电力电子实验指导书---实验二.doc

实验二、单相SPWM电压型逆变电路研究一、实验目的1、掌握单相SPWM逆变电路的基本组成。2、熟悉单相SPWM逆变电路的基本特性。二、实验内容1、完成双极性SPWM方式下的单相全桥逆变电路的仿真。 对于电力电子技术的计算机仿真，首先掌握Matlab的基本应用，包括数据结构，数值运算，程序设计以及绘图等。第二熟悉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。第三初步掌握Simpowersystems模型库及其应用。第四能够使用Simpowersystems模型库惊醒电力电子电路的仿真分析。第五可以使用Matlab完成双极性SPWM逆变电路的计算机仿真。2、观测单相SPWM逆变电路的工作波形。三、实验原理 在本次实验中，主要采用单相桥式逆变电路作为设计的主电路。其主电路结构图如图1所示： 图1 单相桥式逆变电路 如上图所示，单相全桥逆变电路主要有四个桥臂，可以看成由两个半桥电路组合而成。其中桥臂1,4为一对，桥臂2，3为一对。每个桥臂由一个可控器件IGBT以及一个反并联的二极管组成。在直流侧接有足够大的电容，负载接在桥臂之间。它的具体工作过程如下：设最初时刻时，给IGBT Q1、Q4触发信号，使其导通。则电流通过桥臂1，负载，桥臂4构成一个导通回路。当时刻时，给Q2,Q3触发信号，给Q1,Q4关断信号。但由于负载电感较大，通过它的电流不能突变，所以二极管D2,D3导通进行续流。当电流逐渐减小为0，桥臂1,4关断，桥臂2,3导通，构成一个回路，从而实现换流。单相桥式逆变电路工作波形如图2所示。 图2单相桥式逆变电路工作波形分析其工作过程：设在t1时刻前和导通，输出电压为，t1时刻和栅极信号反向，截止，而因负载电感中电流不能突变，不立刻导通，导通实现续流。因为和同时道童，所以输出电压为0。到t2时刻和栅极信号反向，截止，而不能立刻导通，续流，和构成电流通道，输出电压-。到负载电流过零并开始反向时，和截止，和开始同时导通，仍然为-。在t3时刻和栅极信号再次反相，截止，而不能立刻导通，导通续流，再次为0。以后的过程与前面类似。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，且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积（冲量）相等，就可得到SPWM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。根据面积等效原理，正弦波还可等效为下图中的SPWM波，即双极性SPWM波形，而且这种方式在实际应用中更为广泛。OwtUd-Ud图3双极性SPWM控制方式波形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。本实验中分析单相桥式逆变电路的双极性控制方式。基于以上理论，将对单相逆变电路中的SPWM技术及其仿真进行介绍。SPWM采用的调制波us为幅值为Usm、频率为fs的正弦波，载波uc为幅值为Ucm、频率为fc的三角波。载波信号频率fc与调制信号频率fs之比称为载波比，可以用p来表示，即p=fc/fs。正弦波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,m=Usm/Ucm。针对图1进行讨论，通常采用us与uc相比较的方法生成pwm信号：当us uc,功率开关Q1、Q2 导通，逆变电路输出电压u0等于ud；当us subplot(5,1,1) plot(a.time,a.signals(1).values) subplot(5,1,2) plot(a.time,a.signals(2).values) subplot(5,1,3) plot(a.time,a.signals(3).values) subplot(5,1,4) plot(a.time,a.signals(4).val