6单相正弦波脉宽调制(SPWM)逆变电路实验报告

课程名称：电机控制指导老师：成绩：实验名称：正弦脉宽调制（SPWM）变频调速系统实验类型：同组学生姓名：一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得一、实验目的和要求1.加深理解自然采样法生成SPWM波的机理和过程2.熟悉SPWM变频调速系统中直流回路、逆变桥功率器件和微机控制电路之间的连接3.了解SPWM变频器运行参数和特性二、实验内容和原理1.实验内容（1）用SPWM变频器驱动三相异步电动机实现调速运行（2）改变调制方式，观察变频器调制波形、不同负载时的电动机端部电压、线电流波形（3）改变V/f曲线，观察版聘妻在不同低频补偿条件下的低速运行情况（4）改变变频调速系统的加速时间，观察系统的加减速过程2.实验原理SPWM变频调速系统主要由不控整流桥、电容滤波、直流环节电流采样（串采样电阻）、MOSFET逆变桥、MOSFET驱动电路、8031单片微机数字控制情况、控制键盘与运行显示等环节组成。

实验系统的组成如下图所示：本实验系统的性能指标如下：（1）运行频率f1可在1~60Hz的范围内连续可调（2）调制方式①同步调制：调制比F=3~123可变，步增量为3；②异步调制：载波频率f0=0.5~8kHZ可变，步增量为0.5kHZ;③混合调制：系统自动确定各运行频率下的调制比。

控制方式和运行显示控制图如下：SPWM变频器控制键盘与运行显示面板图（3）V/f曲线有4条V/f曲线可供选择，以满足不同的低频电压补偿要求，曲线如下图所示：曲线1：f1=1~50Hz, U1/f1=220/50=4.4V/Hzf1=51~60Hz, U1=220V曲线2：f1=1~5Hz, U1=21.5Vf1=6~50Hz, U1/f1=220/50=4.4V/Hzf1=51~60Hz, U1=220V曲线3：f1=1~8Hz, U1=34.5Vf1=9~50Hz, U1/f1=220/50=4.4V/Hzf1=51~60Hz, U1=220V曲线4：f1=1~10Hz, U1=43Vf1=11~50Hz, U1/f1=220/50=4.4V/Hzf1=51~60Hz, U1=220V（4）加速时间可在1~60s区间设定电机从静止加速到额定速度所需要的时间，10s以下步增量为1s，10s到60s步增量为5s。

目录1.引言 .......................................................................................... - 2 -2.PWM控制的基本原理........................................................... - 2 -3.PWM逆变电路及其控制方法............................................... - 3 -4.电路仿真及分析 ...................................................................... - 4 -4.1双极性SPWM波形的产生 . (4)4.2三相SPWM波形的产生 (6)4.3双极性SPWM控制方式单相桥式逆变电路仿真及分析-7-5.双极性SPWM控制方式的单相桥式逆变电路和三相逆变电路比较分析 .................................................................................. - 12 -6.结论 ........................................................................................ - 13 -7.参考文献 ................................................................................ - 13 -1. 引言PWM 技术的的应用十分广泛，目前中小功率的逆变电路几乎都采用了PWM 技术。

它使电力电子装置的性能大大提高，因此它在电力电子技术的发展史上占有十分重要的地位。

PWM 控制技术正是有赖于在逆变电路中的成功应用，才确定了它在电力电子技术中的重要地位。

成绩专业综合实验实验报告院（系）名称自动化科学与电气工程学院专业名称学生学号学生姓名指导教师2015年12月1实验大纲部分实验一单相PWM、SPWM脉宽调制波形发生电路的研究实验时间2015.12.8 同组同学一、实验目的1. 了解单相PWM、SPWM波形发生电路的工作原理。

