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电力电子系统计算机仿真题目:双极性模式PWM逆变电路班级:姓名:学号:指导老师:日期:1摘要PWM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。PWM控制技术在逆变电路中的应用最为广泛,现在大量应用的逆变电路中绝大部分都是PWM型逆变电路。本设计为双极性PWM方式下的单相全桥逆变电路,主要包括双极性SPWM控制信号的发生电路和带反并联二极管的IGBT作为开关器件的单相全桥电路。设计的重点在于运用MATLAB中的SIMULINK建立电路模型,对电路进行仿真,并对仿真结果进行分析,得出系统参数对输出的影响规律。关键字:双极性PWM控制逆变电路SIMULINK仿真2目录一、主电路工作原理··························································31.1PWM控制技术及SPWM波的生成···········································31.1.1PWM控制的基本原理······················································31.1.2SPWM法的基本原理···················································41.1.3规则采样法·························································41.2单极性和双极性PWM控制逆变电路分析·····································51.2.1单极性PWM控制方式·················································61.2.2双极性PWM控制方式·················································6二、MATLAB仿真及结论分析····················································72.1建立仿真模型···························································72.1.1双极性SPWM控制信号的仿真模型······································72.1.2双极性模式PWM逆变电路仿真模型·····································102.2双极性模式PWM逆变电路仿真结果及分析···································13三、PSIM仿真及结论分析······················································203.1建立仿真模型···························································203.2仿真结果及分析·························································21四、总结与体会·······························································26五、参考文献·································································273一、主电路工作原理1.1PWM控制技术及SPWM波的生成1.1.1PWM控制的基本原理PWM(PulseWidthModulation)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。PWM控制技术在逆变电路中的应用最为广泛,对逆变电路的影响也最为深刻,PWM控制技术在逆变电路中的应用也最具代表性。面积等效原理是PWM控制技术的重要理论基础,即在采样控制中,冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的同一环节上时,其效果基本相同。其中,冲量指的是窄脉冲的面积;效果基本相同是指环节的输出响应波形基本相同。如图1.1.1(1)所示,三个窄脉冲形状不同,但是它们的面积都等于1,当它们分别加在如图1.1.1(2)(a)所示的R-L电路上时,并设其电流i(t)为电路的输出,则其输出响应波形基本相同且如图1.1.1(2)(b)所示。(a)(b)(c)(d)图1.1.1(1)冲量相等、形状不同的窄脉冲(a)(b)图1.1.1(2)形状不同而冲量相同的各种窄脉冲及响应波形41.1.2SPWM法的基本原理脉冲幅值相等而脉冲宽度按正弦规律变化而正弦波等效的PWM波称为SPWM(sinusoidalPWM)波形。如图1.1.2所示,把正弦半波分成N等份,就可以把正弦半波看成是由N个彼此相连的脉冲序列所组成的波形,这些脉冲宽度都等于N/,但幅值不等,且脉冲顶部不是水平直线,而是按正弦规律变化的曲线。如果把这些脉冲序列用相同数量的等幅值而不等宽的矩形脉冲来代替,使矩形脉冲的中点和相应的正弦波部分中点重合,且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积相等,则可得图所示的矩形脉冲序列,这就是SPWM波形。图1.1.2用PWM波来代替正弦半波1.1.3规则采样法SPWM的控制就是根据三角载波与正弦调制波的交点来确定逆变器功率开关器件的通断时刻。规则采样法是一种应用较广的工程实用方法,一般采用三角波作为载波,其原理就是用三角波对正弦波进行采样得到阶梯波,再以阶梯波与三角波的交点时刻控制开关器件的通断,从而实现SPWM法.当三角波只在其顶点(或底点)位置对正弦波进行采样时,由阶梯波与三角波的交点所确定的脉宽,在一个载波周期(即采样周期)内的位置是对称的,这种方法称为对称规则采样其原理如图1.1.3所示。