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负载时则没有脉动。
3.2.2三相方波逆变电路的仿真分析 3.2.2.1建立仿真模型
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第一步建立主电路的仿真模型。在Simpowersystem的“Electrical Sources”库中选择直流电压源模块，在对话框中将直流电压设置为530V；然后在“Power Electronics”库中选择“Universal Bridge”模块，桥臂数设置为3，构成三相电路，开关器件为带有反并联二极管的IGBT；在“Elements”库中选择三相串联的串联RLC支路模块，在设置为星形连接，额定电压为413V、额定频率50Hz，有功功率为1kW，感性无功功率为100Var，容性无功功率为0；在Simpowersystem的“Sink”库中选择“Scope”示波器模块；在的“Simulink”的“Signal Routing”库中选择“Mux”模块，Mux模块中的输入接口设为6；按照如图4所示将各模块连接，这样就完成了三相方波逆变电路的主电路部分。
第二步再来构造控制部分。Simulink的“Sources”库中选择四个“Pulse Generator”模块，幅值为1.周期设为0.02s，频率为50Hz，占空比为50%。各模块依次滞后0.02/6s，即相差60°。采用“Mux”模块将六路信号合成后加在门极上。
第三步完成波形观测及分析部分。利用“Measurements”库中的“Multimeter”模块并且将负载的测量量设置为电流和电压即可观察逆变器的输出相电压、相电流和线电压。通过串联的电流表就可以观察直流电流的波形。
最终的仿真模型如图6所示。 Continuouspowergui1ug1ug23ug3Multimeterug4Scopeug5ug6+i-m+Universal BridgegAThree-PhaseSeries RLC LoadABCUd-BC 图 6 三相方波逆变电路仿真模型
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3.2.2.2分析仿真结果
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利用Simpowersystem中的“powergui”，可对所得波形进行FFT分析。MATLAB提供的powergui模块有很多种功能，在此次分析研究中主要用到powergui的FFT的分析功能的用法，仿真运行前，选择参数设置菜单，在“Date History”中选择选中数据并保存到工作区的选项。程序运行完成以后，选择powergui的FFT分析功能，选择要分析的信号，设置起始时间，分析的周期数及基波频率即可。此次仿真过程中将仿真时间设为0.1s,选择ode45的仿真算法，在“powergui”的对话框中选择离散仿真模式，采样时间为10-5s，运行以后点击示波器即可观察到相电压、相电流、线电压和直流电流波形。如图7所示为a相电压、a相电流、a、b间线电压仿真波形。
图7 三相方波逆变电路波形图
逆变器输出的相电压是六阶梯波，相电流和直流电流波形与负载有关。由图7可知，直流电流波动的频率是逆变器输出电压的6倍。
相电压基波峰值是337.3V，线电压的基波峰值为584.6V,与上述数学分析数值相符。从图8可知，输出的交流电压不含3的整数倍次谐波，只含更高阶次的奇次谐波。将显示模式改为列表后，可观察到n次谐波幅值为基波幅值的1/n。
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图 8 三相方波逆变电路谐波分析图
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4 SPWM逆变电路的仿真研究
4.1 单相SPWM逆变电路的仿真研究
4.1.1 单相SPWM逆变电路的数学分析
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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得到包括形状和幅值在内的所需要的波形。PWM技术的理论基础为面积等效原理，即将形状不同但冲量相等的窄脉冲加之于具有线性惯性环节时，得到的输出效果基本相同。这里的效果基本相同指输出输出响应的波形基本相同。
若采用正弦波作为PWM调制波，则称为正弦脉冲宽度调制，常简称为SPWM，是目前应用较多的一种逆变控制技术。SPWM逆变电路工作原理图如图2（a）所示，其主电路与单相方波逆变电路结构完全相同，不同的是其驱动信号是采用SPWM控制，将宽度变化的窄脉冲作为驱动信号。PWM控制包括计算法和调制法 SPWM采用频率为fs的正弦波为调制波
载波uc是幅值为 Ucm频率为fc 的三角波。
载波信号频率fc和调制信号频率f的比值称为载波比，可以用p来表示即
调制深度m 定义为正弦调制信号与三角波载波信号的幅值之间的比值
通常采用信号波us 与载波uc 相比较的方法生成PWM信号：当us> uc 时，功率开关S1、S3就会导通，逆变电路交流端输出电压u0等于直流电压源电压幅值；当us 本 科 毕 业 设 计 第 15 页 共 28 页 图9 双极性SPWM逆变示意图 工程上通常对SPWM逆变器采用电压平均值模型来进行输出基波电压的计算，当载波远高于输出电压基波频率且调制深度小于1时，可知基波电压u1的幅值满足如下关系 上述等式是SPWM的一个重要关系，它表明调制深度小于1和载波信号频率远大于调制波信号的条件下，SPWM逆变电路输出电压的基波幅值随调制深度线性变化。因此通过控制调制信号的频率和幅值，可方便的调节SPWM逆变电路输出电压的频率和幅值。 在线性控制区内，调制深度m等于1时输出电压的基波幅值达到最大，即直流电压源幅值Ud与单相方波逆变器相比，SPWM逆变器的直流电压逆变率只有单相方波逆变器的0.7854倍，实际上，SPWM并没有一定要求调制深度要小于1，调制深度的增长可以使输出电压“锯齿”减少，基波电压幅值增大。但是提高调制深度并不能无限提升直流电压利用率，而是以方波逆变工作的情况为上限。当调制深度大于1时称为过调制。当调制深度趋于无穷大时，电路工作情况实际就是方波逆变的情况。因此，过调制除了造成直流电压利用率的有限增加的结果外，还会导致输出电压的低次谐波的大量出现，这与SPWM的初衷是有相当部分的矛盾的。因此，过调制只能是在某些强调直流电压利用率并