2. 熟悉单相PWM、SPWM波形发生电路的一般特点。

3. 熟悉DT03单元的使用方法，为后续实验操作做准备。

二、实验内容用示波器观察触发电路各测试点，记录各点波形，分析电路的工作原理。

三、实验系统组成单相PWM、SPWM波形发生器面板如图1所示。

图 1.1 单相PWM、SPWM波形发生器面板图中P+、P-为两路相位互差180°的PWM或SPWM波形输出端口；A、A1、B 为同步信号引入端；M 为信号输出供单相调功电路使用；PM、PA 是给软开关实验中辅管脉冲输出端；IN1、IN2 为两路脉冲功率放大电路的输入端口，一般对应将P＋、P－信号输出引入其端口，通过放大输出。

DT03 单元为多功能波形发生器电路，可以实现PWM 波形发生、SPWM 波形发生以及单相调功电路的可控宽度脉冲列的产生等。

电路中包含三角波发生器、正弦波发生器、直流电压给定、死区生成电路、软开关控制脉3冲生成电路、调功控制脉冲生成电路以及脉冲功率放大电路等。

四、实验原理1. PWM波形检测本实验采用三角波调制，以三角波为载波，与调制波信号进行比较输出不同宽度的脉冲。

开关S1拨向下时，DT03单元中的两运放的正向、反向输入端分别接三角波发生器及电位器，但接入的极性相反。

当运放正向输入端电压高于反向输入端电压时，运放输出高电平，反之输出低电平。

故当两运放的三角波及参考电压接入极性相反时，输出P+、P-的波形为两路相位互差180°的PWM信号。

调节参考电压的大小可改变输出PWM 信号的占空比。

在Multisim中的仿真电路及仿真波形如图2a, b, c所示，可见当三角波分别从两运放的正向、反向输入端且相同的参考电压从另一端输入时，输出为两路互差180°的PWM信号，调节参考电压大小可改变占空比。

单相正弦波脉宽调制（SPWM）逆变电路实验结果(1)控制信号的观测①观察正弦调制波信号U r的波形，测试其频率可调范围；U r频率最小时波形图，由图可知最小频率小于10HzU r频率最大波形图，由图可知最大频率等于62Hz②观察三角载波U c的波形，测试其频率，由图可知最大频率等于178.9Hz③改变正弦调制波信号U r的频率，再测量三角载波U c的频率改变正弦调制波信号U r的频率三角载波U c的频率是同步变化④比较“PWM+”，“PWM-”和“SPWM1”，“SPWM2”的区别PWM+”，“PWM-的区别：同一相上下两管驱动信号之间无死区SPWM1”，“SPWM2的区别：同一相上下两管驱动信号之间死区延迟时间是30ms(2)带电阻及电阻电感性负载①输出接灯泡负载，然后将主电路接通由控制屏左下侧的直流电源(通过调节单相交流自藕调压器，使整流后输出直流电压保持为200V)接入主电路，由小到大调节正弦调制波U r 的频率，观测负载电压的波形，记录其波形参数（幅值、频率）。

U O(V) 82.2 82.4 82.5 波形F(Hz) 13.56 28.23 29.59 U O(V) 82 82 82波形F(Hz) 34.63 42.73 55.81U O(V) 82 82 82波形②接入DJK06给定及实验器件和DJK02上的100mH电感串联组成的电阻电感性负载，然后将主电路接通由DJK09提供的直流电源，由小到大调节正弦调制波信号U r的频率观测负载电压的波形，记录其波形参数（幅值、频率）。

F(Hz) 17.67 20.53 22.67U O(V) 83 83 83波形U O(V) 83 83 83 波形F(Hz) 49.61 53.78 161.15 U O(V) 83 83 83波形。

实验报告课程名称：现代电力电子技术实验项目：单相正弦波脉宽调制（SPWM）逆变电路验实验时间：实验班级：总份数：指导教师：朱鹰屏自动化学院电力电子实验室二〇〇年月日广东技术师范学院实验报告学院：自动化学院专业：电气工程及其自动化班级：成绩：姓名：学号：组别：组员：实验地点：电力电子实验室实验日期：指导教师签名：实验（六）项目名称：单相正弦波脉宽调制（SPWM）逆变电路实验1.实验目的和要求(1)熟悉单相交直交变频电路原理及电路组成。

