基于MATLAB的單相PWM逆變電路的仿真研究

【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

1.引言

在電力電子技術(shù)中，把直流電變?yōu)榻涣麟姺Q(chēng)為逆變。逆變電路應(yīng)用非常廣泛，如在直流電源向交流負(fù)載供電時(shí)需要逆變電路；交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速用變頻器、不間斷電源、感應(yīng)加熱電源等電力電子裝置的核心部分也是逆變電路。這里主要討論單極性PWM(脈沖寬度調(diào)制)控制方式的單相橋式逆變電路，并應(yīng)用Matlab 的可視化仿真工具Simulink，對(duì)該電路進(jìn)行建模，并對(duì)不同調(diào)制深度、載波頻率情況下對(duì)輸出電壓、負(fù)載上電流進(jìn)行了仿真分析，既加深了PWM逆變電路的理論，同時(shí)也為現(xiàn)代電力電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)奠定良好的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

本文中仿真軟件采用MATALAB R2007a版本(MATLAB 7.4、Simu-link 6.6、SimPowerSystems 4.4版本)。

2.電路構(gòu)成及工作特點(diǎn)

采用IGBT作為開(kāi)關(guān)器件的單相橋式PWM逆變電路如圖1所示。設(shè)負(fù)載為阻感負(fù)載，工作時(shí)V1和V2通斷互補(bǔ)，V3和V4通斷也互補(bǔ)，調(diào)制信號(hào)ur 為正弦波。PWM控制方式采用單極性控制方式，在ur的半個(gè)周期內(nèi)載波uc只在正極性或負(fù)極性一種極性范圍內(nèi)變化，所得的PWM波也只在單個(gè)極性范圍變化。單極性PWM控制方式時(shí)的波形具體如圖2所示。在調(diào)制信號(hào)ur和載波信號(hào)uc的交點(diǎn)時(shí)刻控制各開(kāi)關(guān)器件的通斷。在ur的正半周，V1保持通態(tài)，V2保持?jǐn)鄳B(tài)，當(dāng)ur>uc時(shí)使V4導(dǎo)通，V3關(guān)斷，uo=Ud；當(dāng)uruc時(shí)使V3關(guān)斷，V4導(dǎo)通，uo=0，如圖1、2所示。

工程上對(duì)SPWM逆變器常采用電壓平均值模型進(jìn)行輸出基波電壓的計(jì)算。當(dāng)載波uc頻率遠(yuǎn)高于輸出電壓uo基頻且調(diào)制深度(正弦調(diào)制信號(hào)與三角載波信號(hào)的幅值之比)m≤1時(shí)，可知輸出基波電壓uof的幅值U1m= m Ud。

3.建模及仿真

3.1 建模

總結(jié)

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