1、电力电子电路的计算机仿真综合训练报告班级 姓名 学号 专业 电气工程及其自动化 指导教师 2011 年 12 月日 1摘要PWM 控制技术是逆变电路中应用最为广泛的技术,现在大量应用的逆变电路中,绝大部分都是 PWM 型逆变电路。为了对 PWM 型逆变电路进行分析,首先建立了逆变器控制所需的电路模型,采用 IGBT 作为开关器件,并对单相桥式电压型逆变电路和 PWM 控制电路的工作原理进行了分析,运用 MATLAB 中的SIMULINK 对电路进行了仿真,给出了最终仿真波形。关键字:双极性模式 pwm 逆变电路 matlaB 仿真2目录摘要 1 一 逆变电路相关概述 3二 主电路工作原理说明
2、8三 主电路设计的详细过程 10四 仿真模型的建立及各模块参数设置 11五 仿真结果分析 15六 总结 18七 参考文献 19八 体会 203一 概述1.1MATLAB 的介绍MATLAB (Matrix Laboratory)为美国 Mathworks 公司 1983 年首次推出的一套高性能的数值分析和计算软件,其功能不断扩充,版本不断升级,1992 年推出划时代的 4.0 版,1993 年推出了可以配合 Microsoft Windous 使用的微机版,95 年 4.2 版,97 年 5.0 版,99 年 5.3 版,5.X 版无论是界面还是内容都有长足的进展,其帮助信息采用超文本格式和
3、PDF 格式,可以方便的浏览。至2001 年 6 月推出 6.1 版, 2002 年 6 月推出 6.5 版,继而推出 6.5.1 版, 2004年 7 月 MATLAB7 和 Simulink6.0 被推出,目前的最新版本为 7.1 版。 MATLAB 将矩阵运算、数值分析、图形处理、编程技术结合在一起,为用户提供了一个强有力的科学及工程问题的分析计算和程序设计工具,它还提供了专业水平的符号计算、文字处理、可视化建模仿真和实时控制等功能,是具有全部语言功能和特征的新一代软件开发平台。 MATLAB 已发展成为适合众多学科,多种工作平台、功能强大的大型软件。在欧美等国家的高校,MATLAB 已
4、成为线性代数、自动控制理论、数理统计、数字信号处理、时间序列分析、动态系统仿真等高级课程的基本教学工具。成为攻读学位的本科、硕士、博士生必须掌握的基本技能。在设计研究单位和工业开发部门,MMATLAB 被广泛的应用于研究和解决各种具体问题。在中国,MATLAB 也已日益受到重视,短时间内就将盛行起来,因为无论哪个学科或工程领域都可以从 MATLAB 中找到合适的功能。1.2PWM 技 术PWM 技术的的应用十分广泛,它使电力电子装置的性能大大提高,因此它在电力电子技术的发展史上占有十分重要的地位。PWM 控制技术正是有赖于在逆变电路中的成功应用,才确定了它在电力电子技术中的重要地位。脉 宽 调
5、 制 (PWM( Pulse Width Modulation) 是 利 用 微 处 理 器 的 数 字 输出 来 对 模 拟 电 路 进 行 控 制 的 一 种 非 常 有 效 的 技 术 , 广 泛 应 用 在 从 测 量 、 通 信到 功 率 控 制 与 变 换 的 许 多 领 域 中 。简 而 言 之 , PWM 是 一 种 对 模 拟 信 号 电 平 进 行 数 字 编 码 的 方 法 。 通 过 高分 辨 率 计 数 器 的 使 用 , 方 波 的 占 空 比 被 调 制 用 来 对 一 个 具 体 模 拟 信 号 的 电 平进 行 编 码 。 PWM 信 号 仍 然 是 数 字
6、的 , 因 为 在 给 定 的 任 何 时 刻 , 满 幅 值 的 直流 供 电 要 么 完 全 有 (ON), 要 么 完 全 无 (OFF)。 电 压 或 电 流 源 是 以 一 种 通 (ON)或 断 (OFF)的 重 复 脉 冲 序 列 被 加 到 模 拟 负 载 上 去 的 。 通 的 时 候 即 是 直 流 供电 被 加 到 负 载 上 的 时 候 , 断 的 时 候 即 是 供 电 被 断 开 的 时 候 。 只 要 带 宽 足 够 ,任 何 模 拟 值 都 可 以 使 用 PWM 进 行 编 码 。41.3PWM 控 制 方 法采 样 控 制 理 论 中 有 一 个 重 要 结
