单相桥式SPWM逆变电路

对于大多数应用场合需要的是工频电源，例如我们的电冰箱，洗衣机，电风扇等都需要正弦波的220伏、50赫兹电源，各种动力设备，远距离输电也都需要正弦波的交流电。

更多的太阳能光伏发电装置输出的是正弦波交流电，目前生成正弦波仍采用前面介绍的全桥电路，只是对开关晶体管的控制采用PWM脉宽调制或移相控制或调频控制等方式。

这里仅介绍最常用的PWM脉宽调制方式。

面积等效原理转换把直流电转换成正弦波交流电是根据根据面积等效原理，在图1上图中的正弦半波（红线）分成n等份，把正弦半波看成是由n个彼此相连的矩形脉冲组成的波形，为简单清晰，划分为7等份。

7个脉冲的幅值按正弦规律变化，每个脉冲面积与相对应的正弦波部分面积相同，这一连续脉冲就等效正弦波。

图1 用面积等效原理转换为SPWM波形如果把上述脉冲序列改为相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲（图1下图），脉冲中心位置不变，并且使该矩形脉冲面积和上图对应的矩形脉冲相同，得到图1下图所示的脉冲序列，脉冲宽度按正弦波规律变化，这就是PWM波形。

根据面积等效原理，PWM波形和正弦半波是等效的，图中红线就是该序列波形的平均值。

对于正弦波的负半周，也可以用同样的方法得到PWM 波形。

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SPWM波形。

要改变等效输出的正弦波的幅值时，只需按照同一比例系数改变上述各脉冲的宽度即可。

SPWM波形的生成输出SPWM波形仍需全桥逆变电路，在“光伏用DC-DC变换器”课件中已介绍过这种电路，通过控制开关晶体管的通与断在负载上产生交变电压，见图2。

s图2 全桥逆变电路的工作状态输出SPWM波形的矩形波必须生成序列的控制信号来控制桥式电路中开关晶体管的通与断，普遍使用的是调制法来生成控制信号，可采取单极性调制也可采用双极性调制来生成控制信号，下面介绍常用的单极性调制方式。

图3上部分是SPWM波形控制信号生成的原理图，下部分是生成的SPWM波形。

单相单极性SPWM逆变电路matlab仿真————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：计算机仿真实验报告专业：电气工程及其自动化班级：11电牵4班姓名：江流在班编号：26指导老师：叶满园实验日期：2014年5月15日一、实验名称：单相单极性SPWM逆变电路MATLAB仿真二、目的及要求了解并掌握单相单极性SPWM逆变电路的工作原理； 2.进一步熟悉MA TLAB中对Simulink 的使用及构建模块； 3.进一步熟悉掌握用MA TLAB绘图的技巧。

三、实验原理1.单相单极性SPWM逆变的电路原理图2、单相单极性SPWM逆变电路工作方式单极性PWM控制方式（单相桥逆变）：在Ur和U c的交点时刻控制IGBT的通断，Ur正半周，V1保持通，V2保持断，当Ur>cu时使V4通，V3断，U0=Ud，当Ur<U c时使V4断，V3通，U0=0。

Ur负半周，V1保持断，V2保持通，当Ur<cu时使V3通，V4断，U0=-U d，当Ur>Uc时使V3断，V4通，U0=0。

输出电压波形四、实验步骤及电路图1、建立MATLAB仿真模型。

以下分别是主电路和控制电路（触发电路）模型：2、参数设置本实验设置三角载波的周期为t，通过改变t的值改变输出SPWM矩形波的稠密，从而调节负载获取电压的质量。

设置正弦波周期为0.02s，幅值为1。

直流电源幅值为97V，三角载波幅值为1.2V，三角载波必须正弦波正半周期输出正三角载波，而在正弦波负半周期输出负三角载波，这可以通过让三角载波与周期与正弦波相同、幅值为1和-1的矩形波相乘实现。

五、实验结果与分析1、设置三角脉冲波形的周期t=0.02/9s时的仿真结果：2、设置三角脉冲波形的周期t=0.02/21s时的仿真结果：根据仿真结果和面积等效原理可知，模拟电路成功的实现了将直流逆变成交流。

单极性倍频spwm原理_单极性倍频SPWM调制的逆变电源系统详解随着电力电子技术的发展，人们对逆变电源的要求也越来越高。

在大功率逆变电源场合，流过主电路上的器件电流非常大，作为开关管的IGBT 上流过的电流可达几百安，所以一般所选的开关管容量比较大，这就导致调制时的开关频率不能过高。

本文首先介绍了主电路与三环控制，其次介绍了单极性倍频SPWM调制，最后阐述了系统实验分析wNN，具体的跟随小编一起来了解一下。

一、主电路与三环控制逆变器主电路结构如图1所示，主电路采用全桥结构，输出端连接了LC 滤波器滤除高次谐波。

开关管的驱动信号由三角波和正弦波比较匹配得到。

三环控制结构图如图2所示，由内到外分别为瞬时值电容电流环、瞬时值电压环和电压有效值环。

其中：瞬时值电流环的主要作用是校正输出电压波形;瞬时值电压环主要作用是校正输出电压的相位，并提高系统的动态性能;电压有效值环的主要作用是使输出电压稳定在所需要的电压幅值。

