電壓型三相SPWM逆變器建模和仿真研究.doc

學(xué)學(xué) 院院 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 作者姓名作者姓名 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師 學(xué)科門類學(xué)科門類 工學(xué)工學(xué) 二二 一三年五月一三年五月 所學(xué)專業(yè)所學(xué)專業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化電氣工程及其自動(dòng)化 題題 目目 中中 英英文文 電壓型三相電壓型三相 SPWMSPWM 逆變器建模和仿真研究逆變器建模和仿真研究 代號(hào)代號(hào) 分類號(hào)分類號(hào) 學(xué)號(hào)學(xué)號(hào) 密級(jí)密級(jí) 公開(kāi)公開(kāi) 提交論文日期提交論文日期 成績(jī)?cè)u(píng)定成績(jī)?cè)u(píng)定 Voltage source SPWM Inverter Modeling and Simulation of Three phase 學(xué)院 2013 屆本科畢業(yè)畢業(yè)論文 設(shè)計(jì) I 摘摘 要要 電壓型三相逆變器就是供給逆變器的交流電源是三相電電源 SPWM 正弦脈寬調(diào)制法 這項(xiàng)技術(shù)的特點(diǎn)是原理簡(jiǎn)單 通用性強(qiáng) 具有開(kāi)關(guān)頻率固定 控制和調(diào)節(jié)性能好 使輸 出電壓只含有固定頻率的高次諧波分量 并能夠消除諧波 且設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單等一系列的優(yōu)點(diǎn) SPWM 正弦脈寬調(diào)制法是一種比較好的波形改善的方法 SPWM 正弦脈寬調(diào)制法的出現(xiàn)為中 型和小型逆變器的快速發(fā)展起到了一個(gè)重要的推動(dòng)作用 伴隨著電力電子技術(shù)的高速發(fā) 展 電壓型三相 SPWM 逆變器已被廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域之中 并且 SPWM 技術(shù)已經(jīng)成為目 前應(yīng)用最為廣泛的逆變用 PWM 技術(shù) 通過(guò)電壓型三相 SPWM 逆變器建模和仿真研究這項(xiàng)課題 能夠加強(qiáng)自己對(duì)電壓型三相 SPWM 逆變器控制原理和建模進(jìn)行深入理解 并提高自己在三相電壓逆變方面的計(jì)算機(jī)仿 真能力 為今后自己從事交流電機(jī)控制與電源逆變相關(guān)工作打下良好的基礎(chǔ) 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞 電壓型 頻率 SPWM 逆變器 電壓型三相 SPWM 逆變器建模和仿真研究 II Abstract The AC power supply voltage three phase inverter is supplied to the inverter is three phase electric power supply the technology of SPWM sine pulse width modulation method is simple in principle strong versatility with fixed switching frequency control and regulation performance so that the output voltage harmonic component contains only the fixed frequency and can eliminate the harmonic and has the advantages of simple design a series of SPWM sine pulse width modulation method is a good waveform improvement SPWM sine pulse width modulation method for the rapid development of medium and small