三相SSPWM逆变电路的建模及应用仿真

1、三相SSPWM逆变电路的建模及应用仿真一、电路原理1、三相逆变电路原理图1采用IGBT作为开关器件的三相桥式电压型逆变电路。图1三相PWM逆变电路当U U U时，给V1导通信号，给V4关断信号，U UN、，= U d/2 ；当U u U时，给V4导通信号，给V1关断信号，U = -U d/2。当给V1(V4)%导通信号时，可能是V1(V4)导通，也可能是VD1 ( VD4 )导通。U 、U 和 U 的PWM波形只有土U两种电平。U 波形可由U、U 得出，当1和6通时，U = Ud，当3和4通时，U = - Ud，当1和3或4和6通时，U =00 U吹、U wu的波形可同理得出。2、正弦脉冲宽度

2、调制SPWM原理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，就可得到图2所示的脉冲

3、序列，这就是PWM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。如图2所示。2兀1010 |2兀0(b)v (t) = V 1 m sin ti= 0 = 0100正1,0川:9-10(a)（a）正弦电压（b）SPWM等效电压SPWM调制原理SPWM调制方式根据载波三角波的不同，可以分为单极性和双极性两种，分别称为SSPWM和BSPWM。如图3所示。! ?I I初S3 & 5幻n-H心图3 SSPWM控制方式波形（左）BSPWM控制方式波形（右）3、单极性正弦脉冲宽度调制SSPWMSSPWM在正半周只有正弦脉冲电压，在负半周只有负脉冲电压。载波比为n =

4、c，f为载波f c（三角波）频率，f 为调制波（正弦波）频率;每半个正弦波内脉冲电压数为P u调制比为m =甘，u为调制波幅值，u为载波幅值。利用傅里叶变换分析可知，SSPWM调制时的输出电压波形中的最低次谐波的次数为（N-3）或 （2P-1）。二、模型建立及主要模块说明及参数设置1、仿真模型DC 250V2、Universal Bridge 3Series RLC Branchi模块及参数设置多功能桥式电路模型是一个既可以用作整流也可以用作逆变的模型，并且可以通过设置来改变 它的相数和采用的电力电子开关类型。图5 （左）是其参数设置，第一栏是选择桥臂的相数，第三栏是所选用电力电子开关的类型，

5、 对于自关断器件，模块已经反并联了续流二极管。最后一栏的测量选项，选择对全部电压和电流测量，为多路测量仪提供测量选项。本次仿真，反映的是对直流电压经过逆变后的相电压和相电流。图5多功能桥模块及参数设置（左）PWM脉冲发生器模块及参数设置（右）3、PWM Generator PWM脉冲发生器模块及参数设置PWM脉冲发生器是一个多功能模块，它可以为GTO、FET、IGBT等自关断器件组成的一相、 二相和三相桥式变流电路提供驱动信号，并且还可以用于双三相桥式电路的驱动，在模块对话框中 模式一栏（Generator Mode）选择。PWM脉冲发生器脉宽调制的原理是以三角波（载波）与调制波比较，在三角波

6、与调制波相交点 处产生脉冲的前后沿。三角波的频率可以在对话框中设置，且三角波的幅值固定为1。调制波有两 种产生方式，一种是由PWM脉冲发生器自动产生，另一种在脉冲发生器输入端由外部输入。点击 对话框的内调制信号生成栏前的方块，选中内调制信号生成模式，对话框出现调制度、输出电压频 率和输出电压相位三项参数设置栏。此时，调制波固定为正弦波，即SPWM调制方式。如图5 （右）。三、仿真测试系统仿真测试系统如图6,由多路测试器（Multimeter）、示波器（Scope）、离散傅里叶分析器（Discrete Fourier）、数字电压表（Display）和 Powergui 组成。Multimeter

7、模块用于采集仿真电路中所要测试的电压和电流，通过示波器Scope显示电压及电流 波形。Discrete Fourier模块对逆变出的a相电压进行离散傅里叶变换，提取相电压中的基波分量，通 过数字电压表Display显示其幅值有效值。Powergui模块用于对逆变后输出的电压进行FFT分析，显示输出电压的频谱图形，设置不同的 载波比N，观察低次谐波频率的变化。、仿真分析及结论1、电压电流波形图7所示是scope示波器模块的测试结果:图7电压电流波形前三项是a、b、c三相电压：三相相位相差120；第四项是调制后电压波形；第五项是输入直流电压VD，为250V；后三项是a、b、c三相电流，由于选用的负

8、载是纯电阻，所以与各自的相电压保持同相位，2 V约为0.16A （本例负载电阻设置值为1KQ，符合相电流计算公式i-rd）。E3 Block Parameters: PH GeneratorModulat ion ieIejm (0ml.l :0. 6IIOK I Cancel I ： &凝:| 虻2、（1）输出基波电压的大小由电压调制比M决定只要载波比N比较大（本例设置f =1000hz, f =50Hz, N=20），每半个周期中的脉冲波数P较多（P=9个），而调制比M 1（U U），则输出电压基波幅值V随调制比M线性变化。改变调制比M，即可以成正比地调控输出电压的基波大小：0 Block

9、 ParaMeters: PH GeneratorModulat ion indez (0mlJ :0. 8I|QKCancel I Help本例V d=250V，固定载波比N，基波电压幅值与调制比成正比。测试结果如图8所示：M=1 时，V1T21.9VM=0.8 时，V1=96.92V；M=0.6 时，V1=72.34V；M=0.4 时，V1=45.83V。基本满足公式1 m2 D。2、(2)每个脉冲的宽度随调制比M增大而增大图9所示为不同的调制比下的脉冲波形，可以看出M=0.8时的脉冲宽度明显大于M=0.2时的。3、载波比N增大，最低谐波频率（N-3）提高；改变调制波频率 f，基波频率f 1随之改变。这个结论由Pow