單相正弦波逆變器不同載波比的影響仿真研究

1、電氣學(xué)科大類(lèi)2013級(jí)電力電子研討課報(bào)告單向正弦波逆變器不同載波比的影響仿真研究指導(dǎo)教師萬(wàn)山明日期2016.4.18實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)閱人單相正弦波逆變器不同載波比的影響仿真研究：設(shè)計(jì)要求1：?jiǎn)蜗嗳珮螂妷涸茨孀兤?，采用單極倍頻SPWM控制方法2：濾波參數(shù)L=2mH,C=50k3：輸入：400V直流，輸出：220V/50Hz交流（有效值）4：控制方法采用開(kāi)環(huán)控制,負(fù)載為純電阻負(fù)載當(dāng)開(kāi)關(guān)頻率取20kHz（載波比為20k/50=400）,并假設(shè)負(fù)載功率分別為0.1kW、20kW時(shí)，求濾波后的輸出電壓波形。當(dāng)開(kāi)關(guān)頻率分別取5kHz、1kHz、315Hz時(shí)，仍按上述負(fù)載功率的變化求濾波后的輸出電壓波形。可否從理

2、論上解釋這些波形變化背后的原因？如果濾波后的輸出電壓波形諧波含量仍然較大，也即不夠正弦，有什么方法解決？二：主電路及相關(guān)原理1：電壓型單相全橋逆變電路結(jié)構(gòu)與原理：VT,1：電壓型單相全橋逆變電路結(jié)構(gòu)與原理：VT,圖i電壓型單相全橋逆變器電路結(jié)構(gòu)其中四個(gè)開(kāi)關(guān)管，T1、T4一組，T2、T3一組，在兩組驅(qū)動(dòng)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下，兩組器件周期性交替通、斷產(chǎn)生交變的Vab,當(dāng)驅(qū)動(dòng)T1，T4的信號(hào)為正時(shí)，T1、T4驅(qū)動(dòng)導(dǎo)通，T2、T3關(guān)斷，此時(shí)輸出u0=Udc，當(dāng)其為負(fù)時(shí)，T2、T3驅(qū)動(dòng)導(dǎo)通，T1、T4關(guān)斷，此時(shí)u0=-Udc，從而實(shí)現(xiàn)逆變功能。輸出電壓傅里葉形式表達(dá)為：vsin1.sinab3vsin1.sin

3、ab32：?jiǎn)螛O性倍頻正弦脈沖寬度調(diào)制原理：圖2輸出SPWM電壓波形通過(guò)驅(qū)動(dòng)信號(hào)形成電路（圖3圖2輸出SPWM電壓波形通過(guò)驅(qū)動(dòng)信號(hào)形成電路（圖3）將這兩個(gè)載波與標(biāo)準(zhǔn)正弦信號(hào)進(jìn)行比較，形成SPWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)。圖3驅(qū)動(dòng)信號(hào)形成電路圖4脈沖電壓占空比及平均值倍頻式SPWM技術(shù)的2個(gè)三角載波與正弦波相比較生成2路驅(qū)動(dòng)信號(hào),其中一路作為T(mén)1的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，另一路作為T(mén)32的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。由圖4可以看出，在前后半個(gè)載波周期內(nèi)哥得到了一個(gè)輸出電壓脈沖，產(chǎn)生了脈沖數(shù)倍增的效果。假設(shè)載波頻率足夠高，在一個(gè)載波周期內(nèi)Vr大小不變，其中第k個(gè)脈沖的占空比為。TT/2FCD=k=k=kTTT/2FCD=k=k=kT/2T/4EC

4、cc=rmk其中ak表示第k個(gè)脈EAVVcmcm沖中心點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的基波角度。TV半個(gè)載波周期內(nèi)，輸入電壓的平均面積為：V=V-k=Vrm-sinaTOC o 1-5 h zabDT/2DVkccm當(dāng)載波頻率很高時(shí)，基波電壓瞬時(shí)值可以認(rèn)為是：V二M-V-sinot，其中M為調(diào)ab1Dr制比?？梢钥闯?，單極倍頻式SPWM的輸出電壓有以下特點(diǎn)：消除了低次諧波，3,5,7.等次諧波沒(méi)有了。諧波幅值仍然可以與基波相比較甚至更大。LOH在兩倍開(kāi)關(guān)頻率附近，比雙極性SPWM優(yōu)越。最低次諧波頻率提高一倍3：相關(guān)參數(shù)計(jì)算本實(shí)驗(yàn)需要研究不同載波比對(duì)單相正弦逆變器影響。fo載波比定義為載波頻率與調(diào)制波頻率之比，即N=

