實(shí)驗(yàn)單相逆變器單極性和雙極性SPWM調(diào)制技術(shù)的仿真

1、單相逆變器單極性和雙極性spwM調(diào)制技術(shù)的仿真1. PWM控制的基本原理PWM (Pulse Width Modulation)控制就是對脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)，即通過對一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來等效地獲得所需要的波形。PWM控制技術(shù)的重要理論基礎(chǔ)是面積等效原理， 即：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具 有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同。下面分析如何用一系列等幅不等寬的脈沖 來代替一個(gè)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個(gè) 彼此相連的脈沖序列所組成的波形。如果把這些脈沖序列用相同數(shù)量的等幅不等 寬的矩形脈沖代替，使矩形脈沖的中點(diǎn)和相應(yīng)正弦波部分的中點(diǎn)重合，且使矩形脈沖

2、和相應(yīng)的正弦波部分面積(沖量)相等，就可得到圖 1所示的脈沖序列，這 就是PWM波形。像這種脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形，也稱為SPWM波。Ud-Ud圖1單極性SPWM控制方式波形上圖所示的波形稱為單極性 SPWM波形，根據(jù)面積等效原理，正弦波還可等 效為圖2中所示的PWM波，這種波形稱為雙極性 SPWM波形，而且這種方式 在實(shí)際應(yīng)用中更為廣泛。圖2雙極性SPWM控制方式波形2. PWM逆變電路及其控制方法PWM逆變電路可分為電壓型和電流型兩種，目前實(shí)際應(yīng)用的幾乎都是電壓 型電路，因此本節(jié)主要分析電壓型逆變電路的控制方法。要得到需要的PWM波形有兩種方法，分別是計(jì)算法和調(diào)

3、制法。根據(jù)正弦波頻率、幅值和半周期脈沖數(shù)， 準(zhǔn)確計(jì)算PWM波各脈沖寬度和間隔，據(jù)此控制逆變電路開關(guān)器件的通斷， 就可 得到所需PWM波形，這種方法稱為計(jì)算法。由于計(jì)算法較繁瑣，當(dāng)輸出正弦波 的頻率、幅值或相位變化時(shí)，結(jié)果都要變化。與計(jì)算法相對應(yīng)的是調(diào)制法，即把 希望調(diào)制的波形作為調(diào)制信號(hào)，把接受調(diào)制的信號(hào)作為載波，通過信號(hào)波的調(diào)制 得到所期望的PWM波形。通常采用等腰三角波作為載波，在調(diào)制信號(hào)波為正弦 波時(shí)，所得到的就是SPWM波形。下面具體分析單相和三相逆變電路雙極性控 制方式。圖3是采用IGBT作為開關(guān)器件的單相橋式電壓型逆變電路。ZVD叫2叫信號(hào)波；調(diào)制 載波上4 £路圖3 單

4、相橋式PWM逆變電路單相橋式逆變電路雙極性 PWM控制方式：在Ur的半個(gè)周期內(nèi)，三角波載 波有正有負(fù)，所得PWM波也有正有負(fù)，其幅值只有土Ud兩種電平。同樣在調(diào)制 信號(hào)Ur和載波信號(hào)Uc的交點(diǎn)時(shí)刻控制器件的通斷。Ur正負(fù)半周，對各開關(guān)器 件的控制規(guī)律相同。當(dāng)Ur >Uc時(shí)，給V1和V4導(dǎo)通信號(hào)，給V2和V3關(guān)斷信 號(hào)。女口 i°>0, V1 和 V4 通，女口 io<0，VD1 和 VD4 通，U° = Ud 。當(dāng) Ur < Uc 時(shí), 給V2和V3導(dǎo)通信號(hào)，給V1和V4關(guān)斷信號(hào)。如io<0, V2和V3通，如i°>0, VD2

5、和VD3通，U。二Ud。這樣就得到圖2所示的雙極性的SPWM波形。圖4是采用IGBT作為開關(guān)器件的三相橋式電壓型逆變電路。魚_|+5r圖4三相PWM逆變電路當(dāng)Uru Uc時(shí)，給V1導(dǎo)通信號(hào)，給V4關(guān)斷信號(hào)，Uun、 Ud/2 ；當(dāng)Uru時(shí)，給V4導(dǎo)通信號(hào)，給V1關(guān)斷信號(hào)，Uun、 Ud/2。當(dāng)給V1(V4)加導(dǎo)通信號(hào) 時(shí)，可能是V1(V4)導(dǎo)通，也可能是VD1 ( VD4 )導(dǎo)通。Uun、，、UVN、'和U、，的PWM 波形只有_Ud/2兩種電平。Uuv波形可由Uun、，、UvN'，得出，當(dāng)1和6通時(shí)，Uuv =ud，當(dāng) 3 和 4 通時(shí)，Uuv= Ud，當(dāng) 1 和 3 或 4