7、 论 :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 .PWM 控 制 技 术 就 是 以 该 结 论 为 理 论 基础 ,对 半 导 体 开 关 器 件 的 导 通 和 关 断 进 行 控 制 ,使 输 出 端 得 到 一 系 列 幅 值 相 等而 宽 度 不 相 等 的 脉 冲 ,用 这 些 脉 冲 来 代 替 正 弦 波 或 其 他 所 需 要 的 波 形 .按 一定 的 规 则 对 各 脉 冲 的 宽 度 进 行 调 制 ,既 可 改 变 逆 变 电 路 输 出 电 压 的 大 小 ,也可 改 变 输 出 频
8、 率 .PWM 控 制 的 基 本 原 理 很 早 就 已 经 提 出 ,但 是 受 电 力 电 子 器 件 发 展 水 平 的制 约 ,在 上 世 纪 80 年 代 以 前 一 直 未 能 实 现 .直 到 进 入 上 世 纪 80 年 代 ,随 着 全控 型 电 力 电 子 器 件 的 出 现 和 迅 速 发 展 ,PWM 控 制 技 术 才 真 正 得 到 应 用 .随 着电 力 电 子 技 术 ,微 电 子 技 术 和 自 动 控 制 技 术 的 发 展 以 及 各 种 新 的 理 论 方 法 ,如 现 代 控 制 理 论 ,非 线 性 系 统 控 制 思 想 的 应 用 ,PWM 控
9、 制 技 术 获 得 了 空 前 的发 展 .到 目 前 为 止 ,已 出 现 了 多 种 PWM 控 制 技 术 ,根 据 PWM 控 制 技 术 的 特 点 ,到目 前 为 止 主 要 有 以 下 8 类 方 法 . (1) 相 电 压 控 制 PWM 1 等 脉 宽 PWM 法 VVVF(Variable Voltage Variable Frequency)装 置 在 早 期 是 采 用 PAM(Pulse Amplitude Modulation)控 制 技 术 来 实 现 的 ,其 逆 变 器 部 分 只 能 输 出频 率 可 调 的 方 波 电 压 而 不 能 调 压 .等 脉
10、宽 PWM 法 正 是 为 了 克 服 PAM 法 的这 个 缺 点 发 展 而 来 的 ,是 PWM 法 中 最 为 简 单 的 一 种 .它 是 把 每 一 脉 冲 的 宽 度均 相 等 的 脉 冲 列 作 为 PWM 波 ,通 过 改 变 脉 冲 列 的 周 期 可 以 调 频 ,改 变 脉 冲 的宽 度 或 占 空 比 可 以 调 压 ,采 用 适 当 控 制 方 法 即 可 使 电 压 与 频 率 协 调 变 化 .相对 于 PAM 法 ,该 方 法 的 优 点 是 简 化 了 电 路 结 构 ,提 高 了 输 入 端 的 功 率 因 数 ,但 同 时 也 存 在 输 出 电 压 中
11、 除 基 波 外 ,还 包 含 较 大 的 谐 波 分 量 . 2 随 机 PWM 在 上 世 纪 70 年 代 开 始 至 上 世 纪 80 年 代 初 ,由 于 当 时 大 功 率 晶 体 管 主 要为 双 极 性 达 林 顿 三 极 管 ,载 波 频 率 一 般 不 超 过 5kHz,电 机 绕 组 的 电 磁 噪 音 及谐 波 造 成 的 振 动 引 起 了 人 们 的 关 注 .为 求 得 改 善 ,随 机 PWM 方 法 应 运 而 生 .其 原 理 是 随 机 改 变 开 关 频 率 使 电 机 电 磁 噪 音 近 似 为 限 带 白 噪 声 (在 线 性 频 率坐 标 系 中
12、,各 频 率 能 量 分 布 是 均 匀 的 ),尽 管 噪 音 的 总 分 贝 数 未 变 ,但 以 固 定 开关 频 率 为 特 征 的 有 色 噪 音 强 度 大 大 削 弱 .正 因 为 如 此 ,即 使 在 IGBT 已 被 广 泛应 用 的 今 天 ,对 于 载 波 频 率 必 须 限 制 在 较 低 频 率 的 场 合 ,随 机 PWM 仍 然 有 其特 殊 的 价 值 ;另 一 方 面 则 说 明 了 消 除 机 械 和 电 磁 噪 音 的 最 佳 方 法 不 是 盲 目 地 提高 工 作 频 率 ,随 机 PWM 技 术 正 是 提 供 了 一 个 分 析 ,解 决 这 种