(2)熟悉ICL8038的功能。

(3)掌握SPWM波产生的基理。

(4)分析交直交变频电路在不同负载时的工作情况和波形，并研究工作频率对电路工作波形的影响。

2.实验原理采用SPWM正弦波脉宽调制，通过改变调制频率，实现交直交变频的目的。

实验电路由三部分组成：即主电路, 驱动电路和控制电路。

主电路部分:AC/DC (整流) DC/AC (逆变)图4-1 主电路结构原理图如图4-1所示, 交直流变换部分（AC/DC）为不可控整流电路（由实验挂箱DJK09提供）；逆变部分（DC/AC）由四只IGBT管组成单相桥式逆变电路，采用双极性调制方式。

输出经LC低通滤波器，滤除高次谐波，得到频率可调的正弦波（基波）交流输出。

本实验设计的负载为电阻性或电阻电感性负载，在满足一定条件下,可接电阻启动式单相鼠笼式异步电动机。

(2)驱动电路:如图4-2（以其中一路为例）所示，采用IGBT管专用驱动芯片M57962L，其输入端接控制电路产生的SPWM信号，其输出可用以直接驱动IGBT管。

其特点如下：①采用快速型的光藕实现电气隔离。

②具有过流保护功能，通过检测IGBT管的饱和压降来判断IGBT是否过流,过流时IGBT 管CE结之间的饱和压降升到某一定值，使8脚输出低电平，在光藕TLP521的输出端OC1呈现高电平，经过流保护电路（见图4-3），使4013的输出Q端呈现低电平，送控制电路，起到了封锁保护作用。

单相正弦波PWM逆变电路仿真报告1.仿真目的：通过对单相SPWM逆变电路不同控制方式的仿真研究，进一步理解SPWM 控制信号的产生原理，单极性、双极性控制方式的原理及不同、载波比与调制深度不同对逆变电路输出波形的影响等。

2.仿真原理:2.1单相桥式逆变电路图1所示为单相桥式逆变电路的框图，设负载为阻感负载。

在桥式逆变电路中，桥臂的上下两个开关器件轮流导通，即工作时V1和V2通断状态互补,V3和V4的通断状态互补。

下面将就单极性及双极性两种不同的控制方法进行分析。

图1单相桥式PWM逆变电路2.2不同控制方式原理2.2.1单极性控制方式调制信号山为正弦波，载波U c在山的正半周为正极性的三角波，在山的负半周为负极性的三角波。

在U r的正半周,V1保持通态，V2保持断态，在U r>U c 时使V4导通，V3关断，U0=U d；在U r<U c时使V3导通，V4关断，U0=0；在U r的负半周，V1保持断态，V2保持通态，在U r<U c时使V3导通，V4关断，U0=-U d；在U r>U c时使V4导通，V3关断，U0=0。

这样就得到了SPWM波形U0o图2单极性PWM控制波形2.2.2双极性控制方式采用双极性方式时，在U r的半个周期内，三角波不再是单极性的，而是有正有负，所得的PWM波也是有正有负。

在U r的一个周期内，输出的PWM波只有土?？两种电平，而不像单极性控制时还有零电平。

在U r的正负半周，对各开关器件的控制规律相同。

即U r>U c时，给V1和V4导通信号，给V2和V3以关断信号，如i0>0,那么V1和V4通，如i0<0,那么VD1和VD4通，不管哪种情况都是输出电压U0=U d。

U r<U c 时，给V2和V3导通信号，给V1和V4以关断信号，这时如i0<0,那么V2和V3通，如i0>0,那么VD2和VD3通,不管哪种情况都是输出电压U0=-U d。

单相正弦波PWM逆变电路仿真报告1. 仿真目的：通过对单相SPWM逆变电路不同控制方式的仿真研究，进一步理解SPWM 控制信号的产生原理，单极性、双极性控制方式的原理及不同、载波比与调制深度不同对逆变电路输出波形的影响等。