电流瞬时值内环和电压瞬时值外环均采用P调节器，最外环电压有效值环采用PI 调节器。

图3和图4 分别为采用三环控制的逆变电源系统从满载到空载和空载到满载的波形仿真图，图3中Uo为输出电流。

由图3-4 可知，切载时电压幅值基本保持不变，说明系统具有较好的动态特性。

在常规SPMW波调制中，开关频率和输出脉冲频率是相等的，但是在大功率条件下，开关频率不能过高，原因主要：
①开关频率过高会导致开关损耗增大;
②会使开关管发热严重，长时间运行会损坏开关器件;
③开关频率过高，出现擎住效应的几率增大;
④大容量开关器件高速通断，会产生很高的电压尖峰，有可能造成开关管或其他元件被击。

计算机仿真实验报告专业：电气工程及其自动化班级：11电牵4班姓名：江流在班编号：26指导老师：叶满园实验日期：2014年5月22日一、实验名称：单、三相双极性SPWM逆变电路MATLAB仿真二、目的及要求了解并掌握单、三相双极性SPWM逆变电路的工作原理； 2.进一步熟悉MATLAB中对Simulink的使用及模块封装、参数设置等技能； 3.进一步熟悉掌握用MA TLAB绘图的技巧。

三、实验原理1.单相双极性SPWM逆变的电路原理2、单相双极性SPWM逆变电路工作方式单相桥式逆变电路双极性PWM控制方式：在Ur的半个周期内，三角波载波有正有负，所得PWM波也有正有负，其幅值只有±Ud两种电平。

同样在调制信号Ur和载波信号Uc 的交点时刻控制器件的通断。

Ur正负半周，对各开关器件的控制规律相同。

当Ur>Uc时，给V1和V4导通信号，给V2和V3关断信号。

如I0>0，V1和V4通，如I0<0，VD1和VD4通，U0=Ud 。

当Ur<Uc时，给V2和V3导通信号，给V1和V4关断信号。

如I0<0，V2和V3通，如I0>0，VD2和VD3通，U0=-Ud 。

这样就得到如下所示的双极性的SPWM波双极性SPWM控制方式波形3.三相双极性SPWM逆变的电路原理图三相SPWM逆变电路4、三相双极性SPWM逆变电路工作方式为：四、实验步骤及电路图1、建立单相双极性SPWM逆变电路MA TLAB仿真模型。

以下分别是主电路和控制电路（触发电路）模型：2、单相双极性SPWM逆变电路参数设置本实验设置三角载波的周期为t，通过改变t的值改变输出SPWM矩形波的稠密，从而调节负载获取电压的质量。

设置正弦波周期为0.02s，幅值为1。

直流电源幅值为97V，三角载波幅值为1.2V，三角载波必须依次交替输出正三角波和负三角波，这可以通过让三角载波同与之周期相同的、依次交替输出1和-1的矩形波相乘实现。

电力电子技术课程设计单极性SPWM单相桥式逆变电路的设计与仿真院、部：电气信息工程学院学生姓名：李旺指导教师：杨万里职称助教专业：自动化班级：1401班学号：1430740107完成时间：2017.6湖南工学院电力电子技术课程设计课题任务书学院:电气与信息工程学院专业：自动化摘要20世纪80年代以来，信息电子技术和电力电子技术在各自发展的基础上相结合而产生了一代高频化、全控型的电力电子器件，典型代表有门极可关断晶闸管、电力晶体管、电力场效应晶体管和绝缘栅双极型晶体管。

逆变电路是PWM控制技术最为重要的应用场合。

这里在研究单相桥式PWM逆变电路的理论基础上，采用Matlab的可视化仿真工具Simulink建立单相桥式单极性控制方式下PWM逆变电路的仿真模型，通过动态仿真，研究了调制深度、载波度对输出波形的影响。