5、宀forrU2U2開(kāi)關(guān)頻率取20kHz,依據(jù)P=，R=得RP當(dāng)負(fù)載功率P=20kw時(shí)，R=2.42Q,P=0.1Kw時(shí)，R=484Q濾波器參數(shù)，L=L=2mH,C=50“F開(kāi)關(guān)頻率為5KHz時(shí)，N=100,1kHz時(shí)，N=20,315Hz時(shí)，N=6.3三、仿真電路設(shè)計(jì)在matlab上搭建的開(kāi)環(huán)電路仿真拓?fù)鋱D如下：SfHi0?T7ftnabi2RMilhqGinn圖5仿真電路拓?fù)鋱DConiiiBuiMlSMlCkMR|VInOTT2VItaiGNanmSfHi0?T7ftnabi2RMilhqGinn圖5仿真電路拓?fù)鋱DConiiiBuiMlSMlCkMR|VInOTT2VItaiGNanm左上角

6、處輸入三角波及正弦波，通過(guò)比較器后作用在逆變器電路作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)，兩個(gè)示器分別測(cè)量未濾波和濾波后的輸入電壓信號(hào)波形。四：仿真結(jié)果1：載波信號(hào)及調(diào)制波經(jīng)過(guò)比較器電路后形成的驅(qū)動(dòng)信號(hào)如圖（只截了一個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)）：圖圖7濾波前的輸出電壓波形由圖中可見(jiàn)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)并不是標(biāo)準(zhǔn)方波，而是輸出平均電壓按正弦規(guī)律變化的SPWM波，符合沖量等效原理。2：開(kāi)關(guān)頻率20kHz,P=20Kw,即R=2.42C時(shí)，得到的輸出電壓結(jié)果如下：圖8濾波后輸出電壓波形弦規(guī)律變化，符合預(yù)期，經(jīng)過(guò)濾波器后，變成了標(biāo)準(zhǔn)正弦信號(hào)，幅值V=300V,符合預(yù)期。2：開(kāi)關(guān)頻率20kHz,P=0.1Kw，即R=484Q時(shí)，得到的輸出電壓結(jié)果如下：圖

7、10濾波后輸出電壓波形3：開(kāi)關(guān)頻率5kHz,P=20Kw，即R=2.42Q時(shí)，得到的輸出電壓結(jié)果如下:5：開(kāi)關(guān)頻率1kHz,P=20Kw，即R=2.42Q時(shí)，得到的輸出電壓結(jié)果如下:4001111111r圖13濾波后輸出電壓波形6：開(kāi)關(guān)頻率1kHz，P=0.1Kw，即R=484Q時(shí)，得到的輸出電壓結(jié)果如下:7：開(kāi)關(guān)頻率315Hz,P=20Kw，即R=2.42耐，得到的輸出電壓結(jié)果如下:&開(kāi)關(guān)頻率315Hz,P=0.1Kw，即R=484Q時(shí)，得到的輸出電壓結(jié)果如下:圖16濾波后輸出電壓波形由結(jié)果可見(jiàn)，隨著開(kāi)關(guān)頻率不斷降低，即載波比的不斷降低，波形越來(lái)越難看，這是因?yàn)檩敵龅碾妷褐械皖l諧波分量越來(lái)越大，難以通過(guò)濾波器完全濾過(guò)，解決方法可通過(guò)增大電容實(shí)現(xiàn)，下圖是開(kāi)關(guān)頻率為315Hz,R=484Q增大電容后的電壓濾波后波形，可見(jiàn)雖然仍然不是標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，但和沒(méi)增大時(shí)的波形相比較已經(jīng)有了十分大的改進(jìn)。0.050.10.20.3圖18增大濾波電容后濾波后電壓波形五：分工雷張平：U201311804：相關(guān)參數(shù)計(jì)算，電