13、问 题 的 全 新 思 路 . 3 SPWM 法 5SPWM(Sinusoidal PWM)法 是 一 种 比 较 成 熟 的 ,目 前 使 用 较 广 泛 的 PWM 法 .前 面 提 到 的 采 样 控 制 理 论 中 的 一 个 重 要 结 论 :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 .SPWM 法 就 是 以 该 结 论 为理 论 基 础 ,用 脉 冲 宽 度 按 正 弦 规 律 变 化 而 和 正 弦 波 等 效 的 PWM 波 形 即 SPWM 波 形 控 制 逆 变 电 路 中 开 关 器 件
14、的 通 断 ,使 其 输 出 的 脉 冲 电 压 的 面 积 与 所希 望 输 出 的 正 弦 波 在 相 应 区 间 内 的 面 积 相 等 ,通 过 改 变 调 制 波 的 频 率 和 幅 值则 可 调 节 逆 变 电 路 输 出 电 压 的 频 率 和 幅 值 .该 方 法 的 实 现 有 以 下 几 种 方 案 :一 等 面 积 法 该 方 案 实 际 上 就 是 SPWM 法 原 理 的 直 接 阐 释 ,用 同 样 数 量 的 等 幅 而 不等 宽 的 矩 形 脉 冲 序 列 代 替 正 弦 波 ,然 后 计 算 各 脉 冲 的 宽 度 和 间 隔 ,并 把 这 些 数据 存 于
15、微 机 中 ,通 过 查 表 的 方 式 生 成 PWM 信 号 控 制 开 关 器 件 的 通 断 ,以 达 到预 期 的 目 的 .由 于 此 方 法 是 以 SPWM 控 制 的 基 本 原 理 为 出 发 点 ,可 以 准 确 地计 算 出 各 开 关 器 件 的 通 断 时 刻 ,其 所 得 的 的 波 形 很 接 近 正 弦 波 ,但 其 存 在 计 算繁 琐 ,数 据 占 用 内 存 大 ,不 能 实 时 控 制 的 缺 点 . 二 硬 件 调 制 法 硬 件 调 制 法 是 为 解 决 等 面 积 法 计 算 繁 琐 的 缺 点 而 提 出 的 ,其 原 理 就 是 把所 希
16、望 的 波 形 作 为 调 制 信 号 ,把 接 受 调 制 的 信 号 作 为 载 波 ,通 过 对 载 波 的 调 制得 到 所 期 望 的 PWM 波 形 .通 常 采 用 等 腰 三 角 波 作 为 载 波 ,当 调 制 信 号 波 为 正弦 波 时 ,所 得 到 的 就 是 SPWM 波 形 .其 实 现 方 法 简 单 ,可 以 用 模 拟 电 路 构 成 三角 波 载 波 和 正 弦 调 制 波 发 生 电 路 ,用 比 较 器 来 确 定 它 们 的 交 点 ,在 交 点 时 刻 对开 关 器 件 的 通 断 进 行 控 制 ,就 可 以 生 成 SPWM 波 .但 是 ,这
17、种 模 拟 电 路 结 构 复杂 ,难 以 实 现 精 确 的 控 制 . 三 软 件 生 成 法 由 于 微 机 技 术 的 发 展 使 得 用 软 件 生 成 SPWM 波 形 变 得 比 较 容 易 ,因 此 ,软 件 生 成 法 也 就 应 运 而 生 .软 件 生 成 法 其 实 就 是 用 软 件 来 实 现 调 制 的 方 法 ,其 有 两 种 基 本 算 法 ,即 自 然 采 样 法 和 规 则 采 样 法 .四 自 然 采 样 法 以 正 弦 波 为 调 制 波 ,等 腰 三 角 波 为 载 波 进 行 比 较 ,在 两 个 波 形 的 自 然 交 点时 刻 控 制 开 关