仿真结果表明建模的正确性，并证明了该模型具有快捷、灵活、方便、直观等一系列特点，从而为电力电子技术教学和研究中提供了一种较好的辅助工具。

关键词:PWM控制技术；逆变电路；单极性SPWM；SimulinkAbstractSince 1980s, the electronic information technology and power electronics technology combined to produce a generation of high frequency phase in their development, full controlled power electronic devices, a typical gate turn off thyristor, power transistor, power MOSFET and insulated gate bipolar transistor.The inverter circuit is one of the most important applications of PWM control technology. Here in the theoretical basis of the single-phase bridge inverter circuit of the PWM, the simulation model of PWM inverter using Matlab visual simulation tool Simulink to establish the single-phase bridge unipolar control mode, through dynamic simulation, studied the modulation depth, the carrier frequency of the output voltage. Influence of load current; and analyzes the harmonic characteristics of output voltage, load current. The simulation results show that the model is correct, and it is proved that the model is fast, flexible, convenient, intuitive and a series of characteristics, so as to power electronic technology teaching Study and research provides an effective tool.Key words:PWM control technology; inverter circuit; SPWM waveform; Simulink目录1绪言 (1)1.1电力电子技术的概况 (1)1.2课程学习情况简介 (1)1.3设计要求及总体方案设计 (2)2主电路设计 (3)2.1主电路原理图及原理分析 (3)2.2器件选择及参数计算 (4)3控制与驱动电路设计 (5)3.1控制电路设计 (5)3.2驱动电路设计 (6)4保护电路设计 (7)4.1过电流保护 (7)4.2过电压保护 (7)5仿真分析 (8)5.1仿真软件介绍 (8)5.2仿真模型的建立 (8)5.3仿真结果分析 (10)6设计总结 (13)参考文献 (14)致谢 (15)附录 (16)1绪言1.1电力电子技术的概括随着电力电子技术的高速发展，逆变电路的应用非常广泛，蓄电池、干电池、太阳能电池等都是直流电源，当我们使用这些电源向交流负载供电时，就需要用到逆变电路了。

单极性全桥逆变SPWM控制方法以及解决过零点振荡的方案引言当前众多电源应用领域对交流电源的要求越来越高，传统的电网直接供电方式在很多场合已无法满足要求，因此，需要对电网或者其他能源处理后逆变输出。

高质量的逆变电源已经成为电源技术的重要研究对象。

全桥架构又是逆变器中非常重要的架构。

全桥逆变控制方式主要分为双极性控制方式和单极性控制方式。

双极性控制是对角的一对开关为同步开关，桥臂上下管之间除死区时间外为互补开关，控制相对简单，但是它的开关损耗高，存在很大的开关谐波，电磁干扰大，而单极性控制可以很好地解决这些问题。

全桥逆变器单极性控制仅用一对高频开关，相对于双极性控制具有损耗低、电磁干扰小、无开关频率级谐波等优点，正在取代双极性逆变控制方式。

但由于控制环路的延时作用，单极性控制方式的逆变器仍然受一个问题的困扰，即在过零点存在一个明显的振荡。

单极性控制方式又包括单边方式和双边方式，双边方式相对于单边方式在抑止过零点振荡方面有一定优势，但仍然无法做到过零点的平滑过渡。

为了提高逆变器的输出波形质量，本文分析了，单极性双边控制方式，分析了其振荡产生原因，并介绍一种解决过零点振荡的方案。

1 主电路拓扑单极性SPWM逆变器如图1所示，由2组桥臂构成，一组桥臂（S3，S4）以高频开关工作频率工作，称为高频臂；另一组桥臂（S1，S2）以输出的正弦波频率进行切换，称为低频臂。

2 单极性双边SPWM控制方式单极性逆变有两种产生SPWM的方法，分为单极性单边SPWM控制方式和单极性双边SPWM控制方式，文献l对此有比较详尽的介绍，这里只介绍过零点特性较好的双边控制方式，这种方式对于单边控制方式仍然有效。

在单极性双边SPSM控制方式中，给定的载波信号按正弦方式变化，三角调制波信号，当输出电压为正时三角波为正，输出电压为负时三角波为负，如图2所示。

高频臂上管S3的开关由载波与调制波相比较决定，载波幅值大于调制波则开通，载波幅值小于调制波则关断，除去死区时间，高频臂上管S3与高频臂下管S4的开关完全互补。

单双极性SPWM单相桥电压型逆变电路课程设计单极性单极性PWM控制方式调制信号ur为正弦波，载波uc在ur的正半周为正极性的三角波，在ur的负半周为负极性的三角波。

在ur的正半周，V1保持通态，V2保持断态。

当ur>uc时使V4导通，V3关断，uo=Ud。

当ur<uc时使V4关断，V3导通，uo=0。

在ur的负半周，V1保持断态，V2保持通态。

当ur<uc时使V3导通，V4关断uo=-Ud。

当ur>uc时使V3关断，V4导通，uo=0。

主电路在每个开关周期内输出电压在正和零（或负和零）间跳变，正、负两种电平不会同时出现在一个开关周期内，故称为单极性SPWM。

七、单极性SPWM调制分析载波比和调制深度的定义与双极性SPWM相同。

它不适于半桥电路，而双极性SPWM在半桥、全桥电路中都可以使用。

与双极性SPWM相同，在m<=1和fc>>f的条件下，单极性SPWM逆变电路输出的基波电压u1的幅值U1m满足如下关系：U1m=mUd即输出电压的基波幅值随调制深度m线性变化，故其直流电压利用率与双极性时也相同。

就基波性能而言，单极性SPWM和双极性SPWM完全一致，但在线性调制情况下它的谐波性能优于双极性调制：开关次整数倍谐波消除，值得考虑的最低次谐波幅值较双极性调制时小得多，所需滤波器也较小。