2. 仿真原理：2.1 单相桥式逆变电路图1 所示为单相桥式逆变电路的框图，设负载为阻感负载。

在桥式逆变电路中，桥臂的上下两个开关器件轮流导通，即工作时V1 和V2 通断状态互补，V3 和V4 的通断状态互补。

下面将就单极性及双极性两种不同的控制方法进行分析。

图1 单相桥式PWM逆变电路2.2 不同控制方式原理2.2.1 单极性控制方式调制信号u r为正弦波，载波u c在u r的正半周为正极性的三角波，在u r的负半周为负极性的三角波。

在u r的正半周，V1保持通态，V2保持断态，在u r>u c 时使V4导通，V3关断，u0=U d; 在u r<u c时使V3导通，V4关断，u0=0; 在u r 的负半周，V1保持断态，V2保持通态，在u r<u c时使V3导通，V4关断，u0=-U d; 在u r>u c时使V4导通，V3关断，u0=0。

这样就得到了SPWM波形u0。

图2 单极性PWM控制波形2.2.2 双极性控制方式采用双极性方式时，在u r的半个周期内，三角波不再是单极性的，而是有正有负，所得的PWM波也是有正有负。

在u r的一个周期内，输出的PWM波只有两种电平，而不像单极性控制时还有零电平。

在u r的正负半周，对各开关器件的控制规律相同。

即u r>u c时，给V1和V4导通信号，给V2和V3以关断信号，如i0>0，则V1和V4通，如i0<0，则VD1和VD4通，不管哪种情况都是输出电压u0=U d。

u r<u c时，给V2和V3导通信号，给V1和V4以关断信号，这时如i0<0，则V2和V3通，如i0>0，则VD2和VD3通,不管哪种情况都是输出电压u0=-U d。

单相正弦脉宽调制逆变器的设计朱代祥，张代润，彭协华(四川大学电气信息学院，四川成都 610065）摘要：论述了单相正弦波逆变器的工作原理，介绍了SG3524的功能及产生SPWM波的方法，对逆变器的控制及保护电路作了详细的介绍，给出了输出电压波形的实验结果。

关键词：逆变器；正弦波脉宽调制；场效应管0 引言当铁路、冶金等行业的一些大功率非线性用电设备运行时，将给电网注入大量的谐波，导致电网电压波形畸变。

根据我们的实验观察，在发生严重畸变时，电压会出现正负半波不对称，频率也会发生变化。

这样的供电电压波形，即使是一般的电力用户，也难以接受，更无法用其作为检修、测试的电源。

同时，在这种情况下，一般的稳压电源也难以达到满意的稳压效果。

为此，我们设计了该逆变电源。

其控制电路采用了2片集成脉宽调制电路芯片SG3524，一片用来产生PWM波，另一片与正弦函数发生芯片ICL8038做适当的连接来产生SPWM波。

集成芯片比分立元器件控制电路具有更简单、更可靠的特点和易于调试的优点。

1 系统结构及框图图1示出了系统主电路和控制电路框图。

交流输入电压经过共模抑制环节后，再经工频变压器降压，然后整流得到一个直流电压，此电压经过Boost电路进行升压，在直流环上得到一个符合要求的直流电压350V（50Hz/220V交流输出时）。

DC/AC变换采用全桥变换电路。

为保证系统可靠运行,防止主电路对控制电路的干扰，采用主、控电路完全隔离的方法，即驱动信号用光耦隔离，反馈信号用变压器隔离，辅助电源用变压器隔离。

过流保护电路采用电流互感器作为电流检测元件，其具有足够快的响应速度，能够在MOS管允许的过流时间内将其关断。

图1 系统主电路和控制电路框图2 控制及保护电路为了降低成本，使用两块集成PWM脉冲产生芯片SG3524和一块函数芯片ICL8038，使得控制电路简洁，易于调试。