18、器 件 的 通 断 ,这 就 是 自 然 采 样 法 .其 优 点 是 所 得 SPWM 波 形 最接 近 正 弦 波 ,但 由 于 三 角 波 与 正 弦 波 交 点 有 任 意 性 ,脉 冲 中 心 在 一 个 周 期 内 不等 距 ,从 而 脉 宽 表 达 式 是 一 个 超 越 方 程 ,计 算 繁 琐 ,难 以 实 时 控 制 . 五 规 则 采 样 法 规 则 采 样 法 是 一 种 应 用 较 广 的 工 程 实 用 方 法 ,一 般 采 用 三 角 波 作 为 载 波 .其原 理 就 是 用 三 角 波 对 正 弦 波 进 行 采 样 得 到 阶 梯 波 ,再 以 阶 梯 波
19、与 三 角 波 的 交点 时 刻 控 制 开 关 器 件 的 通 断 ,从 而 实 现 SPWM 法 .当 三 角 波 只 在 其 顶 点 (或 底点 )位 置 对 正 弦 波 进 行 采 样 时 ,由 阶 梯 波 与 三 角 波 的 交 点 所 确 定 的 脉 宽 ,在 一个 载 波 周 期 (即 采 样 周 期 )内 的 位 置 是 对 称 的 ,这 种 方 法 称 为 对 称 规 则 采 样 .当三 角 波 既 在 其 顶 点 又 在 底 点 时 刻 对 正 弦 波 进 行 采 样 时 ,由 阶 梯 波 与 三 角 波 的6交 点 所 确 定 的 脉 宽 ,在 一 个 载 波 周 期 (
20、此 时 为 采 样 周 期 的 两 倍 )内 的 位 置 一 般并 不 对 称 ,这 种 方 法 称 为 非 对 称 规 则 采 样 . 规 则 采 样 法 是 对 自 然 采 样 法 的 改 进 ,其 主 要 优 点 就 是 是 计 算 简 单 ,便 于在 线 实 时 运 算 ,其 中 非 对 称 规 则 采 样 法 因 阶 数 多 而 更 接 近 正 弦 .其 缺 点 是 直 流电 压 利 用 率 较 低 ,线 性 控 制 范 围 较 小 . 以 上 两 种 方 法 均 只 适 用 于 同 步 调 制 方 式 中 . 4 低 次 谐 波 消 去 法低 次 谐 波 消 去 法 是 以 消 去
21、 PWM 波 形 中 某 些 主 要 的 低 次 谐 波 为 目 的 的 方法 .其 原 理 是 对 输 出 电 压 波 形 按 傅 氏 级 数 展 开 ,表 示 为 u(t)=ansinnt,首 先确 定 基 波 分 量 a1 的 值 ,再 令 两 个 不 同 的 an=0,就 可 以 建 立 三 个 方 程 ,联 立 求解 得 a1,a2 及 a3,这 样 就 可 以 消 去 两 个 频 率 的 谐 波 . 该 方 法 虽 然 可 以 很 好 地 消 除 所 指 定 的 低 次 谐 波 ,但 是 ,剩 余 未 消 去 的 较 低次 谐 波 的 幅 值 可 能 会 相 当 大 ,而 且 同
22、样 存 在 计 算 复 杂 的 缺 点 .该 方 法 同 样 只 适用 于 同 步 调 制 方 式 中 . 5 梯 形 波 与 三 角 波 比 较 法 前 面 所 介 绍 的 各 种 方 法 主 要 是 以 输 出 波 形 尽 量 接 近 正 弦 波 为 目 的 ,从 而忽 视 了 直 流 电 压 的 利 用 率 ,如 SPWM 法 ,其 直 流 电 压 利 用 率 仅 为 86.6%.因 此 ,为了 提 高 直 流 电 压 利 用 率 ,提 出 了 一 种 新 的 方 法 -梯 形 波 与 三 角 波 比 较 法 .该 方法 是 采 用 梯 形 波 作 为 调 制 信 号 ,三 角 波 为
23、载 波 ,且 使 两 波 幅 值 相 等 ,以 两 波 的交 点 时 刻 控 制 开 关 器 件 的 通 断 实 现 PWM 控 制 . 由 于 当 梯 形 波 幅 值 和 三 角 波 幅 值 相 等 时 ,其 所 含 的 基 波 分 量 幅 值 已 超 过了 三 角 波 幅 值 ,从 而 可 以 有 效 地 提 高 直 流 电 压 利 用 率 .但 由 于 梯 形 波 本 身 含 有低 次 谐 波 ,所 以 输 出 波 形 中 含 有 5 次 ,7 次 等 低 次 谐 波 . ( 2) 线 电 压 控 制 PWM 前 面 所 介 绍 的 各 种 PWM 控 制 方 法 用 于 三 相 逆 变