八、建立单极性SPWM仿真模型单极性SPWM触发信号产生图：为[101]。

对脉冲电路进行封装：触发电路中三角载波（Triangle）参数设置：“TimeValue”为[01/fc/21/fc]，“OutputValue”单极性SPWM主电路：触发电路参数设置：Ud=300v，R=1欧，L=2mH九、进行单极性SPWM仿真1、仿真时间设为0.06键入MATLAB语言命令：>>ubplot(4,1,1)>>ubplot(4,1,2)仿真结果如下：单极性SPWM单相逆变器m=0.8，N=15时的仿真波形图仿真结果分析：输出电压为单极性SPWM型电压，脉冲宽度符合正弦变化规律。

实验五十一DC/AC SPWM单相全桥逆变电路设计及研究（信号与系统—自动控制理论—检测技术－电力电子学综合实验）一、实验原理SPWM单相全桥逆变电路的主要工作原理是依靠四个开关管的通、断状态配合，利用冲量等效原理，采用正弦脉宽调制（SPWM）策略将输入的直流电压变换成正弦波电压输出。

SPWM的调制原理是通过对每个周期内输出的脉冲个数和每个脉冲宽度来调节逆变器输出电压的频率和幅值。

要使输出的电压波形接近标准的正弦波，就要尽量保证SPWM电压波在每一时间段都与该时段中正弦电压等效。

除要求每一时间段的面积相等外，每个时间段的电压脉冲宽度还必须很窄，这就需要在一个正弦波形内脉冲的数量很多。

脉波数量越多，不连续的按正弦规律改变宽度的多脉冲电压就越等效于正弦电压。

目前，在电力电子控制技术中，SPWM技术应用极为广泛，SPWM波形的形成一般有自然采样法、规则采样法等等。

前者主要用于模拟控制中，后者适用数字控制。

本实验采用的是DSP控制的单相全桥逆变电路，采用对称规则采样法。

对称规则采样的基本思想是使SPWM波的每个脉冲均以三角载波中心线为轴线对称，因此在每个载波周期内只需一个采样点就可确定两个开关切换点时刻。

具体算法是过三角波的对称轴与正弦波的交点，做平行于时间轴的平行线，该平行线与三角波的两个腰的交点作为SPWM波“开通”和“关断”的时刻。

由于在每个三角载波周期中只需要进行一次采样，因此使得计算公式得到简化，并且可以根据脉宽计算公式实时计算出SPWM波的脉宽时间，可以实现数字化控制。

图51-1 对称规则采样法生成SPWM波根据相似三角形定理，可以分析出图1对称规则采样法生成的SPWM波脉宽时间T n为：()21sin n n T T MN Nπ−= (51-1) 式中，M 为调制度，T 为正弦调制波周期，N 为载波比。

本实验中程序采用DSP 控制方式，载波频率固定为10KHZ ，调制波频率为50HZ 频率。

单相逆变器SPWM调制技术的仿真课程设计(论文)任务书电气学院学院11电力牵引专业（3）班一、课程设计(论文)题目单相逆变器SPWM调制技术的仿真二、课程设计(论文)工作自 2014年 6月 16日起至 2014年 6月 20 日止。

三、课程设计(论文) 地点: 电气学院机房四、课程设计(论文)内容要求：1．本课程设计的目的（1）熟练掌握MATLAB语言的基本知识和技能；（2）熟悉matlab下的simulink和simpowersystems工具箱；（3）熟悉构建单相桥式逆变器SPWM单极性和双极性调制的仿真模型；（4）培养分析、解决问题的能力；提高学生的科技论文写作能力。

2．课程设计的任务及要求1）基本要求：（1）要求对主电路和脉冲电路进行封装，并对调制度和载波比参数进行封装；（2）仿真参数为：E=100-300V; Ma=0.8-0.95; N=9-21; h=0.0001s，其他参数自定；（3）给出调制波原理图、相电压、相电流、线电压、不同器件所承受的电压波形以及频谱图，要求采用subplot作图；（4）选取不同参数进行仿真，比较仿真结果有何变化，给出自己的结论。

（5）利用matlab下的simulink和simpowersystems工具箱构建单相桥式逆变器spwm单极性和双极性调制的仿真模型。

2）创新要求：封装使仿真模型更加美观、合理3）课程设计论文编写要求（1）要按照课程设计模板的规格书写课程设计论文（2）论文包括目录、正文、心得体会、参考文献等目录1.引言.......................................... - 8 -2.软件介绍...................................... - 9 -3.电力电子电路的仿真实验系统设计 ............... - 10 - 3.1实验系统总体设计 (10)3.2电力电子电路S IMULINK仿真，具有以下特点 (11)4.单相逆变器SPWM调制技术的仿真 ................ - 11 - 4.1单相逆变器SPWM调制电路的基本结构图.. (11)4.2单相逆变器SPWM调制电路的工作原理 (12)4.2.1 逆变器SPWM调制原理................... - 12 -4.2.2 SPWM控制方式......................... - 14 -4.3单相逆变器SPWM调制电路的S IMULINK模型. (16)4.3.1 单极性SPWM仿真的模型图................ - 16 -4.3.1 单极性SPWM仿真的模型图................ - 18 -4.4模型参数的设定模型仿真图及其分析.. (20)4.3.1 单极性SPWM仿真 ....................... - 20 -4.3.2 双极性SPWM仿真 ....................... - 26 -5.结束语....................................... - 34 -6.参考文献..................................... - 35 -单相逆变器SPWM调制技术仿真的课程设计[摘要]：随着电力电子技术的不断发展，可控电路直流电动机控制，可变直流电源等方面得到了广泛的应用,而这些都是以逆变电路为核心。

