全橋逆變電路雙極性SPWM調(diào)制電路.docx

單相全橋逆變電路雙極性SPWM調(diào)制電路1逆變主電路設(shè)計(jì)1.1逆變電路原理及相關(guān)概念逆變與整流（Rectifier）是相對(duì)應(yīng)的，把直流電變?yōu)榻涣麟姷倪^(guò)程稱為逆變。根據(jù)交流側(cè)是否與交流電網(wǎng)相連可將逆變電路分為有源逆變和無(wú)源逆變，在不加說(shuō)明時(shí)，逆變一般指無(wú)源逆變，本文針對(duì)的就是無(wú)源逆變的情況；根據(jù)直流側(cè)是恒流源還是恒壓源又將逆變電路分為電壓型逆變電路和電流型逆變電路，電壓型逆變電路輸出電壓的波形為方波而電流型逆變電路輸出電流波形為方波，由于題目要求對(duì)輸出電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，所以本文只討論電壓型逆變電路；根據(jù)輸出電壓電流的相數(shù)又將逆變電路分為單相逆變電路和三相逆變電路，由于題目要求輸出單相交流電，所以本文只討論單相全橋逆變電路。1.2單相全橋逆變電路設(shè)計(jì)單相全橋逆變電路，如下圖所示：其特點(diǎn)是有四個(gè)橋臂，相當(dāng)于兩個(gè)半橋電路的組合，其中橋臂1和4作為一對(duì)，橋臂2和3作為一對(duì)，成對(duì)的兩個(gè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通，兩對(duì)交替各導(dǎo)通180，其輸出矩形波的幅值是半橋電路的兩倍。全橋電路在帶阻感負(fù)載時(shí)還可以采用移相調(diào)壓的方式輸出脈沖寬度可調(diào)的矩形波。圖 1單相全橋逆變電路1.3建立單項(xiàng)全橋逆變電路的Simulink的仿真模型1.3.1模型假設(shè)1)所有開(kāi)關(guān)器件都是理想開(kāi)關(guān)器件，即通態(tài)壓降為零，斷態(tài)壓降為無(wú)窮大，并認(rèn)為各開(kāi)關(guān)器件的換流過(guò)程在瞬間完成，不考慮死區(qū)時(shí)間。2)所有的輸入信號(hào)包括觸發(fā)信號(hào)、電源電壓穩(wěn)定，不存在波動(dòng)。1.3.2利用MATLAB/Simulink進(jìn)行單項(xiàng)全橋逆變電路仿真在Simulink工作空間中添加如下元件：Simscape/SimPower Systems /Power Electronics中的Diode、IGBT模塊Simscape/SimPower Systems /Electrical Sources/DC Voltage Source模塊Simscape/SimPower Systems /Elements/Series RLC Branch模塊Simscape/SimPower Systems /powergui模塊Simulink/Sinks/Scope模塊利用上述模塊得到單相全橋逆變電路模型：圖 2 單相全橋逆變電路的Simulink的仿真模型各個(gè)模塊的參數(shù)設(shè)置如下：“DC Voltage Source”模塊幅值設(shè)為110V；“powergui”中“Simulation type”選為“continuous”，并且選中“Enable use ofideal switching device”復(fù)選框；“Solver”求解器算法設(shè)為ode45；仿真時(shí)間設(shè)為6S。2正弦脈寬調(diào)制(SPWM)原理及Simulink仿真2.1正弦脈沖寬度調(diào)制(SPWM)原理PWM脈寬調(diào)制技術(shù)就是對(duì)脈沖寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)。通過(guò)對(duì)一系列脈沖寬度進(jìn)行調(diào)制，來(lái)等效的獲得所需要的波形(含幅值和形狀)。PWM的一條最基本的結(jié)論是：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，沖量即窄脈沖面積，這就是我們通常所說(shuō)的“面積等效”原理。因此將正弦半波分成N等分，每一份都用一個(gè)矩形脈沖按面積原理等效，令這些矩形脈沖的幅值相等，則其脈沖寬度將按正弦規(guī)律變化，這種脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形叫做SPWM。示意圖如下圖所示：圖 3 SPWM調(diào)制示意圖2.2雙極性SPWM控制原理及Simulink仿真所謂的雙極性是指在調(diào)制信號(hào)波的半個(gè)周波內(nèi)三角載波有正負(fù)兩種極性變化。用調(diào)制信號(hào)波與三角載波比較的方法可以產(chǎn)生雙極性SPWM波。如圖4，在調(diào)制信號(hào)Ur和載波信號(hào)Uc的交點(diǎn)時(shí)刻控制各個(gè)開(kāi)關(guān)器件的通斷。（a）在Ur的半個(gè)周期內(nèi)，三角波載波有正有負(fù)，所得的PWM波也有正有負(fù)，在Ur的一個(gè)周期內(nèi)，輸出的PWM波只有Ud兩種電平。（b）在Ur的正負(fù)半周，對(duì)各個(gè)開(kāi)關(guān)器件的控制規(guī)律相同。當(dāng)UrUc時(shí)，1V和4V導(dǎo)通，2V和3V關(guān)斷，這時(shí)如果io0，則1V和4V導(dǎo)通，如果io0，則1VD和4VD導(dǎo)通，但不管那種情況都是Uo=Ud。當(dāng)UrUc時(shí)，2V和3V導(dǎo)通，1V和4V關(guān)斷，這時(shí)如果io0，則2VD和3VD導(dǎo)通，但是不管哪種情況都是Uo=Ud。圖 4 雙極性SPWM控制示意圖Simulink仿真SPWM波是根據(jù)三角載波與正弦調(diào)制波比較來(lái)確定的，根據(jù)這個(gè)原則，可以構(gòu)建出電路模型：圖 5 雙極性SPWM電路圖將正弦信號(hào)生成器Sine Wave中的幅值A(chǔ)mplitude設(shè)置為1，把頻率Frequency也設(shè)置為2；將三角波生成器RepeatingSequence中的Timevalues設(shè)為00.25，把Outputvalues設(shè)置為-22；將比較器Switch中的Criteriaforpassingfirstinput設(shè)置為u2Threshold。調(diào)節(jié)好參數(shù)后，運(yùn)行程序，便可以得到如圖所示的波形，其中每一屏所對(duì)應(yīng)的