inverter plays an important role in promoting Along with the rapid development of power electronic technology three phase voltage source SPWM inverter has been widely used in various fields and the SPWM technology has become the most widely used PWM technology of inverter Through research on Modeling and Simulation of three phase voltage source SPWM inverter this subject it can make me have a strength to voltage three phase SPWM inverter control principle and modeling a more depth understanding and it can improve myself in the three phase voltage inverter aspects of computer simulation ability which can make me have a good foundation of engaged in AC motor control and power inverter related work KeyKey wordswords Voltage type frequency SPWM Inverter 學(xué)院 2013 屆本科畢業(yè)畢業(yè)論文 設(shè)計(jì) III 目目 錄錄 摘 要 I Abstract II 目 錄 III 1 引言 1 2 電壓型三相 SPWM 逆變器的工作原理及控制方法 1 2 1 三相電壓型逆變器電路 1 2 2 SPWM 控制的基本原理 4 2 3 電壓型三相 SPWM 逆變器的實(shí)現(xiàn)及控制 6 3 電壓型三相 SPWM 逆變器的建模與仿真 8 3 1 Simulink 軟件的介紹 8 3 2 電壓型三相 SPWM 逆變器的建模和仿真 9 4 總結(jié) 16 參考文獻(xiàn) 17 謝 辭 18 學(xué)院 2013 屆本科畢業(yè)畢業(yè)論文 設(shè)計(jì) 1 1 引 言 近年來(lái) 隨著大功率全控型電力電子器件的研究與開(kāi)發(fā)成功和應(yīng)用技術(shù)的 不斷成熟 電能變換技術(shù)得到了突破性的進(jìn)展 在一些領(lǐng)域中 已經(jīng)開(kāi)始使用 各種新型逆變器電源 其中 也包括電動(dòng)機(jī) 但是因?yàn)槟孀兤麟娫粗惔蠊β?電力電子裝置的結(jié)構(gòu)復(fù)雜 如果直接對(duì)大功率電力電子裝置進(jìn)行試驗(yàn) 不但花 費(fèi)高 且費(fèi)時(shí)耗力 因此對(duì)它們的研制過(guò)程中 需要借助計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)對(duì)其 機(jī)理與特性 控制方法的有效進(jìn)行驗(yàn)證 來(lái)預(yù)測(cè)并解決潛在的問(wèn)題 同時(shí)縮短 了研制時(shí)間和研究所花的費(fèi)用 SPWM 正弦脈寬調(diào)制法這項(xiàng)技術(shù)的特點(diǎn)是原理簡(jiǎn)單 通用性強(qiáng) 具有開(kāi)關(guān) 頻率固定 控制和調(diào)節(jié)性能好 使輸出電壓只含有固定頻率的高次諧波分量 并能夠消除諧波 且設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單等一系列的優(yōu)點(diǎn) SPWM 正弦脈寬調(diào)制法是一種比 較好的波形改善的方法 SPWM 正弦脈寬調(diào)制法的出現(xiàn)為中型和小型逆變器的快 速發(fā)展起到了一個(gè)重要的推動(dòng)作用 伴隨著電力電子技術(shù)的高速發(fā)展 電壓型 三相 SPWM 逆變器已被廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域之中 并且 SPWM 技術(shù)已經(jīng)成為目前 