(完整版)三相逆变器SPWM的仿真

1目录一摘要...................................................................................................2二三项逆变器SPWM调制原理...........................................................2三SPWM逆变电路及其控制方法.......................................................23.1SPWM包括单极性和双极性两种调制方法.....................................................23.2调制法.................................................................................................................33.3特定谐波消去法..................................................................................................4四三相桥式逆变器SPWM调制的仿真型........................................54.1SUBSYSTEM封装模块...................................................................................64.2SUBSYSTEM1封装模块.................................................................................7五三相桥式逆变器SPWM调制的仿真波形....................................7六频谱分析...........................................................................................146.1对相电压UN’、VN’、WN’输出电压进行谐波分析................................146.2对负载的线电压UUV、UVW、UWU的输出波形进行谐波分析.................166.3负载VN的相电压UN、VN、WN输出波形进行谐波分析.......................17七结语.................................................................................................19八参考文献.........................................................................................192三相逆变器双极性SPWM调制技术的仿真一摘要：在电力电子技术中，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波形（含形状和幅值）。本论文以三相逆变器双极性SPWM调制技术的仿真为例，通过运用了Matlab/Simulink和PowerSystemBlock(PSB)电力系统模块集工具箱仿真环境，对电路进行建模、计算和仿真分析。通过调节载波比N，用示波器观看输出波形的改变。另外，采用subplot作出相电压、相电流、线电压、不同器件所承受的电压波形以及频谱图，并加以分析。关键词：PWM三相逆变器载波比N示波器仿真波形二三相逆变器SPWM调制原理在采样控制理论中有一个重要的结论：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。图1中各个形状的窄脉冲在作用到逆变器中电力电子器件时，其效果是相同的，是指环节的输出响应波形基本相同。重要理论基础——面积等效原理a)矩形脉冲b)三角脉冲c)正弦半波脉冲d)单位脉冲函图1形状不同而冲量相同的各种窄脉冲三SPWM逆变电路及其控制方法3.1SPWM包括单极性和双极性两种调制方法（1）如果在正弦调制波的半个周期内，三角载波只在正或负的一种极性范围内变化，所得到的SPWM波也只处于一个极性的范围内，叫做单极性控制方式。3（2）如果在正弦调制波半个周期内，三角载波在正负极性之间连续变化，则SPWM波也是在正负之间变化，叫做双极性控制方式。图2双极性PWM控制方式其中：载波比——载波频率fc与调制信号频率fr之比N，既N=fc/fr调制度――调制波幅值Ar与载波幅值Ac之比，即Ma＝Ar/Ac同步调制——N等于常数，并在变频时使载波和信号波保持同步。基本同步调制方式，fr变化时N不变，信号波一周期内输出脉冲数固定；三相电路中公用一个三角波载波，且取N为3的整数倍，使三相输出对称；为使一相的PWM波正负半周镜对称，N应取奇数；fr很低时，fc也很低，由调制带来的谐波不易滤除；fr很高时，fc会过高，使开关器件难以承受。异步调制***——载波信号和调制信号不同步的调制方式。通常保持fc固定不变，当fr变化时，载波比N是变化的；在信号波的半周期内，PWM波的脉冲个数不固定，相位也不固定，正负半周期的脉冲不对称，半周期内前后1/4周期的脉冲也不对称；当fr较低时，N较大，一周期内脉冲数较多，脉冲不对称产生的不利影响都较小；当fr增高时，N减小，一周期内的脉冲数减少，PWM脉冲不对称的影响就变大。3.2调制法1）单相桥式SPWM逆变电路调制法设负载为阻感负载，工作时V1和V2通断互补，V3和V4通断也互补。以uo正半周，让V1通，V2断，V3和V4交替通断。