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，通過動態(tài)仿真，研究了調(diào)制深度、載波頻率對輸出電壓、負載上電流的影響；并分析了輸出電壓、負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，從而為電力電子技術(shù)教學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為逆變。逆變電路應(yīng)用非常廣泛，如在直流電源向交流負載供電時需要逆變電路；交流電動機調(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，對該電路進行建模，并對不同調(diào)制深度、載波頻率情況下對輸出電壓、負載上電流進行了仿真分析，既加深了PWM逆變電路的理論，同時也為現(xiàn)代電力電子實驗教學奠定良好的實驗基礎(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

采用IGBT作為開關(guān)器件的單相橋式PWM逆變電路如圖1所示。設(shè)負載為阻感負載，工作時V1和V2通斷互補，V3和V4通斷也互補，調(diào)制信號ur 為正弦波。PWM控制方式采用單極性控制方式，在ur的半個周期內(nèi)載波uc只在正極性或負極性一種極性范圍內(nèi)變化，所得的PWM波也只在單個極性范圍變化。單極性PWM控制方式時的波形具體如圖2所示。在調(diào)制信號ur和載波信號uc的交點時刻控制各開關(guān)器件的通斷。在ur的正半周，V1保持通態(tài)，V2保持斷態(tài)，當ur>uc時使V4導通，V3關(guān)斷，uo=Ud；當uruc時使V3關(guān)斷，V4導通，uo=0，如圖1、2所示。

工程上對SPWM逆變器常采用電壓平均值模型進行輸出基波電壓的計算。當載波uc頻率遠高于輸出電壓uo基頻且調(diào)制深度(正弦調(diào)制信號與三角載波信號的幅值之比)m≤1時，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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