應(yīng)用最為廣泛的逆變用 PWM 技術(shù) 3 模擬控制和數(shù)字控制是根據(jù)生成 SPWM 波形的實(shí)現(xiàn)方式劃分的兩種形式 傳 統(tǒng)的模擬控制方式在逆變器中的控制性能優(yōu)良 技術(shù)成熟 應(yīng)用非常廣泛 但 是模擬控制方式也存在著許多的缺陷 例如 設(shè)計(jì)周期長(zhǎng) 不易管理維護(hù) 元 件眾多等缺點(diǎn) 隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的飛速發(fā)展 電力電子與電力傳動(dòng)控制 領(lǐng)域中以成功的應(yīng)用了數(shù)字控制技術(shù) 逆變器的數(shù)字控制逐漸成為人們研究熱 點(diǎn)課題 MATLAB 軟件具有強(qiáng)大的數(shù)值計(jì)算功能 電壓型三相 SPWM 逆變器建模和仿 真研究是利用 MATLAB 軟件中的 SIMULINK 建立一個(gè)三相電壓型 SPWM 逆變器系統(tǒng) 的仿真模型 并對(duì)其輸出特性進(jìn)行仿真分析 2 電壓型三相 SPWM 器的工作原理及控制方法 2 1 三相電壓型逆變電路 電力電子器件的各種交流裝置可以對(duì)不同形式的電能 交流與直流之間 進(jìn)行變換 主要有 AC DC AC AC DC AC 和 DC DC 變換裝置 因?yàn)樗鼈兌脊ぷ?電壓型三相 SPWM 逆變器建模和仿真研究 2 在開(kāi)關(guān)狀態(tài) 因此可以進(jìn)行高效率的能量變換 其中直 交逆變器根據(jù)中間直流環(huán)節(jié)儲(chǔ)能器件的不同可分為 電容器儲(chǔ)能的 電壓型逆變器和電感器儲(chǔ)能的電流型逆變器 我們通過(guò)三個(gè)單項(xiàng)逆變電路可以 組合一個(gè)三相逆變電路 但在三相逆變電路中 應(yīng)用最為廣泛的還是三相橋式 逆變電路 采用 IGBT 作為開(kāi)關(guān)器件的三相電壓型逆變器的主電路圖如圖 2 1 所 示 可以看成由三個(gè)半橋逆變電路組成 圖 2 1 三相電壓型逆變器的主電路結(jié)構(gòu) 兩種工作模式 在圖 2 1 給出的三相電壓型逆變器中 每一相都有上下兩個(gè)橋臂 每一個(gè) 橋臂采用一支主管 V 和一支續(xù)流二極管 VD 反并聯(lián)構(gòu)成 該電壓型逆變器有兩種 工作方式 一種是導(dǎo)通方式 在任何時(shí)候都只有不同相的兩支主管導(dǎo)通 0 120 同一相的兩支主管在一個(gè)周期內(nèi)各導(dǎo)通 它們之間切換時(shí)分別有的間隙 0 120 0 60 時(shí)間 當(dāng)某相沒(méi)有主管導(dǎo)通時(shí) 該相感性電流經(jīng)該相的續(xù)流二極管流通 一個(gè) 周期內(nèi)的各主管工作模式按照 2 2 所示的順序循環(huán)工作 可以看出每次的換相 都是在上面 3 個(gè)橋臂內(nèi)部或下面 3 個(gè)橋臂內(nèi)部 按照順序 依次進(jìn)UVW 行 因此稱為橫向換相 在導(dǎo)通方式下 由于同一橋臂中上下兩主管有 0 120 的間隙 所以不存在同一相上下直流短路的問(wèn)題 對(duì)換流安全有利 但是該 0 60 電路在實(shí)際應(yīng)用中 需要注意在換流瞬間要防止電感性負(fù)載電流中斷引起過(guò)大 的尖峰電壓危及主管 由于該電路主管利用率較低 所以一般情況下電壓型逆 變器不采用這種工作方式 學(xué)院 2013 屆本科畢業(yè)畢業(yè)論文 設(shè)計(jì) 3 圖 2 2 導(dǎo)通型運(yùn)行方式 0 120 電壓型逆變器的另一種工作方式是導(dǎo)通方式 任何時(shí)刻都有不同相的 0 180 三支主管導(dǎo)通 同一相上下兩個(gè)橋臂的主管交替導(dǎo)通 各自導(dǎo)通半個(gè)周期 0 180 一個(gè)周期內(nèi)各個(gè)主管的運(yùn)行方式按照?qǐng)D 2 3 所示的順序循環(huán)工作 可以看出它 的換向是縱向換相 因?yàn)槊看螕Q相都是在同一相上下兩個(gè)橋臂之間進(jìn)行的 要 采取 先斷后通 的方法來(lái)防止同一相上下兩橋臂的開(kāi)關(guān)器件同時(shí)導(dǎo)通而引起 直流側(cè)電源的短路 也就是先給應(yīng)關(guān)斷的器件以關(guān)斷信號(hào) 