07电⼒电⼦及答案07电⼒电⼦及答案华南农业⼤学期末考试试卷(A卷)⼀、填空题(每题2分，10题共20分)1．通常取晶闸管的断态重复峰值电压UDRM 和反向重复峰值电压URRM中较⼩的标值作为该器件的额定电压。

选⽤时，额定电压要留有⼀点裕量，⼀般取额定电压为正常⼯作时的晶闸管所承受峰值电压的2~3倍。

2．晶闸管额定电流为100A，通过半波交流电时，=1.57，电流的有效值计电流的波形系数为Kf算为/2I，则通过电流最⼤值m I为 314 A。

m3．单相全波可控整流电路中，晶闸管承受的最⼤反向电压为 1.41 U2。

三相半波可控整流电路中，晶闸管承受的最⼤反向电压为 2.45U2。

（电源相电压为U2）4．要使三相全控桥式整流电路正常⼯作，对晶闸管触发⽅法有两种，⼀是⽤宽脉冲触发；⼆是⽤双窄脉冲触发。

5．单相交流调压电阻性负载电路的移相范围在 0度～ 180度内，在阻感性负载时移相范围在功率因素⾓～180度内。

6．交流调压电路和交流调功电路异同点：电路结构相同，控制⽅式不同，（交流调压电路采⽤移相触发对⼀个周期内导通⾓控制，调功电路对导通周波数与阻断周波数的⽐值进⾏控制）。

7．电压型逆变电路中的反馈⼆极管的作⽤是给交流侧向直流侧反馈的⽆功能量提供通道。

8．变流电路的换流⽅式有器件换流、电⽹换流、负载换流、强迫换流等四种。

9．180°导电型三相桥式逆变电路，晶闸管换相是在同⼀相上下两个桥臂元件之间进⾏；⽽120o导电型三相桥式逆变电路，晶闸管换相是在上桥臂或者下桥臂组内上的元件之间进⾏的。

