单双极性SPWM单相桥电压型逆变电路课程设计单极性

1、 单极性 PWM 控制方式 调制信号 ur为正弦波，载波 uc在 ur的正半周为正极性的三角波， 在 ur的负半周为负极性的三 角波。 在 ur的正半周，V1保持通态，V2保持断态。 当 uruc时使 V4 导通，V3 关断，uo=Ud。 当 uruc时使 V4 关断，V3 导通， uo=0。 在 ur的负半周，V1保持断态，V2保持通态。 当 uruc时使 V3 关断，V4 导通， uo=0。 主电路在每个开关周期内输出电压在正和零(或负和零)间跳变，正、负两种电平不会同时出 现在一个开关周期内，故称为单极性 SPWM。 七、 单极性 SPWM 调制分析 载波比和调制深度的定义与双极性 SP

2、WM 相同。它不适于半桥电路，而双极性 SPWM 在半桥、 全桥电路中都可以使用。 与双极性 SPWM 相同，在 mf的条件下，单极性 SPWM 逆变电路输出的基波电压 u1 的 幅值 U1m满足如下关系： U1m=mUd 即输出电压的基波幅值随调制深度 m线性变化，故其直流电压利用率与双极性时 也相同。 就基波性能而言，单极性 SPWM 和双极性 SPWM 完全一致，但在线性调制情况下它的谐波性 能优于双极性调制：开关次整数倍谐波消除，值得考虑的最低次谐波幅值较双极性调制时小得多， 所需滤波器也较小。 八、 建立单极性 SPWM&真模型 触发电路中三角载波 (Triangle)参数设

3、置：Time Values为0 1/fc/2 1/fc , Output Values 为1 0 1。 对脉冲电路进行封装： 键入 MATLA 叩言命令： subplot(4,1,1) plot(b.time,b.signals(1).values) subplot(4,1,2) plot(b.time,b.signals(2).values) subplot(4,1,3) plot(b.time,b.signals(3).values) subplot(4,1,4) plot(b.time,b.signals(4).values) subplot(3,1,1) plot(c.time,c.s

4、ignals(1).values) subplot(3,1,2) plot(c.time,c.signals(2).values) subplot(3,1,3) plot(c.time,c.signals(3).values)触发电路参数设置： Ud=300v , R=1 欧，L=2mH 九、进行单极性 SPWM&真 1 、仿真时间设为 0.06s 单极性 SPWM 电路: Discrete, Ts = 1e-005 s. powergui Scope-! 仿真结果如下: 0.02 0.025 0.03 0035 0 04 0 045 0 05 0.055 0.06 400 200 -

5、 1 - 1 -!- i - 十 - I I 1 I I I I | I V I I I I I* n - 1 - i - 4 - | 0.02 0 025 0.03 0035 004 0.045 0 05 0.055 0.06 单极性 SPW 州相逆变器 m=0.8, N=15 时的仿真波形图 仿真结果分析： 输出电压为单极性 SPWM 型电压，脉冲宽度符合正弦变化规律。直流电流同样含有直流分量, 2 倍基频的交流分量以及与开关频率有关的更高次谐波分量。但负载电流以开关频率向直流电与回 馈的情况较双极性调制时大大减少，因此直流电流的开关次谐波大大小于双极性情况。对输出的交流电压进行 FFT分

6、析，可得频谱图: EiLe Edit Ifie* Lusert loals Hesklop 也 Mg Help FFT window 2 of3 cycles of selected signal 4001 - 1 - 1 - 1 - 1 - 1 - 1 - 1 2DQ - - , n B3I I I n B ! 9 | | 200- SthUCtUKA : Nurber of cycles 2 4OO(2 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05 0.055 =郡-4UBEgpunu-M-O承)6 d Fundamertai frequmcy (Hz): I 50 D