24、 电 路 时 ,都 是 对 三 相 输出 相 电 压 分 别 进 行 控 制 的 ,使 其 输 出 接 近 正 弦 波 ,但 是 ,对 于 像 三 相 异 步 电 动机 这 样 的 三 相 无 中 线 对 称 负 载 ,逆 变 器 输 出 不 必 追 求 相 电 压 接 近 正 弦 ,而 可着 眼 于 使 线 电 压 趋 于 正 弦 .因 此 ,提 出 了 线 电 压 控 制 PWM,主 要 有 以 下 两 种 方法 . 一 马 鞍 形 波 与 三 角 波 比 较 法 马 鞍 形 波 与 三 角 波 比 较 法 也 就 是 谐 波 注 入 PWM 方 式 (HIPWM),其 原 理是 在 正
25、弦 波 中 加 入 一 定 比 例 的 三 次 谐 波 ,调 制 信 号 便 呈 现 出 马 鞍 形 ,而 且 幅值 明 显 降 低 ,于 是 在 调 制 信 号 的 幅 值 不 超 过 载 波 幅 值 的 情 况 下 ,可 以 使 基 波 幅值 超 过 三 角 波 幅 值 ,提 高 了 直 流 电 压 利 用 率 .在 三 相 无 中 线 系 统 中 ,由 于 三 次谐 波 电 流 无 通 路 ,所 以 三 个 线 电 压 和 线 电 流 中 均 不 含 三 次 谐 波 4. 除 了 可 以 注 入 三 次 谐 波 以 外 ,还 可 以 注 入 其 他 3 倍 频 于 正 弦 波 信 号 的
26、 其他 波 形 ,这 些 信 号 都 不 会 影 响 线 7电 压 .这 是 因 为 ,经 过 PWM 调 制 后 逆 变 电 路 输 出 的 相 电 压 也 必 然 包 含 相应 的 3 倍 频 于 正 弦 波 信 号 的 谐 波 ,但 在 合 成 线 电 压 时 ,各 相 电 压 中 的 这 些 谐 波将 互 相 抵 消 ,从 而 使 线 电 压 仍 为 正 弦 波 . 二 单 元 脉 宽 调 制 法 5 因 为 ,三 相 对 称 线 电 压 有 Uuv+Uvw+Uwu=0 的 关 系 ,所 以 ,某 一 线 电 压 任何 时 刻 都 等 于 另 外 两 个 线 电 压 负 值 之 和 .
27、现 在 把 一 个 周 期 等 分 为 6 个 区 间 ,每 区 间 60,对 于 某 一 线 电 压 例 如 Uuv,半 个 周 期 两 边 60区 间 用 Uuv 本 身 表示 ,中 间 60区 间 用 -(Uvw+Uwu)表 示 ,当 将 Uvw 和 Uwu 作 同 样 处 理 时 ,就 可以 得 到 三 相 线 电 压 波 形 只 有 半 周 内 两 边 60区 间 的 两 种 波 形 形 状 ,并 且 有 正有 负 .把 这 样 的 电 压 波 形 作 为 脉 宽 调 制 的 参 考 信 号 ,载 波 仍 用 三 角 波 ,并 把 各区 间 的 曲 线 用 直 线 近 似 (实 践
28、表 明 ,这 样 做 引 起 的 误 差 不 大 ,完 全 可 行 ),就 可以 得 到 线 电 压 的 脉 冲 波 形 ,该 波 形 是 完 全 对 称 ,且 规 律 性 很 强 ,负 半 周 是 正 半周 相 应 脉 冲 列 的 反 相 ,因 此 ,只 要 半 个 周 期 两 边 60区 间 的 脉 冲 列 一 经 确 定 ,线 电 压 的 调 制 脉 冲 波 形 就 唯 一 地 确 定 了 .这 个 脉 冲 并 不 是 开 关 器 件 的 驱 动 脉冲 信 号 ,但 由 于 已 知 三 相 线 电 压 的 脉 冲 工 作 模 式 ,就 可 以 确 定 开 关 器 件 的 驱 动脉 冲 信
29、 号 了 . 该 方 法 不 仅 能 抑 制 较 多 的 低 次 谐 波 ,还 可 减 小 开 关 损 耗 和 加 宽 线 性 控 制区 ,同 时 还 能 带 来 用 微 机 控 制 的 方 便 ,但 该 方 法 只 适 用 于 异 步 电 动 机 ,应 用 范围 较 小 . ( 3) 电 流 控 制 PWM 电 流 控 制 PWM 的 基 本 思 想 是 把 希 望 输 出 的 电 流 波 形 作 为 指 令 信 号 ,把实 际 的 电 流 波 形 作 为 反 馈 信 号 ,通 过 两 者 瞬 时 值 的 比 较 来 决 定 各 开 关 器 件 的通 断 ,使 实 际 输 出 随 指 令 信
