基于PWM的逆变电路分析报告.docx

1、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。

2、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

3、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

4、，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PWM Pulse Width Modulation ）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

5、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

6、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

7、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uruc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uruc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

8、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“ Repeating Sequenc6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

9、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“ Repeating Sequenee 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

10、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=1

11、50.9V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V 106.50%。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SP

12、W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

13、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U 260.21%。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

14、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=1

15、3.77%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，2009.12 王兆安，进军，电力电子技术，机械工业， 2009.53 维波，MATLA在电气工程中的应用，中国电力，20074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。