7、isplsy FFT wkidbw Max Frequency (Hz): | 3500 FrecMency &is: Harmonc order Display style: Bar (relative to Fund, or D 二| Close Sajaplin.gr time par cycle =2000 4S0 Hz Ch9) 0.32 % -23S.7 *)475 HE 0.00 Total Harnjanic Distortion (THD) -72,3 % Hz ihlOi 1.46 * 525 Hs 0.00 Hz (DC? 0,00 i SSO Hz Chili

8、0.2Z + 25 Hz 0.00 I 575 HE 0.00 50 Hz Fund 100-00 豪 600 Hz ChlZi 17.55 % 75 Hz 0.00 625 Hs 0.00 100 Hz 滁 OB25 65D Hz Chl3i 0.0S 专 125 Hz 0.00 1 675 HE 0.00 150 Hz (F13? 0.05 i 700 Hz Chl4) 39.55 % 175 Hz 0,00 % 725 Hs 0.00 ZOO Hz 0,19 7S0 Hz ChlSi 0.36 % 225 Hz 0 00 1 775 HE 0.00 zso Hz g) 0,20 i 80

9、0 Hz Chl6) 39.% 275 Hz 0.00 % 25 Hs 0.00 300 Hz 滁 0,21 i Hz Chl7i 0.20 % 325 000 + 95 HE 0.00 350 Hz 0,12 % 900 Hz ChlS) 17.01 % 375 Hz 0.00 % 死5 Hs 0.00 400 Hz 0,30 i 9S0 Hz Chl9i 0.21 普 425 Hw 0.00 % 995 HE 0.00 Display 由图可知： 基波幅值为 238.7,与式 U1m=mUd 的理论值接近。即输出电压的基波幅值随调制深度 m 线性变化，故其直流电压利用率与双极性时也相同。谐

10、波分布较双极性情况有明显不同，不在含有 开关次即 15次谐波，14 和 16 次谐波为基波的 39.6%左右。值得考虑的最低次谐波 12 次，其幅值为 基波的 17.55%。可见值得考虑的最低次谐波幅值较双极性调制时小，所需滤波器也较小。最高分析 频率为 3.5KHz时的 THD 到达72.92%。负载上交流电流的 THD 为 8.06%。可见，在线性调制情况 下单极性调制时的谐波性能优于双极性 SPWM 调制。 对输出的交流电流进行 FFT分析，可得频谱图: Eile Edit Vi ew IjkEart Tools Lesktop Window H Lp :FFT Tools:FFT To

11、ols 对输出的交流电流进行 FFT分析，可得频谱图: Display FFT whd. t 5 4 5 4 3 3 2 2 1010 Fundarnental 50 Max Frequency (Hz): 3500 Frequency axis： Harrrianic order : | Display style : Bar (relativetoF,二j Display Close 键入 MATLA 叩言命令： subplot(4,1,1) plot(b.time,b.signals(1).values) subplot(4,1,2) plot(b.time,b.signals(2).v

12、alues) subplot(4,1,3) plot(b.time,b.signals(3).values) subplot(4,1,4) plot(b.time,b.signals(4).values) subplot(3,1,1) plot(c.time,c.signals(1).values) subplot(3,1,2) plot(c.time,c.signals(2).values) subplot(3,1,3) plot(c.time,c.signals(3).values) FFT window: 2 of 3 cycles nf selected signal Number o

13、f 60 20 40 Harmonic order 2、将调制深度设为 0.95。 仿真结果如下: 单极性 SPW 州相逆变器 m=0.95, N=15 时的仿真波形图 4001 - 1 -1 - 1 - 1 - 1 - 1- 1 - g2 1 : - : - : r - : - 200 - ! - ； - - ! - j - i 4 I I I V i f I 4 I I H I D I |二+ . J i i 0 02 0 025 0.03 0 035 0 04 0.045 0.05 0.055 0.06 4001 i i i i i i i ug1 - : - : r - : - : )

14、| V i p | 200 -1 - 1 - - + -、 - 4 i I t 1 v I p I 4 I i H I nl- . ， . i . . . + 0 02 0.025 0.03 0.036 0.04 0045 0.05 0.065 0 06 400 400 -4001 - 1 - 1 - 1 - 1 - 1 - 1 - 1 - 0.02 0.025 0.03 0.035 0,04 0.046 0.05 0.065 0 . 0 6 仿真波形分析：交流电压的中心局部加宽。 200 Io 0 -200 对输出的交流电压进行 FFT分析，可得频谱图: Eil电电 Edi t fi ew