2.1 SG3524的功能及引脚图2所示为SG3524的结构框图和引脚图。

实验九 单相正弦波脉宽调制（SPWM ）逆变一．实验目的1．熟悉单相交直交变频电路原理及电路组成2．熟悉ICL8038的功能。

3．掌握SPWM 波产生的基理。

4．分析交直交变频电路在不同负载时的工作情况和波形，并研究工作频率对电路工作波形的影响。

二．实验所需挂件及附件 序号型号 备注 1DJK01电源控制屏 该控制屏包含“三相电源输出”等模块 2DJK09单相调压与可调负载 该挂件包含“单相自耦调压器”等模块 3DJK14 单相交直交变频原理 4双踪示波器 5 万用表三．实验线路及原理采用SPWM 正弦波脉宽调制，通过改变调制频率，实现交直交变频的目的。

实验电路由三部分组成：即主电路，驱动电路和控制电路。

1．主电路部分如图3-20所示，交直流变换部分(AC/DC)为不可控整流电路（由实验挂箱DJK09提供）； 逆变部分(DC/AC)由四只IGBT 管组成单相桥式逆变电路，采用双极性调制方式。

输出经LC 低通滤波器，滤除高次谐波，得到频率可调的正弦波（基波）交流输出。

本实验设计的负载为电阻性或电阻电感性负载，在满足一定条件下，可接电阻启动式单相鼠笼式异步电动机。

1．驱动电路如图3-21（以其中一路为例）所示，采用IGBT 管专用驱动芯片M57962L ，其输入端接控制电路产生的SPWM 信号，其输出可用以直接驱动IGBT 管。

其特点如下： ①采用快速型的光耦实现电气隔离。

②具有过流保护功能，通讨检测IGBT 管的饱和压降来判断IGBT 是否过流，过流时AC/DC （整流） DC/AC （逆变）图3-20 主电路结构原理图IGBT 管CE 结之间的饱和压降升到某一定值，使8脚输出低电平，在光耦TLP521的输出端OC1呈现高电平，经过流保护电路(见图3-22)，使4013的输出Q 端呈现低电平，送控制电路，起到了封锁保护作用。

3．控制电路控制电路如图3-23所示，它是由两片集成函数信号发生器ICL8038为核心组成，其中一片8038产生正弦调制波U r ，另一片用以产生三角载波U c ，将此两路信号经比较电路LM311异步调制后，产生一系列等幅，不等宽的矩形波U m ，即SPWM 波。

开放实验报告书目录一、实验目的---------------------------------------3二、实验内容---------------------------------------3三、实验电路的组成及工作原理-----------------------5四、实验方法及步骤 --------------------------------6五、实验数据记录-----------------------------------7六、实验结论---------------------------------------9 一、实验目的了解SPWM逆变电路和PWM逆变电路的工作原理和应用，熟悉双极性可逆直流脉冲宽度调制型变换电路的组成和工作原理，掌握此电路的工作状态及波形情况，以及电路的调试方法。

二、实验内容(1) 逆变电路（包括SPWM逆变和PWM逆变）的原理与应用的学习和了解(2) 直流PWM专用集成电路SG3525系列脉宽调制型控制电路的调试。

(3) 驱动控制单元调试。

(4) H型双极性PWM DC-AC变换电路性能测试SPWM逆变电路的原理分析介绍所谓的SPWM 波形就是与正弦波形等效的一系列等幅不等宽的矩形脉冲波，等效的原则是每一区间的面积相等逆变器是将直流变为定频定压或调频调压交流电的变换器，传统方法是利用晶闸管组成的方波逆变电路实现，但由于其含有较大成分低次谐波等缺点，近十余年来，由于电力电子技术的迅速发展，全控型快速半导体器件BJT，IGBT，GTO 等的发展和PWM 的控制技术的日趋完善，使SPWM 逆变器得以迅速发展并广泛使用。

SPWM 控制技术又有许多种，并且还在不断发展中，但从控制思想上可分为四类，即等脉宽PWM 法，正弦波PWM 法（SPWM 法），磁链**型PWM 法和电流跟踪型PWM 法，其中利用SPWM 控制技术做成的SPWM 逆变器具有以下主要特点：（1）逆变器同时实现调频调压，系统的动态响应不受中间直流环节滤波器参数的影响。