10．PWM逆变电路的控制⽅法有计算法、调制法和规则采样法三种。

其中调制法⼜可分为同步调制法、异步调制法两种。

⼆、判断题 (每题2分，10题共20分，对√、错×)1．同⼀晶闸管，维持电流H I在数值上⼀般⼤于擎住电流I。

( x )L2．多个晶闸管串并联使⽤时，通常采⽤先串后并的联接⽅法。

（√）3．半控桥整流带⼤电感负载不加续流⼆极管电路中，电路出故障时会出现失控现象。

SPWM逆变电路原理SPWM（Sinusoidal Pulse Width Modulation）逆变电路是一种电力电子装置，用于将直流电源转换为交流电源。

它通过对一个固定频率的脉冲宽度进行调制，控制输出电压的幅值和频率。

下面将介绍SPWM逆变电路的工作原理。

在工作过程中，直流电源为整个逆变电路提供稳定的直流电压。

滤波电容用于平滑输入电压，保证逆变器的稳定工作。

桥式逆变器是SPWM逆变电路的核心部分，它主要由四个开关管、四个二极管和一个中性线组成。

四个开关管通过交替开启和关闭的方式，将直流电源的正负极性与输出端口的正负极性反向连接，从而实现电源的逆变。

四个二极管作为反向传导管，防止逆变电压的回流。

控制电路是SPWM逆变电路的重要部分，它主要由比较器、三角波发生器和逻辑控制电路组成。

比较器用于将三角波信号和参考信号进行比较，从而产生PWM信号。

三角波发生器根据设定的频率产生一个固定频率的三角波信号作为参考信号。

逻辑控制电路用于根据PWM信号控制开关管的开启和关闭。

1.三角波发生器产生一个与设定频率相等的三角波信号。

2.将三角波信号与需要逆变的正弦波信号进行比较。

如果三角波信号的幅度小于正弦波信号，就打开开关管；如果三角波信号的幅度大于正弦波信号，就关闭开关管。

3.通过调整三角波发生器的频率和幅度，可以控制开关管的开启和关闭时间，从而调整输出的脉冲宽度。

4.在开关管关闭的过程中，二极管向电感器提供通电路径，从而实现电源能量的释放。

5.将PWM信号经过滤波电路，得到一个近似正弦波的交流输出电压。

通过这种方式，SPWM逆变电路可以实现将直流电源转换为交流电源，并且具有较高的电压和频率控制精度，可以广泛应用于交流电机控制、UPS电源等领域。

总结起来，SPWM逆变电路通过调制脉冲宽度，控制开关管的开启和关闭时间，实现对输出电压的控制。

与其他逆变电路相比，它具有输出电压控制精度高、输出波形质量好等优点，因此被广泛应用于各种交流电源领域。

电力电子技术课程设计题目：单相PWM逆变电路设计姓名：学号：院系：班级：指导老师：日期：目录一前言1.1 电力电子简介 (2)1.2 课题目的 (3)1.3 课题内容及要求 (3)1.4 课题意义 (3)二单相桥式逆变电路2.1 电压型逆变电路 (4)2.2 电流型逆变电路 (6)三单相桥式PWM逆变主电路设计3.1 逆变控制电路的设计 (9)3.2 正弦波输出变压变频电源调制方式 (11)3. 3种调制方式下逆变器输出电压谐波分析 (13)四驱动和保护电路的设计4.1 过电流保护 (14)4.2 驱动电路的设计 (14)五使用的元件 (16)六仿真实验 (19)七心得体会 (24)八参考文献 (24)一前言1.1 电力电子简介随着电力电子技术的飞速发展，正弦波输出变压变频电源已被广泛应用在各个领域中，与此同时对变压变频电源的输出电压波形质量也提出了越来越高的要求。

对逆变器输出波形质量的要求主要包括两个方面：一是稳态精度高；二是动态性能好。

因此，研究开发既简单又具有优良动、静态性能的逆变器控制策略，已成为电力电子领域的研究热点之一。

电力电子器件的发展经历了晶闸管（SCR）、可关断晶闸管（GTO）、晶体管（BJT）、绝缘栅晶体管（IGBT）等阶段。

目前正向着大容量、高频率、易驱动、低损耗、模块化、复合化方向发展，与其他电力电子器件相比，IGBT具有高可靠性、驱动简单、保护容易、不用缓冲电路和开关频率高等特点，为了达到这些高性能，采用了许多用于集成电路的工艺技术，如外延技术、离子注入、精细光刻等。

IGBT最大的优点是无论在导通状态还是短路状态都可以承受电流冲击。

它的并联不成问题，由于本身的关断延迟很短，其串联也容易。

尽管IGBT模块在大功率应用中非常广泛，但其有限的负载循环次数使其可靠性成了问题，其主要失效机理是阴极引线焊点开路和焊点较低的疲劳强度，另外绝缘材料的缺陷也是一个问题。

在现有的正弦波输出变压变频电源产品中，为了得到SPWM波，一般都采用双极性调制技术。

S P W M逆变电路原理Company Document number：WUUT-WUUY-WBBGB-BWYTT-1982GT对于大多数应用场合需要的是工频电源，例如我们的电冰箱，洗衣机，电风扇等都需要正弦波的220伏、50赫兹电源，各种动力设备，远距离输电也都需要正弦波的交流电。

更多的太阳能光伏发电装置输出的是正弦波交流电，目前生成正弦波仍采用前面介绍的全桥电路，只是对开关晶体管的控制采用PWM脉宽调制或移相控制或调频控制等方式。

这里仅介绍最常用的PWM脉宽调制方式。

面积等效原理转换把直流电转换成正弦波交流电是根据根据面积等效原理，在图1上图中的正弦半波（红线）分成n等份，把正弦半波看成是由n个彼此相连的矩形脉冲组成的波形，为简单清晰，划分为7等份。

7个脉冲的幅值按正弦规律变化，每个脉冲面积与相对应的正弦波部分面积相同，这一连续脉冲就等效正弦波。

图1 用面积等效原理转换为SPWM波形如果把上述脉冲序列改为相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲（图1下图），脉冲中心位置不变，并且使该矩形脉冲面积和上图对应的矩形脉冲相同，得到图1下图所示的脉冲序列，脉冲宽度按正弦波规律变化，这就是PWM波形。

根据面积等效原理，PWM 波形和正弦半波是等效的，图中红线就是该序列波形的平均值。

对于正弦波的负半周，也可以用同样的方法得到PWM 波形。

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SPWM波形。

要改变等效输出的正弦波的幅值时，只需按照同一比例系数改变上述各脉冲的宽度即可。

SPWM波形的生成输出SPWM波形仍需全桥逆变电路，在“光伏用DC-DC变换器”课件中已介绍过这种电路，通过控制开关晶体管的通与断在负载上产生交变电压，见图2。

s图2 全桥逆变电路的工作状态输出SPWM波形的矩形波必须生成序列的控制信号来控制桥式电路中开关晶体管的通与断，普遍使用的是调制法来生成控制信号，可采取单极性调制也可采用双极性调制来生成控制信号，下面介绍常用的单极性调制方式。

1、单相桥式PWM逆变电路如下图，单极性调制工作时，在电压的正半周是（）B、V1常通，V2常断，V3与V4交替通断2、对于单相交流调压电路，下面说法错误的是（）A、晶闸管的触发角大于电路的功率因素角时，晶闸管的导通角小于180度B、晶闸管的触发角小于电路的功率因素角时，必须加宽脉冲或脉冲列触发，电路才能正常工作C、晶闸管的触发角小于电路的功率因素角正常工作并达到稳态时，晶闸管的导通角为180度D、晶闸管的触发角等于电路的功率因素角时，晶闸管的导通角不为180度3、在三相三线交流调压电路中，输出电压的波形如下图所示，在t1~t2时间段内，有（）晶闸管导通。

