三相电压型SPWM逆变器仿真分析及应用

毕业论文论文题目：三相电压型SPWM逆变器仿真分析及应用学生姓名：学号：123456789所在院系：电气信息工程学院专业名称：自动化届次：2013届指导教师：目录前言......................................................................21SPWM控制技术产生背景...................................................22SPWM控制技术...........................................................42.1PWM控制技术的概述...................................................42.2面积等效原理........................................................52.3SPWM（正弦脉冲宽度调制）控制技术.....................................52.4SPWM的调制...........................................................62.5PWM的控制方法及其比较................................................73三相桥式逆变器中的开关器件..............................................93.1IGBT的动态特性分析..................................................93.2IGBT的特性和参数特点................................................94三相PWM逆变器的工作原理和结构电路.....................................104.1逆变器的工作原理...................................................104.2三相桥式PWM逆变器电路.............................................115三相PWM逆变器的仿真...................................................125.1三相电压型SPWM逆变器的SIMULINK仿真设计.............................125.2三相电压型SPWM逆变器的各模块电路..................................136SIMULINK仿真结果......................................................156.1脉冲发生器模块的三角波频率为600HZ，正弦波频率为50HZ...............156.2脉冲发生器模块的三角波频率为1080HZ，正弦波频率为50HZ..............176.3脉冲发生器模块的三角波频率为1560HZ，正弦波频率为50HZ.............187结论...................................................................20参考文献.................................................................21淮南师范学院2013届本科毕业论文1三相电压型SPWM逆变器仿真分析及其应用学生：***（指导教师：***）（淮南师范学院电气信息工程学院）摘要：SPWM技术就是在PWM的基础上发展起来的，并且在日常的生产和生活中被广泛应用。近年来，随着大功率全控型电力电子器件的开发成功和不断成熟，已经开始应用各种新型逆变器电源。本文即是讨论不同频率的载波对三相电压型SPWM逆变器输出的电压波形的影响，并探究抑制输出波形中的高次谐波，改善波形的方法。本论文包含三相电压型SPWM逆变器的工作原理，利用Matlab软件中的Simulink仿真系统建立三相电压型SPWM逆变器仿真模型，并对其进行仿真分析。关键词：电力电子；逆变器；建模与仿真ThesimulationandapplicationofthreephaseSPWMinverterStudent:LiFengyang（FacultyAdviser:XuXiaojun）（Electricalandinformationengineeringinstitute,HuainanNormalUniversity）Abstract:SPWMtechnologyisdevelopedonthebasisofthePWM,andiswidelyusedindailyproductionandlife.Inrecentyears,withhighpowertypeallcontrolthedevelopmentofpowerelectronicsdeviceissuccessfulandmatures,hasbeenusedallkindsofnewtypeinverterpowersupply.Thisarticleistodiscussthedifferentfrequencyofthecarrierofthree-phasevoltagetypeSPWMinverteroutputvoltagewaveform,andtoexploretheinhibitionofhighharmonicsintheoutputwaveform,thewaytoimprovewaveform.Thispaperincludestheworkingprincipleofthethree-phasevoltagetypeSPWMinverterusingtheSimulinkofMatlabsoftwaresimulationsystemsetupsimulationmodelofthree-phasevoltagetypeSPWMinverterandcarriesonthesimulationanalysis.Keywords:Powerelectronics；inverter；modelingandsimulation三相电压型SPWM逆变器仿真分析及其应用2前言电力电子技术是一门发展历史比较短的学科，但是这项技术在人们的日常生产生活、工作学习中发挥着举足轻重的作用。