SWM逆变器Matlab仿真
2011-2012学年第二学期工作室项目研究报告研究主题： SPWM逆变器Matlab模拟班：姓名：导师： 2012年6月10日1，前言随着现代电力电子技术的发展，逆变器的输出电压达到调节直流电压幅度(PAM )的控制方式脉宽调制(pulsewidthmodulation，PWM )技术是指通过全控型电气电子设备的通断，将直流电压制成一定形状的电压脉冲串，实现变压、逆变控制，消除高次谐波的技术。 1946年，德国的A.Schonung等人率先提出了脉宽调制变频的思想，他们将调制技术在通信系统中的普及应用于变频，为现代交流调速技术的发展和实际应用开辟了新的途径。 40多年来，PWM控制技术经历了不断创新和不断完善的过程。 目前实际工程中主要采用的PWM技术是正弦PWM(SPWM )，这是因为变频器输出的电压或电流波形接近正弦波形。 SPWM方式多种多样，归纳起来可分为电压SPWM、电流SPWM和磁通SPWM三种基本类型，其中电压SPWM和电流SPWM为电源SPWM，磁通SPWM为电机SPWM方法。 SWM逆变器的主要特点是： 1、主电路只有一个可控功率环节，开关元件少，控制线路结构简化； 2、整流侧使用不可空整流器，电网功率因数与变频器输出电压无关，基本接近1； 3、可变电压调节器(VVVF )在同一环节实现，与中间储能元件无关，变频器动态响应快； 4、通过SPWM控制方式的控制，可以有效抑制或消除低次谐波。 本文在熟悉SPWM逆变器工作原理的基础上，在MATLAB仿真环境下，利用SIMULINK电力系统工具包的各种元件模型建立了SPWM逆变器电路的仿真模型，并对其进行了测试分析。 视觉图形模拟功能在Simulink环境中进行。 进入Matlab系统后，打开模块库的浏览窗口，用鼠标左键双击其中的电源系统块，即可连接、电子源、电子邮件将弹出包含其他库的电力系统工具箱模块库(电机库(Machines )、测量库(Lvbasure ments )、电力电子库(Power Electronics ) )。 这些模块库包含许多常见电力系统组件的模块。 这些库模块和其他库模块使用户能够轻松直观地创建各种系统模型。 2、2﹑SPWM逆变器的工作原理1、电压脉宽调制原理电压正弦脉宽调制法的基本思想是用一系列等宽不等宽的矩形脉冲波形等效正弦波。 具体而言，将一个正弦半波长进行n等分，接着将各等分正弦曲线和横轴包围的面积置换为与其相等的矩形脉冲。 矩形脉冲的宽度不变，各脉冲的中点与正弦波的各等分的中点一致。 这样，由宽度不同的n个矩形脉冲构成的波形与正弦波的半xydjj形等价，被称为SPWM波形。 原始脉冲宽度调制方案是基于正弦波的调制波，由此调制的信号称为载波，并且在SPWM中经常使用等腰三角形作为载波。 在调制波与载波交叉的情况下，它们的交点决定逆变器开关装置的开闭定时。 更具体地，如果u相调制波电压ur高于载波电压ut，则相应的开关元件IGBT1导通以输出正脉冲电压，而如果ur低于ut，则截止IGBT1以将输出电压设置为零。 在ur的负半周期中，用同样的方法控制下臂的IGBT4，输出负的脉冲电压序列。 如果改变调制波频率，则输出电压的基波的频率也改变； 降低调制波的振幅后，输出各级电压脉冲的宽度变窄，输出电压基波的振幅也相应地变小。
2、SPWM逆变器的主电路图图1中，由于SPWM输出脉冲的振幅相等，逆变器中的逆变器部分可以由一定的直流电源供电。 因此，交直转换器中的整流器只要采用不可控的二极管整流器即可。 在逆变器部分，IGBT1—IGBT6是逆变器的6个全空型功率开关元件，分别反向并联有1个续流二极管。 图1逆变器动作时的IGBT触发的顺序是IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4、IGBT5、IGBT6。 总动作方式如第一桥臂的IGBT1、IGBT4。 3、控制电路SPWM脉冲产生原理图23、仿真模型的建立1、仿真模型的建立在MATLAB -Simulink环境下建立模型文件， 根据SPWM逆变电路原理图，从电力系统模型(SimPowerSysterms ) (中选择所需部件放在Model平台上，各原始接线连接，构成仿真电路的幅值220V，频率50Hz，Ua，Ub 2 ) IGBT、电压测量、实时数字显示等采用默认设置。 3 ) SPWM脉冲产生器的调制频率fr=1Hz、载波频率ft和幅度比设置多组。 4 )三个测量模块V-和谐虎。 电压测量设定为相位对相位，即线电压。 5 )三相负载模块： R=50，L=0H。 6 )仿真参数的设置。 模拟周期为5秒。 数值算法采用ode23tb，其他采用默认参数。 4、为通过仿真结果分析软件获得准确的输出、准确的电压平均值，设置SPWM脉
冲发生器的调制波频率fr为1Hz，故周期为1s,在MATLAB调试时设定仿真周期为1的整数倍，即可得到准确的电压平均值。通过改变载波频率ft和调制波幅值与载波幅值之比M，得到如下仿真结果： 1、当ft=10，M=0.1时，三相电压输出波形如图4、线电压UV波形如图5 图4ft=10，M=0.1三相电压输出波形 Ua、b、c=218.6V 图5 ft=10，M=0.1 UV电压波形 电压UV=158.2V 2、当ft=20，M=0.1时，三相输出波形如图6、线电压UV波形如图7 图6 ft=20，M=0.1三相电压输出波形 Ua、b、c=218.8V 图7 ft=20，M=0.1 UV电压波形 电压UV=111.7V 3、 当ft=10，M=0.5时，三相输出波形如图8、线电压UV波形如图9 图8 ft