A、1个B、2个C、3个D、4个4、对于单相交交变频电路如下图，在t1~t2时间段内，P组晶闸管变流装置与N组晶闸管变流装置的工作状态是（）C、N组阻断，P组整流9、对于单相交交变频电路如下图，在t2~t3时间段内，P组晶闸管变流装置与N组晶闸管变流装置的工作状态是（）D、N组阻断，P组逆变10、在三相三线交流调压电路中，输出电压的波形如图所示，在t2~t3时间段内，有（）晶闸管导通。

A、1个B、2个C、3个D、4个4、电阻性负载三相半波可控整流电路中，控制角的范围是（）D、0°～150°5、单相全控桥式整流电路电阻性负载中，控制角的最大移相范围是（）D、180°电阻性负载，当控制角α为（）时，整流输出电压与电流波形断续。

（）B．300＜α≤15003、单相半波可控整流电阻性负载电路中，控制角α的最大移相范围是( )D、180°6、三相桥式全控整流电路，电阻性负载时的移相范围为（）C ．0～1201、三相全控桥式整流电路中，晶闸管可能承受的反向峰值电压为（ ）D.U 25、三相半波可控整流电路中，晶闸管可能承受的反向峰值电压为（ ）D.U 27、单相全控桥电阻性负载电路中，晶闸管可能随的电大正向电压为 （ ）C ．2U 223、单相全控桥大电感负载电路中，晶闸管可能承受的最大正向电压为( )26、桓流驱动电路中加速电容C 的作用是（ ）A 、加快功率晶体管的开通7、直流斩波电路是一种（ ）变换电路。

2020—2021学年下学期电气自动化专业 《电力电子变流技术》期末标准考试题及答案 （试卷A ）一、填空题(每小题1分，共14分)。

1.对同一晶闸管，维持电流I H 与擎住电流IL 在数值大小上有I L ________I H ； 2.功率集成电路PIC 分为二大类，一类是高压集成电路，另一类是________。

3.晶闸管断态不重复电压U DSM 与转折电压U BO 数值大小上应为，U DSM ________U BO 。

4.电阻性负载三相半波可控整流电路中，晶闸管所承受的最大正向电压U Fm 等于________，设U 2为相电压有效值。

5.三相半波可控整流电路中的三个晶闸管的触发脉冲相位按相序依次互差________。

6.对于三相半波可控整流电路，换相重叠角的影响，将使用输出电压平均值________。

7.晶闸管串联时，给每只管子并联相同阻值的电阻R 是________措施。

8.三相全控桥式变流电路交流侧非线性压敏电阻过电压保护电路的连接方式有________二种方式。

9.抑制过电压的方法之一是用________吸收可能产生过电压的院（系） 班级姓名学号……………………………………………装…………………………订………………………线……………………………………………能量，并用电阻将其消耗。

10. 180°导电型电压源式三相桥式逆变电路，其换相是在_____的上、下二个开关元件之间进行。

11.改变SPWM逆变器中的调制比，可以改变________的幅值。

12.为了利于功率晶体管的关断，驱动电流后沿应是________。

13.恒流驱动电路中抗饱和电路的主要作用是________。

14.功率晶体管缓冲保护电路中的二极管要求采用________型二极管，以便与功率晶体管的开关时间相配合。

二、单项选择题；每小题1分，共16分。

从每小题的四个备选选答案，选出一个正确答案，并将正确答案的号码填在题干后面的括号内。

SPWM逆变器原理讲解SPWM（Sinusoidal Pulse Width Modulation）逆变器是一种常用的电力电子器件，能够将直流电能转换为交流电能，具有输出电压和频率可调、波形失真小等优点。