30、 号 的 改 变 而 改 变8二 主电路工作原理说明2.1 PWM 控制的基本原理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。下面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
31、冲和相应的正弦波部分面积(冲量)相等,就可得到下图 b 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 波形。SPWM 波形如图 2-1 所示:O U d-U d图(2-1):单极性 PWM 控制方式波形上图波形称为单极性 PWM 波形,根据面积等效原理,正弦波还可等效为下图中的 PWM 波,即双极性 PWM 波形,而且这种方式在实际应用中更为广泛。O tU d- U d图(2-2):双极性 PWM 控制方式波形2.2 PWM 逆变电路及其控制方法PWM 逆变电路可分为电压型和电流型两种,目前实际应用的几乎都是电压型电路,因
32、此本节主要分析电压型逆变电路的控制方法。要得到需要的 PWM 波形有两种方法,分别是计算法和调制法。根据正弦波频率、幅值和半周期脉冲数,准确计算 PWM 波各脉冲宽度和间隔,据此控制逆变电路开关器件的通断,就可得到所需 PWM 波形,这种方法称为计算法。由于计算法较繁琐,当输出正弦波的频率、幅值或相位变化时,结果都要变化。与计算法相对应的是调制法,t9即把希望调制的波形作为调制信号,把接受调制的信号作为载波,通过信号波的调制得到所期望的 PWM 波形。通常采用等腰三角波作为载波,在调制信号波为正弦波时,所得到的就是 SPWM 波形。下面具体分析单相桥式逆变电路的单极性控制方式和双极性控制方式。
33、图(2-3)是采用 IGBT 作为开关器件的单相桥式电压型逆变电路。图(2-3):单相桥式 PWM 逆变电路() 单极性 PWM 控制方式:在 ur 和 uc 的交点时刻控制 IGBT 的通断。ur 正半周,V1 保持通,V2 保持断。当 uruc 时使 V4 通,V3 断,uo=Ud 。当 uruc 时使 V3断,V4 通, uo=0 。这样就得到图一所示的单极性的 SPWM 波形。() 双极性 PWM 控制方式:在 ur 的半个周期内,三角波载波有正有负,所得 PWM 波也有正有负,其幅值只有 Ud 两种电平。同样在调制信号ur 和载波信号 uc 的交点时刻控制器件的通断。 ur 正负半周
34、,对各开关器件的控制规律相同。当 ur uc 时,给 V1 和 V4 导通信号,给 V2 和 V3关断信号。如 io0,V1 和 V4 通,如 io0,VD2 和 VD3 通, uo=-Ud 。这样就得到图二所示的双极性的 SPWM 波形。10三 主电路设计的详细过程根据设计要求,采用单相全桥 PWM 逆变电路,工作方式为单极性 PWM方式,开关器件选用 IGBT,直流电源电压为 300V,电阻电感负载。设计主电路图如图(3-1 )所示。图(3-1)单相桥式 PWM 逆变电路采用 IGBT 作为开关器件的单相桥式电压型逆变电路。采用负载为阻感负载,工作时 V1 和 V2 的通断状态互补,V3
35、和 V4 的通断状态也互补。在输出电压 u0 的正半周,让 V1 保持通态,V2 保持断态,V3 和 V4 交替通断。当 ucoutri,且- ucoutri,且 -ucoutri ,使 VTB-断开,触发 VTB+,由于是感性负载,电流不能突变,因此负载电流经 VTA+和 VDB+续流,使 VTB+不能导通,uo=0,同时电流下降;直至下一个周期触发 VTA+和 VTB-导通。由此循环往复周期性的工作。 11四 仿真模型的建立及各模块参数设置4.1 双极性 PWM 控制发生电路模型图如图(4-1)所示。图(4-1):双极性 PWM 逆变器触发脉冲发生电路为了得到 PWM 输出电压,可以采用将