待其關(guān)斷后留出一 定的時(shí)間裕量 之后再給應(yīng)該導(dǎo)通的器件發(fā)出開(kāi)通信號(hào) 也就是說(shuō) 在同一相 的上下兩個(gè)橋臂的開(kāi)關(guān)之間留下短暫的死區(qū)時(shí)間 所留的死區(qū)時(shí)間的長(zhǎng)短是由 開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)速度決定的 器件的開(kāi)關(guān)速度越快的話 所留的死區(qū)時(shí)間就會(huì) 越短 這種 先斷后通 的方法對(duì)在上下橋臂通斷互補(bǔ)方式下工作的其他電路也 是可以應(yīng)用的 2 123234345456561612 VV VV VVVV VV VVVV VV VV 圖 2 3 導(dǎo)通型運(yùn)行方式 0 180 電壓型逆變器在一般情況下都會(huì)采用導(dǎo)通型的控制方法 在簡(jiǎn)單的三 0 180 相逆變電路中 如果上橋臂導(dǎo)通下橋臂關(guān)斷 那么逆變器輸出高電平 如果下 橋臂導(dǎo)通上橋臂關(guān)斷 那么逆變器輸出低電平 這種情況下逆變器的輸出電壓 為 2 100 010 001 UNU VNVd WWN US USU SU 1 分別是三相逆變器的開(kāi)關(guān)函數(shù) 以為例 1 表示逆 U S V S W S U S U S 變橋橋臂上開(kāi)關(guān)閉合 下開(kāi)關(guān)斷開(kāi) 而當(dāng) 0 時(shí) 則正相反 下開(kāi)關(guān)閉合 U U S 電壓型三相 SPWM 逆變器建模和仿真研究 4 上開(kāi)關(guān)斷開(kāi) 上面式 2 1 的相電壓選擇了逆變器負(fù)母線為參考電位 如果相電壓參考 電位選擇為負(fù)載的中性點(diǎn) 的電位為 那么相電N 3 NNUNWNVN UUUU 壓數(shù)學(xué)表達(dá)式如下 2 2 31 31 3 1 32 31 3 1 31 32 3 UNUNNNU VNVNNNVd WWNWNNN UUUS UUUSU SUUU 2 上式中的負(fù)載相電壓與三相開(kāi)關(guān)函數(shù)之間的關(guān)系見(jiàn)表 2 1 表 2 1 電壓型逆變器的控制型號(hào)與輸出電壓的關(guān)系 三相交流電壓 Ud 編號(hào) U S V S W S UN UUVNUWN 0000000 1001 1 3 1 3 2 3 2010 1 3 2 31 3 3011 2 31 31 3 4100 2 31 3 1 3 5101 1 3 2 31 3 6110 1 31 3 2 3 7111000 2 2 SPWM 控制的基本原理 對(duì)于形狀不同但沖量相等的窄脈沖而言 將不同形狀相等沖量的窄脈沖加在具 有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí) 它們得出的結(jié)果基本一樣 這是在采樣控制理論中的重要 結(jié)論 效果基本相同就是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波基本一樣 沖量就是指窄脈沖的 學(xué)院 2013 屆本科畢業(yè)畢業(yè)論文 設(shè)計(jì) 5 面積 假如把一個(gè)輸出波形用傅里葉變換分析的話 那么它的低頻段非常的接 近 但是它在高頻段有點(diǎn)差異 6 例如 圖 2 4 中的 為三個(gè)不同形狀abc 的窄脈沖 其中一個(gè)圖形為矩形的脈沖 一個(gè)圖形為三角形的脈沖一個(gè)圖形為 正弦半波的脈沖 但是它們各圖形各自的面積 也就是沖量 都等于 1 所以 當(dāng)把這幾個(gè)脈沖依次的加在具有慣性的同一個(gè)環(huán)節(jié)的時(shí)候 它們各自的輸出響 應(yīng)也會(huì)將會(huì)一樣 那么當(dāng)這些窄脈沖變成圖 2 4所示的單位脈沖函數(shù)時(shí) d t 這些脈沖的環(huán)節(jié)響應(yīng)就會(huì)變?yōu)樵摥h(huán)節(jié)的脈沖過(guò)渡函數(shù) 1 a 矩形的脈沖 b 三角形的脈沖 c 正弦半波的脈沖 d 單位脈沖函數(shù) 圖 2 4 形狀不相同但是沖量相同的各種窄脈沖 面積和形狀分別為圖 2 4 的 的窄脈沖為圖 