15、Insert Tools Eeskt o-p Help FFT window: 2 of 3 cycles of selectee signal 1 Number of Fundamental (50Hz) = 283 5 , THD= 54 16% Display FFT wind. 2020Fundamental so Max FrequencyHr): Frequency axis: Display style 10 20 30 40 50 60 70 Harmonic order Harmonic order Bar (relative to Fui.二| Close $ajapl.m

16、g 心土印已 = J.e!-OlOS s： Samples per cycl* - WDQQ FundauEiitBl = 283. 5 peah Total HarnLanic Distortion (THD) 0. DO t 0,00 i Fund 100.00 * 0.00 i 依 0,25 * 0. 00 * Ch3 0,12 i 0.00 * E) 0. 16 t 0,00 t 0. 10 % 0.00 t 萨 Q.J.8 * 0.00 3 Ch7 CL 16 t 0.00 * 20.29 3 9ZS HE 0. 00 豪 9 5Q Hz m】9 0.02 , 978 Hz 0. 0

17、0 丢 1000 Hz ChZOJ 2.S7 、 由图可知： 基波幅值增加到 283.5V。输出电压中依然不含 15 次谐波，但 12 次谐波有所增加，为基波的 20.71% ; 14 和 16 次谐波有所降低，为基波的 23.45%。交流电压 THD 降为 54.15%。交流电流的 THD 也降到5.95%。 对输出的交流电流进行 FFT分析，可得频谱图: Eile Edit Yi e* Ijisart loals Hektop Utindow Help 3、 将载波频率设为 1050Hz,即 N=21 。 键入 MATLA 商言命令： subplot(4,1,1) plot(b.time,

18、b.signals(1).values) subplot(4,1,2) plot(b.time,b.signals(2).values) subplot(4,1,3) plot(b.time,b.signals(3).values) subplot(4,1,4) plot(b.time,b.signals(4).values) subplot(3,1,1) plot(c.time,c.signals(1).values) subplot(3,1,2) plot(c.time,c.signals(2).values) subplot(3,1,3) plot(c.time,c.signals(3)

19、.values)FFT window: 2 of3 cycles af selected signal Fundamental OHz) = 240.1 , THD= 5.95% Start time 岱上 Number of 2 0.02 X 1 1 1 i r i ! _|j|_ ll L1 j 1 LLUlLlb D 10 20 30 40 60 60 70 Harmonic order Display FFT wind. * | Fundamental Max Frequency (Hz): 3500 Frequercy axis: Harmcnic order Display sty

20、le: Bar (relative to RJ.刁 Li Close 仿真结果如下: 单极性 SPW 州相逆变器 m=0.95, N=21 时的仿真波形图 400 ug2 200 0 1 h ii i 1 III 三，一三三三一 JL_ _ _ i _ 1 _ _ _ J _ 1 _，三 _ _ h * P H - 1 - d i 4 i 1 i .+. i i 1 I - 1 - III 1 1 41 . . 161600nonoo oo,o,00000000 4 4 2 2 4 4 2 2 对输出的交流电压进行 FFT分析，可得频谱图: 卜 J Powergui : FFT Tools n

21、 x Eile Edit Ei ew insert Tools Hesktop Ktindow Help FFT window: 2 of 3 cycles of selected signal 400 - - - - 200 - d0P.O2 口.03 .D4 0.U5 Time (m) Fundamental (50Hz) = 2B5.1 b THD= 51 42% 25 Structure - C 3 Input: inpiut 11 Signal number: 1 0J02 Number of CKWy FFT wind ：| ( (3 3E EU UJ J- -S S与LILI-

