电力电子系统仿真
结课作业
题
目：单相电压型SPWM逆变电路仿真 院 系： 电气工程学院 班 级： 电气F1306 学 号： 201323010323 学生姓名： 王 宇
2016年4月18
目录
第一章 绪论 .............................................. 2 第二章 单相电压型SPWM逆变电路 .......................... 3
2.1 单相电压型SPWM逆变电路的基本结构图 .......................... 3 2.2 单相电压型SPWM逆变电路的工作原理 ............................ 3 2.2.1 逆变器SPWM调制原理 ...................................... 3 2.2.2 SPWM控制方式............................................. 5 2.3 单相逆变器SPWM调制电路的SIMULINK模型.......................... 7 2.3.1 单极性SPWM仿真的模型 ..................................... 7 (1)单极性SPWM仿真的主电路: ..................................... 7 2.3.2双极性SPWM仿真的模型图.................................... 8 2.4 模型参数的设定模型仿真图及其分析 ............................. 9 2.4.1 单极性SPWM仿真 ........................................... 9 2.4.2 双极性SPWM仿真 .......................................... 11 （1）频率为50Hz,载波比为15,调制深度为0.5仿真: ................ 11
第四章 总结 ............................................ 13
第五章 参考文献 ........................................ 14
第一章 绪论
20世纪60年代发展起来的电力电子技术，使电能可以交换和控制，生产了现在各种高效节能的新型电源和交直流调速装置，为工业生产，交通运输等提供了现代化的高新技术，提高了生产效率和人们的生活质量。但是在电力电子技术中有关电能的变换与控制过程，内容大多涉及电力电子技术各种装置的分析与大量计算，电能变换的波形分析，测量与绘图等，随着晶闸管所处状态的不同，系统的参数形式也不同，因而传统的计算机语言编程仿真程序冗长，可读性差，调试费时，大量的时间花在矩阵处理和图形的生成分析等繁琐易错的细节上，而这些工作特别适合MATLAB的使用。MATLAB运算功能强大，计算准确又快捷；同时MATLAB提供的动态仿真工具SIMULINK可直接建立电路仿真参数，并且可以立即得到参数修改后的仿真结果，直观性强，省去了编程步骤，实体图形化模型的仿真简单，方便，能节省设计时间与降低成本。MATLAB绘制的图形尤其准确，清晰，精美。电力电子技术领域通常利用MATLAB中的SIMULINK其中的电气系统模块库（Power System Blockser）建立电力电子装置的简化模型并进行控制器的设计和仿真。
MATLAB环境（又称MATLAB语言）是由美国New Mexico 大学的Cleve Moler 于1980年开始研究开发的，1984年由Cleve Moler 等人创立的Math Works 公司推出的第一个商业版本。经过几十年MATLAB的发展，竞争和完善，现已成为国际公认最优秀的科技应用软件。MATLAB语言的两个最著名特点，即其强大的矩阵运算能力和完善的图形可视化功能，使得它成为国际控制界应用最广的首选计算机工具。MATLAB具有对应学科极强的适应能力，很快成为应用学科计算机辅助分析，设计，仿真，教学甚至科技文字处理不可缺少的基础软件。
在建成模型结构后，就可以启动系统仿真功能来分析系统的动态特性。电力电子电路实验系统的仿真，具有以下特点：（1）仿真研究方法简单、灵活、多样。该仿真实验在仿真时还可以任意参数调整，体现了仿真研究和数学的方便性和灵活性（2）仿真结果直观。通过仿真研究可以得到有关系统设计的大量、充分而且直观的曲线与数据，方便对系统进行分析、改进。
2
第二章 单相电压型SPWM逆变电路
2.1 单相电压型SPWM逆变电路的基本结构图
单相桥式逆变器有四个带反并联续流二极管的IGBT组成，分别为VT1~VT4，直流侧由两个串联电容，他们共同提供直流电压Ud，负载为阻感负载，调制电路分别由单相交流正弦调制波形和三角载波组成，其中三角载波和正弦调制波的幅值和频率之比分别被称为调制度和载波频率，这是SPWM调制中的两个重要参数。三角载波和正弦调制波相互调制产生四路脉冲信号分别给六个IGBT提供触发信号。
图1 单相桥式SPWM型逆变电路
2.2 单相电压型SPWM逆变电路的工作原理
2.2.1 逆变器SPWM调制原理
PWM控制技术在逆变电路中的应用十分广泛，目前中小功率的逆变电路几乎都采用了PWM技术。常用的PWM技术主要包括：正弦脉宽调制(SPWM)、选择谐波调制（SHEPWM）、电流滞环调制（CHPWM）和电压空间矢量调制（SVPWM）。
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。PWM控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，正是基于这个理论。
3
a)矩形脉冲 b)三角脉冲 c)正弦半波脉冲 d)单位脉冲函
图2 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲
图2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，就可得到图2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SPWM波。SPWM调制技术才孕育而生。
Ud O -
上图所示的波形称为单极性SPWM波形，根据面积等效原理，正弦波还可等效为图3中所示的PWM波，这种波形称为双极性SPWM波形，而且这种方式在实际应用中更为广泛。
d 图3 单极性SPWM控制方式波形
? t
4