开放实验报告书目录一、实验目的---------------------------------------3二、实验内容---------------------------------------3三、实验电路的组成及工作原理-----------------------5四、实验方法及步骤 --------------------------------6五、实验数据记录-----------------------------------7六、实验结论---------------------------------------9 一、实验目的了解SPWM逆变电路和PWM逆变电路的工作原理和应用，熟悉双极性可逆直流脉冲宽度调制型变换电路的组成和工作原理，掌握此电路的工作状态及波形情况，以及电路的调试方法。

二、实验内容(1) 逆变电路（包括SPWM逆变和PWM逆变）的原理与应用的学习和了解(2) 直流PWM专用集成电路SG3525系列脉宽调制型控制电路的调试。

(3) 驱动控制单元调试。

(4) H型双极性PWM DC-AC变换电路性能测试SPWM逆变电路的原理分析介绍所谓的SPWM 波形就是与正弦波形等效的一系列等幅不等宽的矩形脉冲波，等效的原则是每一区间的面积相等逆变器是将直流变为定频定压或调频调压交流电的变换器，传统方法是利用晶闸管组成的方波逆变电路实现，但由于其含有较大成分低次谐波等缺点，近十余年来，由于电力电子技术的迅速发展，全控型快速半导体器件BJT，IGBT，GTO 等的发展和PWM 的控制技术的日趋完善，使SPWM 逆变器得以迅速发展并广泛使用。

SPWM 控制技术又有许多种，并且还在不断发展中，但从控制思想上可分为四类，即等脉宽PWM 法，正弦波PWM 法（SPWM 法），磁链**型PWM 法和电流跟踪型PWM 法，其中利用SPWM 控制技术做成的SPWM 逆变器具有以下主要特点：（1）逆变器同时实现调频调压，系统的动态响应不受中间直流环节滤波器参数的影响。

一、实验目的1、用MATLAB对单相正弦波PWM逆变电路进行仿真，讨论载波信号、调制信号对输出电压、电流、谐波以及谐波畸变率的影响.2、主要讨论载波比、调制深度对输出电压、电流、谐波以及谐波畸变率的影响。

二、实验原理1、PWM控制的基本原理PWM控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术,将宽度变化的窄脉冲作为驱动信号，其控制的基本原理是面积等效原理，即: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。

冲量指窄脉冲的面积.效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同。

低频段常接近，仅在高频段略有差异。

如图1—1为PWM波等效为正弦波，2-1a中把正弦波分成N等分，就可以把正弦波看成是由N个彼此相连的脉冲序列组成的波形，这些脉冲的宽度相等，都为π/N，但幅值不相等。

如果把这一系列的窄脉冲用等幅而不等宽的矩形窄脉冲代替,使矩形脉冲的中点与相应的正弦脉冲部分的中点重合,且使矩形脉冲与相应的正弦脉冲的面积相等,且宽度是按正弦规律变化的如图2—1b，由面积等效原理可知,PWM波和正弦波是等效的。

这种脉冲宽度按正弦规律变化和正弦波等效的PWM波形叫做SPWM.图2—1 SPWM波等效为正弦波2、电路结构及控制方法2.1单相SPWM逆变电路结构图2-2单相SPWM 逆变电路2.2 单相SPWM 逆变电路控制方式图2-3单极性SPWM 控制方式波形 图2—4双极性SPWM 控制方式波形对于单极性SPWM ，如图2-3所示，在Ur 和Uc 焦点的时刻控制IGBT 的通断.在Ur 的正半周,VT1保持通态，VT2保持断态,当Ur 〉Uc 时使VT4导通，VT3关断，Uo=Ud ；当Ur<Uc 时使VT4关断，VT3导通，Uo=0。

在Ur 的负半周，VT1保持断态，VT2保持通态，当Ur 〈Uc 时使VT3导通,VT4关断，Uo=—Ud;当Ur 〉Uc 时使VT3关断，VT4导通，Uo=0.对于双极性SPWM ，如图2-4所示，仍然在Ur 和Uc 焦点的时刻控制IGBT 的通断。