單極性模式PWM逆變電路的計(jì)算機(jī)仿真

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1、摘要逆變電路是PWM控制技術(shù)最為重要的應(yīng)用場(chǎng)合。這里在研究單相橋式PWM逆變電路的理論基礎(chǔ)上，采用Matlab的可視化仿真工具Simulink建立單相橋式單極性控制方式下PWM逆變電路的仿真模型，通過(guò)動(dòng)態(tài)仿真，研究了調(diào)制深度、載波頻率對(duì)輸出電壓、負(fù)載上電流的影響；并分析了輸出電壓、負(fù)載上電流的諧波特性。仿真結(jié)果表明建模的正確性，并證明了該模型具有快捷、靈活、方便、直觀等一系列特點(diǎn)，從而為電力電子技術(shù)教學(xué)和研究中提供了一種較好的輔助工具。關(guān)鍵詞:Matlab/Simulink；PWM逆變電路；動(dòng)態(tài)仿真；建模

2、；前言57PWM控制技術(shù)是逆變電路中應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)，現(xiàn)在大量應(yīng)用的逆變電路中，絕大部分都是PWM型逆變電路。為了對(duì)PWM型逆變電路進(jìn)行分析，首先建立了逆變器控制所需的電路模型，采用IGBT作為開(kāi)關(guān)器件，并對(duì)單相橋式電壓型逆變電路和PWM控制電路的工作原理進(jìn)行了分析，運(yùn)用MATLAB中的SIMULINK對(duì)電路進(jìn)行了仿真，給出了仿真波形，并運(yùn)用MATLAB提供的powergui模塊對(duì)仿真波形進(jìn)行了FFT分析（諧波分析）。通過(guò)仿真分析表明，運(yùn)用PWM控制技術(shù)可以很好的實(shí)現(xiàn)逆變電路的運(yùn)行要求。目錄摘要1前言2

3、一逆變電路相關(guān)概述41.1.MATLAB的介紹41.2PWM技術(shù)41.3PWM控制方法5二主電路工作原理說(shuō)明102.1PWM控制的基本原理1057三主電路設(shè)計(jì)的詳細(xì)過(guò)程12四仿真模型的建立及各模塊參數(shù)設(shè)置144.1單極性PWM控制發(fā)生電路模型144.2單極性SPWM方式下的單相橋式逆變電路16五、總結(jié)23參考文獻(xiàn)24七、體會(huì)25一逆變電路相關(guān)概述1.1.MATLAB的介紹57MATLAB將矩陣運(yùn)算、數(shù)值分析、圖形處理、編程技術(shù)結(jié)合在一起，為用戶(hù)提供了一個(gè)強(qiáng)有力的科學(xué)及工程問(wèn)題的分析計(jì)算和程序設(shè)計(jì)工具，它還

4、提供了專(zhuān)業(yè)水平的符號(hào)計(jì)算、文字處理、可視化建模仿真和實(shí)時(shí)控制等功能，是具有全部語(yǔ)言功能和特征的新一代軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)。MATLAB已發(fā)展成為適合眾多學(xué)科，多種工作平臺(tái)、功能強(qiáng)大的大型軟件。MATLAB已成為線(xiàn)性代數(shù)、自動(dòng)控制理論、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、數(shù)字信號(hào)處理、時(shí)間序列分析、動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真等高級(jí)課程的基本教學(xué)工具。1.2PWM技術(shù)PWM技術(shù)的的應(yīng)用十分廣泛，它使電力電子裝置的性能大大提高，因此它在電力電子技術(shù)的發(fā)展史上占有十分重要的地位。PWM控制技術(shù)正是有賴(lài)于在逆變電路中的成功應(yīng)用，才確定了它在電力電子技術(shù)中的重要地

5、位。脈寬調(diào)制(PWM（PulseWidthModulation）是利用微處理器的數(shù)字輸出來(lái)對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測(cè)量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。簡(jiǎn)而言之，PWM是一種對(duì)模擬信號(hào)電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。通過(guò)高分辨率計(jì)數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來(lái)對(duì)一個(gè)具體模擬信號(hào)的電平進(jìn)行編碼。PWM信號(hào)仍然是數(shù)字的，因?yàn)樵诮o定的任何時(shí)刻，滿(mǎn)幅值的直流供電要么完全有(ON)，要么完全無(wú)(OFF)。電壓或電流源是以一種通(ON)或斷(OFF)的重復(fù)脈沖序列被加到模擬負(fù)載上去的。通的時(shí)

6、候即是直流供電被加到負(fù)載上的時(shí)候，斷的時(shí)候即是供電被斷開(kāi)的時(shí)候。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用PWM進(jìn)行編碼。1.3PWM控制方法采樣控制理論中有一個(gè)重要結(jié)論:沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí),其效果基本相同.PWM控制技術(shù)就是以該結(jié)論為理論基礎(chǔ),對(duì)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷進(jìn)行控制,使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不相等的脈沖,用這些脈沖來(lái)代替正弦波或其他所需要的波形.按一定的規(guī)則對(duì)各脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制,既可改變逆變電路輸出電壓的大小,也可改變輸出頻率.57PWM控制的基本原理很早就

7、已經(jīng)提出,但是受電力電子器件發(fā)展水平的制約,在上世紀(jì)80年代以前一直未能實(shí)現(xiàn).直到進(jìn)入上世紀(jì)80年代,隨著全控型電力電子器件的出現(xiàn)和迅速發(fā)展,PWM控制技術(shù)才真正得到應(yīng)用.隨著電力電子技術(shù),微電子技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展以及各種新的理論方法,如現(xiàn)代控制理論,非線(xiàn)性系統(tǒng)控制思想的應(yīng)用,PWM控制技術(shù)獲得了空前的發(fā)展.到目前為止,已出現(xiàn)了多種PWM控制技術(shù),根據(jù)PWM控制技術(shù)的特點(diǎn),到目前為止主要有以下8類(lèi)方法.(1)相電壓控制PWM1等脈寬PWM法VVVF(VariableVoltageVariableFr

8、equency)裝置在早期是采用PAM(PulseAmplitudeModulation)控制技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的,其逆變器部分只能輸出頻率可調(diào)的方波電壓而不能調(diào)壓.等脈寬PWM法正是為了克服PAM法的這個(gè)缺點(diǎn)發(fā)展而來(lái)的,是PWM法中最為簡(jiǎn)單的一種.它是把每一脈沖的寬度均相等的脈沖列作為PWM波,通過(guò)改變脈沖列的周期可以調(diào)頻,改變脈沖的寬度或占空比可以調(diào)壓,采用適當(dāng)控制方法即可使電壓與頻率協(xié)調(diào)變化.相對(duì)于PAM法,該方法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)化了