2 5 中的電壓abcd e t 窄脈沖 其為電路的輸入 輸入是加在慣性環(huán)節(jié)的電路上 設(shè)它的電 e tRL 流為該電路的輸出 在圖 2 5中給出了不同的窄脈沖時(shí) 的響應(yīng)波形 i tb i t 1 從下圖 2 5b 的波形中可以看得出來(lái) 在 的上升階段 脈沖形狀不同時(shí) i t 的形狀也略有不同 但是在其下降階段它們的波形幾乎是一模一樣 7 可得 i t 出脈沖越窄的情況下 各個(gè)波形的差異也就會(huì)越來(lái)越小 如果把上述脈沖周 i t 期性地施加 那么響應(yīng)也變?yōu)橹芷谛缘?i t 電壓型三相 SPWM 逆變器建模和仿真研究 6 圖 2 5 各種沖量相同的窄脈沖的響應(yīng)波形 上面所說(shuō)的原理可把其稱為面積等效原理 成為 PWM 控制技術(shù)的重要的理論 基礎(chǔ)的是面積等效原理 接下來(lái)分析如何利用一些不等寬等幅的脈沖來(lái)替代一個(gè)正弦半波 把圖 2 6的正弦半波分割成個(gè)相等的部分 這樣就能夠把正弦半波看aN 作為由個(gè)脈沖的寬度相等的且彼此相互連接的脈沖序列所構(gòu)成的波形 它們N 的脈沖的寬度都等于 但是脈沖的頂部是曲線 且它們的幅值不相等 但N 是各個(gè)脈沖的幅值變化是按照正弦規(guī)律的 如果用數(shù)量相同的幅值相等而寬度 不等的矩形脈沖替代上面的脈沖序列 讓其矩形脈沖的面積和相應(yīng)的正弦波部 分的面積 即沖量 相等 讓矩形脈沖的中點(diǎn)與正弦波的中點(diǎn)相互重合 就可 以得到如圖 2 6所示的脈沖序列圖形 這樣就會(huì)得到了 PWM 波形 這樣就可以b 得出如下結(jié)論 各個(gè)脈沖的寬度是按照正弦規(guī)律變化的 且各個(gè)脈沖的幅值是 相等的 我們根據(jù)面積等效原理可以得出正弦半波和 PWM 波形是相互等效的 相對(duì)于正弦波的負(fù)半周 我們也用同上述的方法來(lái)獲得 PWM 的波形 我們把上 面的按照正弦規(guī)律變化的脈沖的脈沖寬度而且和正弦波波形等效的 PWM 波形 稱為 SPWM Sinusoidal PWM 波形 8 學(xué)院 2013 屆本科畢業(yè)畢業(yè)論文 設(shè)計(jì) 7 圖 2 6 利用 PWM 波替代正弦半波 當(dāng)需改變等效波形輸出的正弦波波形的幅值時(shí) 只需要按照同一個(gè)比例系 數(shù)來(lái)改變上述的各個(gè)脈沖的寬度就可以的 其他的波形也可以和 PWM 波形等效的 例如 PWM 波形等效成所需的非正弦 交流波形等 其基本原理和 SPWM 控制相同 也是基于等效面積原理 3 2 3 電壓型三相 SPWM 器的實(shí)現(xiàn)及控制 SPWM 控制技術(shù)有單極性控制和雙極性控制兩種方式 如果在正弦調(diào)制波的 半個(gè)周期內(nèi) 三角載波只在正或負(fù)的一種極限范圍內(nèi)變化 所得到的 SPWM 波也 只處于一個(gè)極性的范圍內(nèi) 稱為單極性控制方式 如圖 2 6 所示 其中為逆 of u 變器輸出電壓的基波分量 如果在正弦調(diào)制波的半個(gè)周期內(nèi) 三角載波的正 o u 負(fù)極之間連續(xù)變化 則 SPWM 波也在正 負(fù)之間變化 稱為雙極性控制方式 如 圖 2 8 所示 由圖可見(jiàn) 無(wú)論是單極性控制還是雙極性控制 輸出相電壓的波 形都是呈現(xiàn)兩側(cè)窄 中間寬的形狀 這就是所謂的 PWM 波 14 三相橋式 PWM 逆 變器 一般都采用雙極性控制方式 電壓型三相 SPWM 逆變器建模和仿真研究 8 圖 2 7 單極性 PWM 控制方式波形 圖 2 8 雙極性 PWM 控制方式波形 雙極性 PWM 控制方式 圖 2 9 是三相橋式 PWM 型逆變電路 這種電路都是采用雙極性控制方式 U V 和 W 三相的 PWM 控制通常公用一個(gè)三角波載 三相的調(diào)制信號(hào) c u rU u 和依次相差 15 調(diào)制信號(hào) 和載波信號(hào)的交點(diǎn)時(shí)刻控制各開(kāi)關(guān)器 rV u rW u 0 120 r u c u 件的通斷 U V 和 W 各相功率開(kāi)關(guān)器件的控制規(guī)律相同 現(xiàn)以 U 與 V 相為例來(lái) 說(shuō)明 當(dāng) 時(shí) 給下橋臂以關(guān)斷信號(hào) 