单相桥式PWM逆变电路-2.doc

单相全桥逆变电路——过程分析与仿真学院：电气工程学院班级：电自卓越111班组员：康宁李健方浩刘文娣第PAGE\*MERGEFORMAT13页目录摘要.................................2.关键词...............................3.问题描述.............................4.分析计算.............................第5-7页5.仿真分析.............................第8-13页6.结论.................................7.心得体会.............................8.参考文献.............................摘要逆变电路的应用十分广泛，在已有的各种电源中，蓄电池、干电池、太阳能电池等都是直流电源，当需要这些电源向交流负载供电时，就需要逆变电路。在我们学习电力电子的最后阶段，为了更加深入的理解与掌握逆变电电路及PWM控制技术，现针对单相VSI与PWM控制逆变分别进行研究、仿真、分析。关键词：单相电压型逆变电路(VSI)PWM控制极性控制方式Simulink仿真频谱分析1.问题描述对图1.1单相全桥逆变电路进行分析，其中Ud=600V,R=10Ω，L=0.1H，根据该电路所给参数回答下列问题：（1）电路采用180度导电方式，控制周期TC=20mS，求、，并给出其频谱分布。（2）采用SPWM导电方式，fs=5000Hz，unef=220sin（100πt）,求、及其频谱分布。2.分析计算2.1基本原理针对问题（1）：单相全桥逆变电路的基本原理：主要由对角两组桥臂180°交替导通的控制方式，通过电压变向实现电流方向的交变（二极管在阻感负载时起续流作用）。分析计算时，我们将电路分作两个状态，即如图示：图1.1单相逆变电(1)负载端加正向电压；(2)负载端加正向电压；两状态都可以列出一阶微分稳态后电流连续且由以上可以推测则推得：带入数据解得稳态后电流初值为则计算得到稳定后一个周期内接着对傅里叶分解进行谐波分析，因其是方波分解成所以基波有效值为电压谐波总畸变率为可以看出电压谐波分量很大，那么电流中也一定含有大量谐波。所以电压型逆变电路结构简单，方便可靠。但若想要在波形上与正弦电压得到更加接近，我们就可以考虑PWM控制逆变。针对问题（2）：单相桥式PWM逆变电路的基本原理：PWM调制电路图在采样控制理论中有一个重要结论：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。下面分析用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波。图2-1可以看到把半波分成N等份，就可以把正弦半波看成N个彼此相连的脉冲序列组成的波形，然后把脉冲序列利用相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲代替，使它们面积相等，就可以得到脉冲序列。根据面积等效原理，PWM波形和正弦半波是等效的。图2-1用PWM波代替正弦半波a）正弦半波b）脉冲序列单相桥式PWM逆变电路的控制方法有计算法与调制法两种。但计算法所需时间长，即使采用规则采样法，计算能力不足时难以快速反应信号波，于是实际中多采用调制法，它的神奇之处在于自然采样法，只要有三角波这把量尺，自然的就为不同信号波“量身定做”它的脉冲序列。(1)单极调制法图2-2单极性PWM控制方式波形负载为阻感负载时，工作时V1和V2通断互补，V3和V4通断也互补。单极性PWM控制方式（单相桥逆变）：在和的交点时刻控制IGBT的通断，波形见图2-2。具体控制规则我们会在仿真时进一步说明，这里只要看上图就能了解。(2)双极调制法：采用双极性方式时，在的半个周期内，+三角载波不再是单极性，而是有正有负，所得的PWM波也是有正有负。在的一个周期内，输出的PWM波只有两种电平不像单极性控制时还有零电平。在的正负半周，对各开关器件的控制规律相同。即当>时，导通，以关断，<，关断，导通。波图件图2-3。图2-3双极性PWM控制方式波形另外PWM调制有载波比、调制度两个控制参数在之后的仿真中具体介绍。仿真分析单相VSI首先我们用Simulink搭建仿真模型，值得注意的是在仿真的运行设置不是常用的Ode45，由于用到了IGBT，而在用微分方程描述的一个变化过程中，若往往又包含着多个相互作用但变化速度相差十分悬殊的子过程，这样一类过程就认为具有“刚性”，包括IGBT的仿真属“刚性问题”。所以这里应设置为Ode15s(Stiff/NDF)的刚性算法。然后我们看到示波器输出的负载电压电流波形如图，设置的仿真时间为(0~0.06s即三个周期)图中电压波形是600与-600两种电平的方波，和理论一致。而单相电压型逆变正是通过电压正负的交替变换实现