电力电子[1]技术的进步都伴随着电子器件的革新。电力电子器件在近几十年的发展历程中，经历了GTO、IGBT、MOSFET、IGCT等电力电子器件的发展更迭。伴随着大功率全控型电力电子器件的出现和发展，PWM技术应运而生。PWM（PulseWidthModulation）控制就是对脉冲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（含形状和幅值）。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。早期的逆变电路所输出的波形都是矩形波或者六拍阶梯波，这些波形含有较大的谐波成分，从而影响负载（尤其是电动机）的工作性能。为了改善逆变器的性能，在出现了全控器件后，从20世纪80年代开始出现应用PWM控制技术的逆变器。由于其优良的性能，现在大量应用在逆变电路中，绝大部分都是PWM逆变电路。可以说PWM控制技术正是依赖其在逆变电路中的应用，才发展得较成熟，才奠定了它在电力电子技术中的重要地位。SPWM正弦脉宽调制[2]法是在PWM这项技术的基础上发展而来的，特点是原理简单，通用性强，具有开关频率固定，能消除谐波中的高次谐波分量，电路设计简单等优点，是一种比较好的波形改善法。SPWM技术成为目前应用最为广泛的逆变用PWM技术。1SPWM控制技术产生背景20世纪60年代，PWM（PulseWidthModulation）控制技术成为变频技术的核心技术，把这项通讯技术首先在交流传动中得到应用，为交流传动的推广应用开辟了新的局面，成为之后PWM技术发展的基础。PWM控制技术可以分为三大类，正弦PWM（即SPWM），随机PWM和优化PWM。本文即是对SPWM的应用进行仿真，旨在改善输出电压和电流波形，抑制电源系统中谐波的多重PWM技术在大功率变频器中有其特有的优势；但优化PWM所追求的目标则是实现电流谐波畸变率（THD）达到最小，电压利用率最高，转矩脉动最小及其它特定优化目标等。在电力电子的一个分支——电力拖动中，解决好电动机的无级调速[3]问题有着十分重要和深远的意义，电机调速性能的提高可以在很大程度上提高工农业生产设备的加工精度、工艺水平及工作效率，从而提高产品的质量以及数量;而对于风机、水泵负载，如果可以采用调速的方法改变它们的流量，节能效率可以达到20%-60%，对于能源紧缺淮南师范学院2013届本科毕业论文3的今天，可谓是意义非凡。我们都知道，直流调速系统有较好的静、动态性能指标。在很长的一个历史时期内，调速传动领域几乎被直流电机调速所统治，这和实际中交流电机的广泛应用是一对存在的矛盾，许多使用交流电机的设备为了达到调节被控对象的目的，只能采用传统的物理方法，例如采用阀门、风门控制流量等，这样不仅浪费能源，而且费用很高。在采用直流调速的应用领域，由于直流电机固有的缺点——电刷和换相器的存在，使直流电机的大范围使用受限，因此开发交流调速是顺应生产发展的。在这种情势之下，鉴于变频调速具有更高的效率、宽范围和高精度的特点，人们加大了研究交流调速[4]的力度。于是，正弦波脉宽调制（SPWM）变频调速便应运而生，在人们日常的生产生活中正弦波脉宽调制（SPWM）变频调速发挥了极大的作用。变频调速技术的发展很大程度上往往依赖于大功率半导体器件的革新。伴随着电力电子技术的发展，特别是可关断晶闸管GT0[5]，电力晶体管GTR，绝缘门极晶体管IGBT，MOS晶闸管以及MTC等等具有可自关断能力的大功率全控型电力电子元件的发展进步，加上调控单元也向大规模数字集成电路方向发展以及在应用具有逻辑判断功能的智能微机加以控制，从而让变频器的稳定性、可靠性及效率不断提高，从而使交流变频调速系统装置的性能也得到不断提高和完善。随着新型电子器件制造技术的发展和控制技术的进步，现代控制理论的研究方向向交流调速领域的发展，特别是进入21世纪，PC机[6]及集成电路的发展，交流电动机调速技术正向高频化、智能化和数字化发展。在电力电子器件的发展史上，电力电子器件的发展历经了晶闸管（SCR）、可关断晶闸管（GTO）、晶体管（BJT）、绝缘栅晶体管（IGBT）等阶段，而且电力电子器件的革新总是能推进电力电子技术的进步。目前电力电子器件倾向于向着低损耗、易驱动、大容量、高频率方向发展，与其他电力电子器件相比，IGBT具有显著优于其他电力电子器件的特点：驱动简单、保护容易、高可靠性和开关频率高。电力电子器件IGBT有一个其他元件不具有的优点，不论在导通状态还是短路状态都能承受电流冲击。IGBT不仅可以并联，又由于其本身的关断延迟很短，其串联也相当容易。尽管IGBT在大功率应用中非常广泛，但其有限的负载循环次成为其应用范围的瓶颈。随着电力电子技术的快速发展，正弦波输出变压变频电源已经在生产生活的各个领域中得到了广泛的应用，与此同时对逆变电源的输出电压和电流的波形质量也提出了较高的要求。主要从动态和静态两个方面提出要求：一是稳态输出的精度要高；二是动态三相电压型SPWM逆变器仿真分析及其应用4性能好。因此，开发具有优良动、静态性能的逆变器，已经成为电力电子发展领域的一个研究热点。现在的正弦波输出变压变频电源产品中，为了得到SPWM波，一般都采用双极性调制技术。该调制方法存在的最大缺点是它的6个功率管都工作在较高频率，从而产生了较大的开关损耗。因此，双极