給上橋臂以導(dǎo)通信號(hào) 則 U 相 rU u c u 4 V 1 V 相對(duì)于直流電源負(fù)母線的輸出電壓是 當(dāng)時(shí) 給下橋臂以關(guān)斷信號(hào) 給上橋臂以導(dǎo)通信號(hào) 則 V 相相對(duì)于 rV u c u 6 V 3 V 直流電源負(fù)母線的輸出電壓是 當(dāng) 時(shí) 給上橋臂以關(guān)斷信號(hào) VNd uU rV u c u 3 V 學(xué)院 2013 屆本科畢業(yè)畢業(yè)論文 設(shè)計(jì) 9 給下橋臂以導(dǎo)通信號(hào) 則 和的驅(qū)動(dòng)信號(hào)也是始終是互補(bǔ)的 6 V0 VN u 3 V 6 V 圖 2 9 三相橋式 PWM 型逆變電路 3 電壓型三相 SPWM 逆變器的建模與仿真 3 1 SIMULINK 軟件的介紹 Math Works 公司是 1984 年建立了 并且該公司推出了 MATLAB 軟件 MATLAB 軟件以其強(qiáng)大的計(jì)算數(shù)值的能力從同類軟件中凸顯出來(lái) 到目前為止它 已經(jīng)發(fā)展成為軟件包的形式 可以很方便地被人們安裝和應(yīng)用了 MATLAB 現(xiàn)在 的用戶在全球上應(yīng)用的非常的多 在此之前 SIMULINK 已經(jīng)是院校 廣大師生和 研究人員用來(lái)建模和仿真的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)軟件包 SIMULINK 軟件鼓勵(lì)人們用各種方 法去嘗試和改變各個(gè)參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)最后自己所想要的結(jié)果 SIMULINK 軟件可以輕 松地為我們搭建一個(gè)系統(tǒng)模型 且設(shè)置仿真參數(shù)和模型參數(shù) 在仿真過(guò)程中 是可以隨時(shí)的修改仿真參數(shù) 并且能隨時(shí)觀察改變參數(shù)后的仿真結(jié)果的 通過(guò) SIMULINK 軟件我們可以建立更接近現(xiàn)實(shí)的非線性模型 SIMULINK 提供可定制 模塊庫(kù)和交互式圖形化環(huán)境來(lái)對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì) 仿真 執(zhí)行和測(cè)試 4 SIMULINK 支持離散 連續(xù)及兩者混合的線性和非線性系統(tǒng) 它也支持具有 各種采樣頻率的系統(tǒng) 在 SIMULINK 的環(huán)境中 通過(guò)鼠標(biāo)就可以在模型窗口中直 觀地 畫(huà) 出系統(tǒng)模型 接著進(jìn)行仿真 它能夠給你一種畫(huà)模型就像你用手和 紙來(lái)畫(huà)一樣容易的感覺(jué) 能為用戶提供方框圖進(jìn)行建模的圖形接口 SIMULINK 與傳統(tǒng)的仿真軟件包差分方程和微分方程建模相比較 具有更方便 靈活 直 觀的優(yōu)點(diǎn) 9 電壓型三相 SPWM 逆變器建模和仿真研究 10 通過(guò) SIMULINK 創(chuàng)建的模型可以具有遞階結(jié)構(gòu) 所以用戶可以采用從下到上 或者從上到下的結(jié)構(gòu)來(lái)創(chuàng)建模型 用戶可以從最高級(jí)開(kāi)始觀看系統(tǒng)模型 之后 通過(guò)鼠標(biāo)雙擊其中的子系統(tǒng)模塊 來(lái)查看系統(tǒng)的下一級(jí)的內(nèi)容 利用這種方法 就可以看到整個(gè)模型的細(xì)節(jié) 他可以幫助用戶理解各模塊之間的相互關(guān)系和模 型的結(jié)構(gòu) 當(dāng)你定義完一個(gè)模型后 你就可以通過(guò) MATLAB 的命令窗口鍵入命令 或者通過(guò) SIMULINK 的菜單來(lái)對(duì)它進(jìn)行仿真 命令行方式用于運(yùn)行大類仿真有用 4 而菜單方式對(duì)于交互工作非常的方便 為了在仿真的同時(shí)可以觀看仿真的 結(jié)果我們可以添加一個(gè) SCOPE 模塊或者其他的畫(huà)圖模塊 用戶還可以通過(guò)調(diào)節(jié) 系統(tǒng)的各部分參數(shù) 