【电力电子技术DC-AC】单相双极性SPWM逆变电路 Simulink仿真

一、拓扑结构

  单相PWM逆变电路的主电路与单相方波逆变电路完全相同，如下图所示。只是驱动信号不再是占空比为50%的方波，而是采用PWM控制。若采用标准正弦波为PWM调制波，则称为正弦脉冲宽度调制，常简称为SPWM。

二、双极性SPWM

1.调制波和载波定义

  SPWM采用的调制波为频率为fs的正弦波：

  载波uc是幅值为Ucm，频率为fc的三角波。

2.载波比和调制深度

  载波信号频率fc与调制信号频率fs之比成为载波比，用p来表示 :

  正弦调制信号与三角载波信号的幅值之比可以定义为调制深度m：

3.PWM信号生成方法

  通常用us与uc相比较的方法生成PWM信号：
  当us>uc时，功率开关S1、S3导通，逆变电路输出电压uo等于Ud;
  当us   随着开关管以载波频率fc轮流导通，逆变器输出电压uo不断在正负Ud间切换。
  由于在这种情况下，每个开关周期内输出电压波形都会出现正负两种电平，因此称为双极性PWM。下图为p=15时的单相全桥双极性SPWM基本波形。

4.SPWM基波电压分析

  工程上对SPWM逆变器常采用电压平均模型进行输出基波电压的计算。当载波频率远远高于输出电压的基频且调制深度m<=1时，可知基波电压u1的幅值U1m满足如下关系：

  这是SPWM的一个重要关系，它表明在m<=1,fc>>fs的条件下，SPWM逆变输出电压的基波幅值随调制深度m线性变化。因此通过控制调制信号，可方便地调节逆变器输出电压的频率和幅值。

5.SPWM谐波分析

  PWM中含有载波频率fc的整数倍及其附近的谐波。幅值影响最大的是p次谐波分量（p是载波比），随着调制深度的增加，其幅值的相对值逐渐减小。

三、Simulink仿真分析

1.问题提出

完成双极性PWM方式下的单相全桥逆变电路的仿真。

2.分析问题

需要构造一个SPWM发生器来控制全桥电路，这次实验采用子系统封装的形式。
设定输出电阻R=1Ω，输出电感L为2mH，基波50Hz,载波比p为15，即载波频率为15*50=750Hz，调制深度m为0.5。

3.Simulink元件选取

①电源模块：powergui

②Data Type Conversion 用于数据格式转换

③Logical Operator逻辑运算单元

④Relational Operator关系运算单元

⑤Clock、Fcn

⑥Constant

⑦Product

⑧Repeating Sequence

⑨Series RLC Branch

⑩测量及显示单元

其中Multimerter设置如下：

⑪DC Voltage Source

⑫其余连接线

4.单相全桥电路子系统搭建

5.SPWM波形电路子系统搭建

封装参数如下：

6.主电路搭建

7.实际效果图

四、FFT分析

  对输出电压uo进行FFT分析，得到如下结果：
柱形图形式

列表形式

  对输出电压进行FFT分析，发现基波幅值约为149.9V，和理论值（300V*m，m=0.5）相符。在谐波当中，最严重的是15次谐波（750Hz对应的，载波比p=15），谐波分量已经达到了基波的2.16倍，其次是第13次谐波（p-2）。

五、仿真文件获取

MATLAB2017版本Simulink：单相双极性SPWM逆变电路
可以自己搭建，或者直接用这个做好的。调节不同的参数观察输出，和书上的理论图对应学习分析。

六、其余电力电子电路

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