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ur=M sin?t，M为调制度且0 1?M sin?t2?t2/2Tc/2 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：t2 将上式离散化后可得：t2?(1?Msin?t)Tc/2 ?(Msin(2?I/N)?1)/2 式中， Tc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，V1和V2通断互补，V3和V4也通断互 补，如在uo正半周，V1导通，V2关断，V3和V4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uo的负半周，让V2保持通态，V1保持断态，V3和V4交替通断，负载电压uo可以得到-Ud和零两种电平。 5 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ur为正弦波，载波uc在ur的正半周为正极性的三角波，在ur的负半周为负极性的三角波。 a)在ur的正半周时，V1保持通态，V2保持断态，当ur>uc时，使V4导、V3关断，uo=Ud。当ur b)在ur的负半周时，V1保持断态，V2保持通态。当ur 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ur和载波信号uc的交点的时刻控制各个开关器件的通断。 6 a)在ur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ur的一个周期内，输出的PWM波只有±Ud两种电平。 b)在ur的正负半周，对各个开关器件的控制规律相同。当ur>uc时，V1和V4导通，V2和V3关断，这时如果io>0，则V1和V4导通，如果io<0，则VD1和VD4导通，但不管那种情况都是uo=Ud。当ur 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“Repeating Sequence”模块产生，双击其对话框，设置“Times Values”为[0 1/fc/4 3/fc/4 1/fc],设置“Output Values”为[0 -1 1 0]，便可生成频率为fc的三角载波：调制波和载波通过Simulink的“Logic and Bit Operations”库中的“Relational Operator”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“Signal Attributes” 库中的“Data Type Conversion”模块进行相应设置后所得。 7 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 8 图2.1.1（b） Relational Operator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“Create Subsystem”,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“Mask Subsystem”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。 9