）全桥式和推挽式逆变电路输出脉冲电压的幅值均为直流侧电压，而半桥式逆变的电路输出电压的幅值仅为直流侧电压的一半，即半桥式逆变电路的电压利用率低。
（2）采用双极性SPWM调制时，在3种拓扑结构中，输出电压都是两电平的等幅不等宽的脉冲电压，其等效的正弦电压的谐波都是在载波频率和载波频率整数倍附近，其输出电压的基波幅值，直流侧电压与调制深度之间的关系都不变。
只有在采用单极性SPWM调制的时候，全桥逆变的输出电压的谐波质量更好一些。
这表明逆变电路的输出电压的波形，输出电压的谐波分布和THD等指标和逆变电路的控制方式有关，和逆变电路的拓扑结构关系不大。
5．总结体会
在这次课程设计中，我加深了对逆变器拓扑结构认识，进一步了解了SPWM调制方式对逆变结果的影响。
在这次课程设计中，我有以下收获：
第一，对MATLAB软件中SimPowerSystems模型库进行了初步了解，该模型库是进行电力电子系统仿真的理想工具。
SimPowerSystems模型可与其他Simulink模块相连接，进行一体化的系统级动态分析。
在电力电子系统的仿真中，使用Simulink的模块组成控制电路，使用SimPowerSystem中的模块组成主电路和驱动电路，可以研究和观察在不同控制方案下系统的动态和稳态响应，为系统设计提供依据。
第二，加强自己对理论知识的掌握程度。
在本次课程设计中，我花费了相当长的时间仿真单极性SPWM调制下的半桥式逆变电路，由于自己刚开始并不清楚单极性SPWM是不能应用于半桥逆变的，所以自己对输出结果并不了解，当看到输出电压波形在某些时刻出现频繁震荡时，以为是调制信号出现问题，或是参数设置的不正确，调试了很久都没有解决。
但是后来在网络论坛上找到答案：
半桥逆变本身不适合单极性SPWM调制，在输出电流过零时，由于另一桥臂的全控器件没有导通，负载的一侧相当于没有接上电源，输出电压会出现震荡。
通过这次课程设计，我明白了理论和实践的重要性，如果理论掌握不牢，在实践中出现问题时就无从下手分析，如果理论知识理解的含糊，那么在实践过程中，就容易犯一些错误。
今后，在多实践的基础上，也还要注重理论知识的温习和总结。
最后，我要谢谢老师的细心教导，让我顺利的完成这次课设，收益良多。
参考文献
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高等教育出版社.2011
【2】林飞，杜欣.电力电子应用技术的MATLAB仿真.北京：
中国电力出版社.2008
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机械工业出版社，2000
【4】杨荫福、段善旭、朝泽云.电力电子装置及系统.北京：
清华大学出版社，2006
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机械工业出版社,1990
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