36、期望输出的电压波形(称为调制波)与载波信号(通常为三角波或锯齿波)相比较,即用调制波对载波进行调制,然后用比较产生的信号去控制电力电子器件的开通与关断,可以得到所需的PWM 控制发生电路。42 双极性 PWM 控制方式仿真结果12图(4-2)双极性 PWM 控制方式仿真结果4.3 双极性 PWM 方式下的单相桥式逆变电路采用单相全桥 PWM 逆变电路,工作方式为单极性 PWM 方式,开关器件选用 IGBT,直流电源电压为 300V,电阻电感负载,电阻 1 欧姆,电感 2 毫安。图(4-3 )双极性 PWM 方式下的单相桥式逆变电路13参数说明:(1)图(4-4)是对 IGBT 的个参数说明。1
37、4图(4-4 )(2)图(4-5)是 PWM Generator 的电路。15图(4-5 )(3)图(4-6)是对算法参数设置。图(4-6)五 仿真结果分析165.1 双极性 PWM 控制方式的单相桥式逆变电路仿真及分析双极性 PWM 方式,开关器件选用 IGBT,直流电压 300V,电阻负载,电阻1 欧姆,电感 2mh,载波频率 fc=1080HZ,调制信号频率 fr=50HZ。将调制深度m 设置为 0.4. 图(5-1)双极性 PWM 控制方式的单相桥式逆变电路仿真175.2 双极性 PWM 方式下的单相桥式逆变电路仿真,fc=2000HZ,fr=50HZ,m=0.4。图(5-2)单相桥式
38、 PWM 单相桥式逆变电路仿真 将调制深度 m 设置为 0.4,输出基波频率设为 50Hz,载波频率设为基波的4 倍,即 2000Hz,仿真时间设为 0.03s,采样时间设为 1e-005s,运行后可得仿真结果,输出电压,电流。5.3 双极性 PWM 方式下的单相桥式逆变电路仿真,fc=500HZ,fr=50HZ,m=0.4。图(5-3)54 双极性 PWM 方式下的单相桥式逆变电路仿真,fc=1000HZ,fr=50HZ,m=0.7。18图(5-4)55 双极性 PWM 方式下的单相桥式逆变电路仿真,fc=1080HZ,f=60HZ,m=0.4结果分析:以上各图分析可得,改变调制比 m 和载
39、波比 N,可改变输出电压和19电流的谐波分量,如增大 m 和 n 有可能有效减小输出电压和电流的谐波分量。六 总结通过对电力电子技术的计算机仿真,让我初步掌握Matlab的基本应用,程序设计以及绘图等。即熟悉了Simulink系统仿真环境,包括Simulink 工作环境,基本操作,仿真模型,仿真模型的子系统,重要模块库等。并初步掌握Simpowersystems模型库及其应用。能够使用Simpowersystems模型库进行电力电子电路的仿真分析,可以使用Matlab完成单极性PWM逆变电路的计算机仿真。 对于PWM控制方式的单相桥式逆变电路,即可以选用单极性PWM控制方式,也可以选用双极性P
40、WM控制方式。但是双极性PWM信号发生电路比单极性的简单一些。七 参考文献201. 王兆安,黄俊 .电力电子技术。北京:机械工业出版社,2007。2. 王贵兴,陈伟等。现代电力电子技术。北京:机械工业出版社,2010。3. 李传琦。电力电子技术计算机仿真实验。北京:机械工业出版社,2006.4. 赵良炳。现代电力电子技术基础。北京:北京大学出版社,1995.八 体会21电力电子技术综合了电子电路,电机拖动,计算机控制等多学科知识,是一门实践性和应用形很强的课程。由于电力电子器件自身的开关非线性,给电力电子电路的分析带来了一定的复杂性和困难,一般常用波形分析的方法来研究。仿真技术为电力电子电路的分析提供了暂新的方法。通过对单极性 PWM电路的仿真,使我对 PWM 的原理及波形有了进一步了解,更对这门课理解有了新的理解,同时对我们的创新能力有所提高,加强了我们的动手能力,在以后的学习工作中会受益匪浅。与此同时,也培养了我们的团队精神,合作精神,有助于我们以后能够更快的适应工作,适应社会。我相信通过这次电力电子技术的综合训练会给我在以后的学习中更大的帮助。最后感谢在这次综合训练中给予我帮助的老师和同学。