下面将对SPWM逆变器的原理进行详细讲解。

首先，当直流电源接入逆变器时，逆变器会通过高频变压器将直流电压转换为交流电压。

这个过程是通过将直流电压转换为高频脉冲信号，然后再通过电力电子器件进行放大实现的。

这样可以实现交流电压的产生。

接下来，信号生成器产生与输出交流电压频率相同的三角波信号。

这个三角波信号的频率由信号生成器内部的振荡电路决定，可以通过调整振荡电路的参数来实现频率调节。

同时，信号生成器还产生一个与三角波信号频率相同但幅值可调的正弦波信号。

这个正弦波信号的幅值决定了逆变器输出交流电压的峰值。

最后，将三角波信号和正弦波信号进行比较，根据比较结果产生PWM 波形输出。

具体的比较方法是将三角波信号与正弦波信号相减，得到一个误差信号。

根据误差信号的正负和大小，控制PWM输出信号的占空比。

当误差信号为正时，PWM输出信号的占空比增大；当误差信号为负时，PWM 输出信号的占空比减小。

这样可以根据正弦波信号的幅值和相位情况，调节输出交流电压的峰值和频率。

SPWM逆变器的核心是控制信号生成和PWM波形输出两个模块。

通过调节信号生成器的参数和PWM输出信号的占空比，可以实现逆变器输出电压的调节。

同时可以通过连接滤波电路来减小输出电压的谐波成分，提高波形质量。

总结一下，SPWM逆变器是一种通过PWM波形输出实现交流电压调节的电力电子器件。

它的工作原理包括直流电源输入、信号生成和PWM波形输出等三个步骤。

通过合理的控制信号参数和PWM输出占空比，可以实现逆变器输出电压的调节和频率控制。

PSIM仿真设计单相桥式PWM逆变器一、实验目的1.加深对SPWM基本原理的理解2.熟悉双极性脉冲宽度调制和单极倍频正弦脉宽调制的原理。

3.掌握PSIM仿真软件基本操作并搭建单相SPWM仿真验证双极性脉冲宽度调制和单极倍频正弦脉宽调制；实验验证单级倍频正弦脉宽调制的特点。

二、实验设备表4-1 实验所需设备表三、实验原理(一)、单相桥式电路（H桥）拓扑及其工作原理电压型全桥逆变电路共有四个开关管：T1、T2、T3、T4和四个续流二极管二极管D1、D2、D3、D4，如图4.1所示。

当T1、T4导通时，V ab=V D；当T2、T3导通时，V ab=-V D；当T1、T3导通时V ab=0；当T2、T4导通时，V ab=0（其中T1、T2不能同时导通；T3、T4不能同时导通）。

因此控制四个开关管的通断可以控制输出电压在V D、-V D、0之间变化。

(二)、SPWM 的原理采样控制理论有一个重要的原理——冲量等效原理：大小、波形不相同的窄脉冲变量，例如电压V(t)，作用于惯性系统（例如RLC电路）时，只要它们的冲量，即变量对时间的积分相等，其作用效果相同。

V DV o 图3-1 单相桥式逆变电路的拓扑结构图3-2 用SPWM电压等效正弦电压如果将图3-2所示的标准正弦波等分成很多份，那么一个连续的正弦波也可以看作是一系列幅值为正弦波片段的窄脉冲组成。

如果每个片段的面积分别与①、②、③…所示一系列等宽不等高的矩形窄脉冲的面积相等，那么从冲量等效的观点看，由①、②、③…这些等宽不等高矩形脉冲波构成的阶梯波和标准正弦波是等效的。

进一步，如果让图3-1所示逆变器产生如图3-2所示一系列幅值为±U d 的等高不等宽矩形电压窄脉冲，每个电压脉冲的面积（冲量）分别与①、②、③…面积相等，于是图3-2中的登高不等宽的脉冲电压和正弦电压也是冲量等效的。

作用于R、L、C惯性系统后基本是正弦波。

※(三)、双极性正弦脉冲宽度调制（重点）图3-3 双极性正弦脉宽调制输出波形基于载波的SPWM如图3-3所示，图中的高频三角波v c成为载波，正弦波v r称为调制波或参考调制波。

SPWM逆变电路原理D变等效输出的正弦波的幅值时，只需按照同一比例系数改变上述各脉冲的宽度即可。

SPWM波形的生成输出SPWM波形仍需全桥逆变电路，在“光伏用DC-DC变换器”课件中已介绍过这种电路，通过控制开关晶体管的通与断在负载上产生交变电压，见图2。

s图2 全桥逆变电路的工作状态输出SPWM波形的矩形波必须生成序列的控制信号来控制桥式电路中开关晶体管的通与断，普遍使用的是调制法来生成控制信号，可采取单极性调制也可采用双极性调制来生成控制信号，下面介绍常用的单极性调制方式。

图3上部分是SPWM波形控制信号生成的原理图，下部分是生成的SPWM波形。

在调制法中，把所希望输出的波形称为调制波ur，把接受调制的信号称为载波uc，通常采用等腰三角波作为载波，正弦波作为调制信号。

在两波交点时对电路中的开关器件进行通断控制，就可得到宽度正比于调制信号幅值的脉冲。

在ur正半周时，T2与T3保持关断，在ur和uc 的交点时刻控制开关晶体管T1与T4开通与关断：当ur＞uc时控制T1与T4导通，R上的电压为Ud，当ur＜uc时控制T1与T4关断，R上的电压为0。

在ur负半周时，T1与T4保持关断，当uc＞ur时控制T3与T2导通，R上的电压为-Ud，当uc＜ur时控制T1与T4关断，R上的电压为0。

这样在R上产生宽度按正弦波规律变化的SPWM波形，见图2下图，其中红线uof表示输出等效的正弦波交流电电压。

SPWM逆变器输出的正弦波交流电电压uof的峰值uofm小于输入的直流电压ud，把uofm/ud称为直流电压利用率，对于单相SPWM电路直流电压利用率的理论值最大为1，实际上由于种种原因，直流电压利用率要小于1。

对于输出相电压（有效值）为220V单相交流电的逆变电路输入直流电压要高于310V。

SPWM逆变器输出电压与ur/uc成正比，保持载波uc不变，改变调制波ur的大小即可控制输出交流电压的大小。

当然，调制波ur峰值要小于载波uc峰值。