然后快速的觀看系統(tǒng)中各個(gè)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)結(jié)果的影響 最后 用戶把仿真的結(jié)果存放到 MATLAB 的工作空間里來(lái)保存仿真數(shù)據(jù)以便以后查看 模型分析工具包括平衡點(diǎn)分析工具 線性化分析工具 MATLAB 的應(yīng)用工具 箱和 MATLAB 的許多工具 SIMULINK 包含有 CONNECTIONS 連接與接口 LINEAR 線性環(huán)節(jié) SINKS 輸入方式 NONLINEAR 非線性環(huán)節(jié) EXTRA 其他環(huán)節(jié) 和 SOURCE 輸入源 子模型庫(kù) 并且在每一個(gè)子模型庫(kù)中 都含有相應(yīng)的功能模塊 16 并且用戶自己也可以創(chuàng)建和定制自己的模塊 11 因 為 SIMULINK 和 MATLAB 的集成在一起的 所以用戶可以在這兩種環(huán)境下對(duì)自己 的模型進(jìn)行仿真 修改和分析 3 2 電壓型三相 SPWM 器的建模和仿真 3 2 1 在 MATLAB 中的 SIMULINK 仿真軟件中可以很方便地建立圖 3 1 所示的電 壓型 SPWM 逆變器的仿真模型 然后對(duì) SPWM 進(jìn)行仿真研究 圖 3 1 電壓型 SPWM 逆變器的仿真模型 學(xué)院 2013 屆本科畢業(yè)畢業(yè)論文 設(shè)計(jì) 11 3 2 2 建模實(shí)現(xiàn)及仿真 我們對(duì)圖 3 1 的電壓型 SPWM 逆變器的仿真模型進(jìn)行分模塊研究 1 PWM 脈沖產(chǎn)生部分 在圖 3 1 的電壓型 SPWM 逆變器的仿真模型中的 PWM 脈沖產(chǎn)生部分如下圖 3 2 所示為 PWM 脈沖產(chǎn)生模型 正弦波形與三角波比較后 可確定輸出的 為 0 還是為 1 輸出 U S V S W S 三個(gè)正弦波可用式 3 1 表示 3 1 0 0 0 8sin 2 0 8sin 2120 0 8sin 2120 a b c ff ff ff 圓頻率為 100三個(gè)正弦波的相位分別為相差 0 120 三角波的頻率為 1500 幅值為 1 圖 3 2 PWM 脈沖產(chǎn)生模型 可以獲得三角波的波形 其圖形如下圖 3 3 所示 三角波與正弦波的混合 圖形如圖 3 4 所示 正弦波形與三角波波形比較后 確定了 為 0 U S V S W S 還是為 1 從而可以得到圖 3 5 所示波形 電壓型三相 SPWM 逆變器建模和仿真研究 12 圖 3 3 輸入三角波圖形 圖 3 4 三角波與正弦波混合圖形 圖 3 5 PWM 脈沖輸出模型 2 通用逆變器模塊部分 在圖 3 1 的電壓型 SPWM 逆變器的仿真模型中的通用逆變器模塊部分如下圖 3 6 所示 學(xué)院 2013 屆本科畢業(yè)畢業(yè)論文 設(shè)計(jì) 13 圖 3 6 通用逆變器模塊部分 圖 3 7 為圖 3 6 中的 Subsystem1 的子系統(tǒng) 用鼠標(biāo)雙擊 Subsystem1 就可 得到圖 3 7 所示圖形 根據(jù)式 3 2 數(shù)學(xué)模型 在 MATLAB SIMULINK 環(huán)境下 建立仿真模型如圖 3 7 所示 其中 pulse 為脈沖 Mux 為復(fù)合器 Gain Gain1 Gain2 Gain3 Gain4 Gain5 為增益 add add1 add2 為加法 器 運(yùn)算后再與輸入電壓相乘 分別得到 PWM 逆變器的輸出相電壓 d U 其中輸出矩形電壓如圖 3 8 所示 輸出矩形電壓如圖 3 9 a U b U c U a U b U 所示 10 圖 3 7 通用逆變器模塊 電壓型三相 SPWM 逆變器建模和仿真研究 14 圖 3 8 輸出矩形電壓 a U 圖 3 9 輸出矩形電壓 b U 3 濾波部分 在圖 3 1 的電壓型 SPWM 逆變器的仿真模型中的濾波部分如下圖 3 10 所示 消除干擾雜訊的器件 將輸入或輸出經(jīng)過(guò)過(guò)濾而得到純凈的直流電 對(duì)特 定頻率的頻點(diǎn)或該頻點(diǎn)以外的頻率進(jìn)行有效濾除的電路 為濾波 本部分是通 過(guò)電容來(lái)起到一個(gè)平波的作用 從而得到一個(gè)正弦波形 電容 C 值和電阻值 R 可以隨意取 在此選取 C 0 01f R 1 可得出經(jīng)濾 波后輸出正弦波形如圖 