6、 和 6通時(shí)，Uuv=O。Uvw、 Uwu的波形可同理得出。3電路仿真及分析雙極性SPWM波形的產(chǎn)生：仿真電路圖如圖5所示。在Simulink的“Source庫中選擇“Clock模塊，以提供仿真時(shí)間t,乘以2 fr后再通過一個(gè)“sin模塊即為sin t，乘以調(diào)制比m后可得到所需的正弦波調(diào)制 信號(hào)。三角載波信號(hào)由“Source?中的“Repeating Sequenc模塊產(chǎn)生，參數(shù)設(shè)置為【0 1/fc/4 3/fc/4 1/fc】和【0 1 -1 0】，便可生成頻率為fc的三角載波。將調(diào)制波和載波通過一些運(yùn)算與比較，即可得出圖6所示的雙極性SPWM觸發(fā)脈沖波形。SPWM 形L-ifIfS1ihb

7、00.0050 010.0150 02 025 0W 0 0350.04圖6雙極性SPWM波形從上圖可以看出，對于雙極性SPWM控制方式，在正弦調(diào)制波半個(gè)周期內(nèi), 三角載波在正負(fù)極性之間連續(xù)變化，SPWM波也是在正負(fù)之間變化。三相SPWM波形的產(chǎn)生：仿真圖如下所示。CsiinZ Triflonorrw-Hc FundionPFoducrOlc>ScspeCopsts ntCloodlTSdtio-nslOheral&fData Car vartiDFiTGsinlContra nJLtg i sa IIOpvstorsinTrigo normslric Functicnl-2*p

8、i/3.2*pi-'3Constan 4ClockSTrigzn*rt1-etri 亡 Fu”nti=n2Csr=t=nt2R »p«alirigS-eqL«-n xRp£3iir>g託斗utn«'FrMudl2lianai3p4«to<14 MOTLtsiealOptra tot!LUI I.:l :l ZfL t?l E匚 mtm Ccn-.-sinrii>RelationalOptratwlL> NOTLbgiralOperatcr5圖7三相SPWM逆變器觸發(fā)脈沖發(fā)生電路本文中采用單三角載

9、波和三個(gè)幅值、頻率相同相位互差120度的三相交流波 形作為調(diào)制波。同上，在 Simulink的“Source庫中選擇“Clock模塊，以提供仿 真時(shí)間t,乘以2 fr后再通過一個(gè)“sin模塊即為sin t,乘以調(diào)制比m后可得到所 需的正弦波調(diào)制信號(hào)，通過設(shè)置即可產(chǎn)生三相正弦波信號(hào)。三角載波信號(hào)由“Source庫中的“RepeatingSequenee模塊產(chǎn)生,參數(shù)設(shè)置為【0 1/fc/4 2/fc/4 1/fc】和【-1 0 1 -1】，便可生成頻率為fc的三角載波。將調(diào)制波和載波通 過一些運(yùn)算與比較，即可得出三相SPWM觸發(fā)脈沖波形。三角載波與調(diào)制波的波形如圖8所示：圖8三相調(diào)制波與三角載波

10、波形雙極性SPWM控制方式的單相橋式逆變電路仿真及分析雙極性SPWM方式下的單相橋式逆變電路主電路圖如下圖所示:圖9單相橋式PWM逆變器主電路圖為了使仿真界面簡潔，仿真參數(shù)易于修改，通用橋(Un iversal Bridge)的觸發(fā)脈沖是圖5所示部分封裝成的子模塊。對于單相SPWM控制方式的逆變電路， 有如下重要參數(shù)：載波比N載波頻率fc與調(diào)制信號(hào)頻率fr之比，即N = fc/fr。調(diào)制度m 調(diào)制波幅值A(chǔ)r與載波幅值A(chǔ)c之比，即m= Ar/Ac。輸出電壓基波幅值Udim=mUd，其中，Ud為直流側(cè)電源電壓。將調(diào)制度m設(shè)置為0.9,調(diào)制波頻率設(shè)為50Hz，載波頻率設(shè)為基波的30倍 (載波比N=30)，即1500Hz，仿真時(shí)間設(shè)為，在powergui中設(shè)置為離散仿真模 式，采樣時(shí)間設(shè)為1e-006s,運(yùn)行后可得仿真結(jié)果，建立m文件，程序如下所示： (示波器名稱設(shè)置為inv)subplot(2,1,1);plot(i nv.time,i nv.sig nals(1).values);title(' 輸出電壓波形');subplot(2,1,2);plot(i nv.time,i nv.sig nals(2).values);title(