由于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。负载电流为正的区间，V1和V4导通时，uo等于Ud。V4关断时，负载电流通过V1和VD3续流，uo=0负载电流为负的区间，V1和V4仍导通，io为负，实际上io从VD1和VD4流过，仍有uo=Ud。V4关断V3开通后，io从V3和VD1续流，uo=0。4uo总可得到Ud和零两种电平。uo负半周，让V2保持通，V1保持断，V3和V4交替通断，uo可得-Ud和零两种电平。图3三相桥式PWM型逆变电路2）U、V、W三相的PWM控制是通常公用一个三角波Uc，三相的调制信号Uru、Urv、Urw依次相差120°。U、V、W各相功率开关器件的控制规律相同，现以U相为例来分析。当UruUc时，给桥臂V1以导通的信号，给下桥臂V4以关断的信号，则U相相对于直流电源假想中点N’的输出电压UN’=Ud/2。当UruUc时，给V4以导通的信号，给V1以关断的信号，则UN’=-Ud/2。V1和V4的驱动信号始终时互补的。当给V1（V4）加导通信号时，可能是V1（V4）导通，也可能是二极管VD1（VD4）续流导通，这要求阻感负载中电流方向来决定。根据计算式可得，负载相电压UN可求得UN=UN’-(UN’+VN’+WN’)/3在电压型逆变电路的PWM控制中，同一相上下两个臂的驱动信号都是互补的。3.3特定谐波消去法输出电压半周期内，器件通、断各3次（不包括0和π），共6个开关时刻可控。为减少谐波并简化控制，要尽量使波形对称。首先，为了消除偶次谐波，应使波形正负两个半周期镜对称。特定谐波消去法的输出SPWM波形5四三相桥式逆变器SPWM调制的仿真模型总图UVWContinuouspowerguiv+-WN'1v+-WN'v+-VWv+-VN'1v+-VN'v+-UWv+-UVv+-UN'1v+-UN'In2In3In4In6In7In5Out1Out2Out3Out4Out5Out6Conn1Conn3ConnN'Conn2Subsystem1Out1Out2Out3Out4Out5Out6Out7SubsystemRL3RL2RL16MultimeterFED1DCBA电阻R=1，电感L=1e-3,电容C=inf64.1SUBSYSTEM封装模块7Out76Out65Out54Out43Out32Out21Out1WVURepeatingSequence=RelationalOperator2=RelationalOperator1=RelationalOperatorProduct2Product1ProductNOTLogicalOperator2NOTLogicalOperator1NOTLogicalOperator0.88Constant脉冲电路参数设置为：载波比N=9-21，取N=16设置三角波时间[06.25e-41.25e-3]幅值[-11-1],Ma=0.8-0.95,取Ma=0.88，单相调制信号波U,V,W依次相差120°电角度。w取100*pi,U、V、W取角度分别取0、2/3*pi、4/3*pi。E1=E2=150V。74.2SUBSYSTEM1封装模块6Out65Out54Out43Out32Out21Out14Conn33Conn22Conn11ConnN'VD6VD5VD4VD3VD2VD1gmCEV6gmCEV5gmCEV4gmCEV3gmCEV2gmCEV1E2E16In55In74In63In42In31In2E1=E2=150V4.3调制波电路分析4.3.1单相双极性SPWM调制原理图2Out31Out2URepeatingSequence=RelationalOperator2ProductNOTLogicalOperator0.88Constant当0.88Ur=Uc时，输出Out3当0.88UrUc时，输出Out284.3.2三相双极性SPWM调制原理图6Out75Out64Out53Out42Out31Out2WVURepeatingSequence=RelationalOperator2=RelationalOperator1=RelationalOperatorProduct2Product1ProductNOTLogicalOperator2NOTLogicalOperator1NOTLogicalOperator0.88Constant原理同上比较得出，当0.88Ur=Uc时，输出Out3；当0.88UrUc时，输出Out2;当0.88Vr=Uc时,输出Out4;当0.88VrUc时，输出Out5;当0.88Wr=Uc,时，输出Out6,当0.88WrUc,输出Out7;载波比N=fc/fr,可根据公式算的fc=N*fr，可设置三角波的频率和周期。输出信号Out2,3,4,5,6,7用示波器B测得波形，信号经过晶闸管IGBT得到输出信号Out1,2,3,4,5,6,用示波器C测得波形。用示波器A测得三角波和三个正弦波行，用示波器D测相电压UN'UV'WN'电压波形，用示波器D1测相电压UNVNWN的波形，用示波器E测得线电压UVVWUW的波形，用示波器F测得电阻电感两端的电压电流。封装模块1)选择要建立的子系统模块，不包括输入端口和输出端口。2)选择模型编辑窗口Edit菜单中的CreateSubsystem命令，或右击鼠标选择该命令，这样，子系统就建好了，系统自动把输入模块和输出模块添加到子系统。3)修改子系统名，修改需要的子系统名。4)选择模块，右击鼠标选择MaskSubsystem，将其封装。5)在编辑器（MaskEdit)中添加需要封装的相关参数（Parameters):Ar,fr,N,Ma.6)初始化（Initialization)其他参数，这里需要用Matlab语句执行：Ac=Ar/Ma;fc=fr*N7)确定完成封装.9五三相桥式逆变器SPWM调制仿真波形