22、-J Je e矣一洁兰 20 15 10 Harmonic order Fundamental 50 Max Frequency (Hz): | 3500 Frequency axts: Harmonic order Displey style : Bar (relative to F . . 二 | Base Sampliiig time = le-005 s Samples pec cycle = 2000 47S Hz Fundamental = 295,1 peak (Z01,6 rms) 500 Hz (hlOJ Total Hatmonic DigtoEticin (TEiD) =

23、 51.42% 525 Hz 550 HE (hll) Q Hz DC) 0,00 生 25 Hz 0.00 * 50 HE Fund LOO.oa % 75 Hs 0.00 华 100 Hz (h2) 0,12 % 125 Hz 0*00 % 150 Hz (h3) 0*14 % 175 Hz 0.00 M 200 Hz (h4) 0.06 * 225 Hz 0*00 % 250 HE (h5) 0.11 冬 275 Ha o,oa % 300 Hz 问 0.01 % 325 Hz 0*00 % 350 Hz (h7) 0.03 生 375 Hz 0.00 条 400 Hz (hS) 0*2

24、B % 425 Hz 0.00 % 450 HE 但9) 0,13 % 5 5 0 0 5 5 0 0 5 5 2 2 5 5 7 7 0 0 2 2 9 9 9 9- -9 9Z ZZ ZZ ZZ ZZ ZZ ZZ ZZ ZZ ZZ ZE EZ ZZ ZZ ZZ ZZ ZZ ZZ ZZ Z J JI I T Tl la a T TR RX X J JI I J JI I J JI I- - J JI I J JX X T TX X- - J JI I J JI I T TI IB B J JI I J JI I J JX X T TI IB B T Tl l_ _ J JX XT Tr r

25、F F F F 0.00 % 0.01 % Q.QQ 邃 0.06 斗 0.00 % 0.12 4 0.00 % 0.06 M o.ao * Q.13 号 0.00 % D.ZB t Q.QO % 3.02 4 0.00 % 0.06 斗 0.00 % 20*62 * o.ao o.ii 惫 0.00 % 22.93 专 o.ao 专 1050 Hz (h21) 0.06 1075 HE o*oc % 1100 Hz (h22) 23.0? 1125 Hz 0,00 % 1150 Hz (hZ3) 0.05 1175 Hz o.ao % 1200 Hz (h24) 20.37 1225 Hz

26、O.OC 4 1250 HE (h25) o.ia 1275 Hz 0.00 生 1300 HE (hZ6) 2.S6 由图可知： SPWM 逆变器的谐波特性也与载波特性有着密切关系。 值得考虑的最低次谐波增加到 18 次，其 幅值为基波的 20.62%，但较双极性调制时小。开关次整数倍谐波消除，不含 21 次谐波。20 和 22 次谐波为基波的 23%左右。 同双极性 SPWMP样，载波比越高，最低次谐波离基波便越远。交流电 压的 THD 减为 51.42%，交流电流的 THD 只有 4.13%，其正弦度更好。同双极性 SPWMH羊，假设进 一步提高载波频率，那么负载电流更加接近于正弦波形。

27、 对输出的交流电流进行 FFT分析，可得频谱图： Povereui : FFT ToolsPovereui : FFT ToolsEdit ki 4* l ls Uesktcp Hi nd 砰 FFT window: 2 of 3 cycles of selected signal 400 200 -400 0 02 0 03 0.04 0 05 Time (s) Fundamental SOHz) = 241 4 , THD= 4 13% 2 5 1 5 2 5 1 5 1 10. 0. (-*版焉1 1二11_11_艺濯巨 一一|_ ill 1. Fundamental 50 0 0 20

28、 40 60 Harmonic order Max Frequency (Hz): 350。 Frequency axis: | Harmonic order 了 Display style: Bar (relertne to F. j Base | 1 .Cl Display 匚los炉 njl2 200 0 Display FFT wind., 十、总结 PWM 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 获得所需要波形含形状和幅值。PWM 控制技术在逆变电路中的应用最为广泛，对逆变电路的影 响也最为深刻，现在大量应用的逆变电路中，绝大局部都是 PWM 型逆变电路。 采用正弦调制