5图1.1.3规则采样法生成SPWM波的原理图假设三角波的幅值为1,正弦函数为ru=Mtsin,M为调制度且0M1,由图中ΔABC∽ΔEDA得,AB/BC=ED/DA,代入后可得:2/22/tsinM12cTt其中,Tc为三角载波周期,t2为脉冲宽度。所以矩形波开通时间为:2/)sin1(2cTtMt将上式离散化后可得:2/)1)/2sin((2NIMt式中,cT为在波周期,I为第I个SPWM波,N为采样的总个数1.2单极性和双极性PWM控制逆变电路分析电路如图1.2所示,该电路工作时,1V和2V通断互补,3V和4V也通断互补,如在ou正半周,1V导通,2V关断,3V和4V交替通断,且负载电流比电压滞后,在电压正半周,电流有一段区间为正,一段区间为负。在ou的负半周,让2V保持通态,1V保持断态,3V和4V交替通断,负载电压ou可以得到-dU和零两种电平。6图1.2单相桥式PWM逆变电路1.2.1单极性PWM控制方式如图1.2.1所示,调制信号ru为正弦波,载波cu在ru的正半周为正极性的三角波,在ru的负半周为负极性的三角波。a)在ru的正半周时,1V保持通态,2V保持断态,当rucu时,使4V导、3V关断,ou=dU。当rucu时,使4V关断、3V导通,ou=0。b)在ru的负半周时,1V保持断态,2V保持通态。当rucu时,使3V导通、4V关断,ou=-dU。当rucu时,使3V关断、4V导通,ou=0。图1.2.1单极性PWM控制方式波形1.2.2双极性PWM控制方式如图1.2.2所示,在调制信号ru和载波信号cu的交点的时刻控制各个开关器件的通断。7a)在ru的半个周期内,三角波载波有正有负,所得的PWM波也有正有负,在ru的一个周期内,输出的PWM波只有±dU两种电平。b)在ru的正负半周,对各个开关器件的控制规律相同。当rucu时,1V和4V导通,2V和3V关断,这时如果oi0,则1V和4V导通,如果oi0,则1VD和4VD导通,但不管那种情况都是ou=dU。当rucu时,2V和3V导通,1V和4V关断,这时如果oi0,则2V和3V导通,如果oi0,则2VD和3VD导通,但是不管哪种情况都是ou=-dU。图1.2.2双极性PWM控制方式波形二、MATLAB仿真及结论分析2.1建立仿真模型本设计为单相PWM逆变电路,工作方式为双极性PWM方式,开关器件选用IGBT,直流电压为300V,电阻负载,电阻1欧姆,电感2mh。2.1.1双极性SPWM控制信号的仿真模型在Simulink的“Source”库中选择“Clock”模块,以提供仿真时间t,乘以2πf后,再通过一个“sin”模块即为sinwt,乘以调整深度m后可得所需的正弦调整信号;三角载波信号由“Source”库中的“RepeatingSequence”模块产生,双击其对话框,设置“TimesValues”为[01/fc/43/fc/41/fc],设置“OutputValues”为[0-110],便可生成频率为fc的三角载波:调制波和载波通过Simulink的“LogicandBitOperations”库中的“RelationalOperator”模块进行比较后所得信号,再通过适当处理便得四路开关信号,如图2.1.1所示。图中的“Boolean”和“double”为“SignalAttributes”库中的“DataTypeConversion”模块进行相应设置后所得。8图2.1.1双极性SPWM信号发生电路图(1)主要参数设置图2.1.1(a)Gain模块参数设置9图2.1.1(b)RelationalOperator模块参数设置(2)双极性SPWM控制方式仿真结果当调制深度m=0.5,载波频率fc=1500时,仿真结果如图2.1.1(c)所示。图2.1.1(c)双极性SPWM控制方式仿真波形图为了使仿真界面简洁,仿真参数易于修改,可以对图2.1.1所示部分进行封装,使其成为一个便于调用的模块。用鼠标选中图中的所有部分,单击右键并选择“CreateSubsystem”,则选中的部分全都放入一个子系统模块,只保留了对外的输入输出接口,子系统模块如图2.1.1(d)所示。右键单击该模块,选择“MaskSubsystem”中的Para可对其进行封装。如图2.1.1(e)所示,设置m、f和fc三个参数并确定后,再单击该子系统模块则会出现如图2.1.1(f)所示的对话框,此时可根据仿真需要填写参数的具体数值。10图2.1.1(d)子系统模块图图2.1.1(f)双极性SPWMM模块对话框示意图图2.1.1(e)双极性SPWMM模块封装设置示意图2.1.2双极性模式PWM逆变电路仿真模型主电路中采用“UniversalBridge”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;阻感负载分别设为1Ω和2MH。主电路仿真模型图如图2.1.2所示。11图2.1.2双极性模式PWM逆变电路图主要参数设置图2.1.2(a)UniversalBridge模块参数设置12图2.1.2(b)SeriesRLCBranch模块参数设置注:在选择电阻、电感时将电容的参数设为inf即可。图2.1.2(c)Powergui模块参数设置注:在powergui模块中选择ConfigureParameters进行设置13图2.1.2(d)Multimeter模块参数设置注:利用Multimeter模块,可以获得电压和电流的参数,等价于在模型内部连接一个电压和电流测量模块。配合示波器,被测信号可通过此模块得到仿真波形。因此处需要获得阻感负载的电压和电流波形,所以在SeriesRLCBranch模块参数设置时Measurements参数设置要如2.1.2(b)所示。2.2双极性模式PWM逆变电路仿真结果及分析图2.2双极性模式PWM逆变电路图14(1)将调制深度m设为0.5,输出基波频率设为50HZ,载波频率设为基频的15倍
本文标题:双极性模式PWM逆变电路
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