3 11 所示 學(xué)院 2013 屆本科畢業(yè)畢業(yè)論文 設(shè)計(jì) 15 圖 3 10 濾波部分 圖 3 11 經(jīng)濾波后輸出正弦波形 調(diào)節(jié)電容 C 對(duì)波形的影響 調(diào)節(jié)濾波部分把原先的電容值 C 0 01f 分別換為 C 0 001f C 0 1f 和 C 1f 電阻值還為 1后 濾波部分的就會(huì)變?yōu)?1 0 011s 1 0 0011s 1 0 11s 從而得出新的波形圖 它們分別為圖 3 12 3 13 和 3 14 所示 1 1s 圖 3 12 C 0 001f R 1輸出正弦波 電壓型三相 SPWM 逆變器建模和仿真研究 16 圖 3 13 C 0 1f R 1輸出正弦波 圖 3 14 C 1f R 1輸出正弦波 從以上輸出圖形可以看出 在濾波部分 當(dāng)電容 C 在一定程度變大時(shí) 濾波 的波形將會(huì)變得越來(lái)越平滑 繼續(xù)變大時(shí) 效果就不明顯了 當(dāng)電容 C 變小時(shí) 波形就會(huì)失真 且不清晰 輸出的正弦波形在頂端誤差將會(huì)大一些 其他地方 誤差會(huì)小很多 調(diào)節(jié)三角波頻率對(duì)波形的影響f 把原先的三角波的頻率從 1500 分別調(diào)為 500 和 2000 后波形將會(huì)變?yōu)槿鐖D 3 f 15 和 3 16 所示圖形 圖 3 15 輸出正弦波500f 學(xué)院 2013 屆本科畢業(yè)畢業(yè)論文 設(shè)計(jì) 17 圖 3 16 輸出正弦波2000f 從圖 3 15 和圖 3 16 改變頻率的輸出圖形可以看出當(dāng)三角波波形的頻率 在一定程度變大時(shí) 濾波的波形將會(huì)變得越來(lái)越平滑 繼續(xù)變大時(shí) 效果也f 會(huì)不明顯了 當(dāng)三角波的頻率變小時(shí) 波形就會(huì)失真 且不清晰 輸出的正f 弦波形在頂端誤差將會(huì)大一些 其他地方誤差會(huì)小很多 4 總總 結(jié)結(jié) 根據(jù)電壓型三相 SPWM 逆變器建模和仿真的研究 我們可以進(jìn)行一下總結(jié) 在電壓型三相 SPWM 器的工作原理我們知道電能有四種變換形式 分別為 AC DC AC AC DC AC 和 DC DC 變換 而逆變器主要采用 DC AC 在兩電平電壓 型逆變器的主電路中有兩種工作模式 一種為導(dǎo)通型運(yùn)行方式 另一種為 0 120 導(dǎo)通型運(yùn)行方式 在一般情況下 電壓型逆變器都會(huì)采用導(dǎo)通型的控 0 180 0 180 制方法 了解相電壓選擇了逆變器負(fù)母線為參考電位 相電壓參考電位選擇為 負(fù)載的中性點(diǎn)時(shí) 相電壓數(shù)學(xué)表達(dá)式的推導(dǎo) 在 SPWM 控制的基本原理部分跟據(jù) 面積等效原理可以得出正弦半波和 PWM 波形是等效的 從而得出 PWM 波形波形 圖 在電壓型三相 SPWM 器的實(shí)現(xiàn)及控制上 了解單極性 PWM 控制方式波形和雙 極性 PWM 控制方式波形 熟悉雙極性控制的過(guò)程環(huán)節(jié) 在建模和仿真的濾波部分 當(dāng)電容 C 在一定程度變大時(shí) 濾波的波形將會(huì) 變得越來(lái)越平滑 繼續(xù)變大時(shí) 效果就不明顯了 當(dāng)電容 C 變小時(shí) 波形就會(huì) 越來(lái)越亂 且不清晰 當(dāng)三角波波形的頻率在一定程度變大時(shí) 濾波的波形f 將會(huì)變得越來(lái)越平滑 繼續(xù)變大時(shí) 效果也會(huì)不明顯了 當(dāng)三角波的頻率變f 小時(shí) 波形就會(huì)上下抖動(dòng)的嚴(yán)重 看著比較混亂 在建模和仿真的整個(gè)過(guò)程中 輸出的正弦波形在頂端誤差將會(huì)大一些 其他地方誤差會(huì)小很多 電壓型三相 SPWM 逆變器建模和仿真研究 18 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 1 王兆安 黃俊 電力電子技術(shù) M 4 版 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2 謝衛(wèi) 電力電子與交流傳動(dòng)系統(tǒng)