pwm技术在单相全桥逆变电路中的应用matlab仿真结果

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。

1引言在高功率因数PWM 整流器的设计中，通常需要对控制策略进行仿真。

常用的电力电子仿真工具中，Pspice，Saber 仿真时间长，产生大量的中间数据，占用资源多，会引起不收敛问题，适合于电路级仿真[1]。

而Matlab 以描述功率变换的状态方程为基础，有了状态方程，电路很容易用Matlab 中的Simulink 里的函数模块来表述，而且各种控制算法容易实现，而不必应用实际的元器件模型，减小了仿真运算的难度。

由于PWM 型功率变换器是一类强非线性（电子开关器件在一个周期中既工作在饱和区又工作在截止区）或断续（即按时间分段线性，在几个时间段内电路都是线性的，但拓扑结构不同）或时变（电子开关器件导通时的电阻很小，截止时的电阻很大）的电路[3]。

因此，变换器电路动态特性的解析分析方法较复杂，阻碍了这类变换器系统的动态分析与设计的顺利进行。

而把状态空间平均法应用于功率变换器的建模，是一种简单有效的研究方法。

当变流器运行于连续导电模式，并忽略其开关过程，即认为开关动作是瞬时完成的，这样，一个工作于连续导电模式下的PWM 变流器可以用两个线性非时变电路来表示。

它们与一个周期中的两种开关状态相对应，设其状态空间方程分别为1）在时间间隔DT （0≤t ≤t 0）：=A 1X2）在时间间隔（1－D ）T （t 0≤t ≤T ）：=A 2X式中T 为PWM 开关周期，D 是其占空比，X 为状态向量，A 1，A 2为系统矩阵，将上述两个开关模型综合为一个平均模型为=[DA 1＋(1－D )A 2]X2单相PWM 整流器的数学模型单相PWM 整流器主电路如图1所示。

忽略电感中的等效电阻，在仿真中用理想开关S 来代替实际器件,并把与开关器件并联的快恢复二极管的作用融入到理想开关中，当其中之一导通时，即认为该理想开关导通。

用以下方式来定义开关函数：S m =1（S m ′=0）上桥臂理想开关导通，下桥臂理想开关关断S m =0（S m ′=1）上桥臂理想开关关断，下桥臂理想开关导通。

输入直流电压通过全桥逆变 电路逆变为交流电压
输出交流电压经过滤波电路后， 可以输出平滑的交流电压
逆变器的控制策略
电压控制：通过调 节输出电压的幅值 和相位来实现控制
电流控制：通过调 节输出电流的幅值 和相位来实现控制
空间矢量控制：通 过调节输出电压的 空间矢量来实现控 制
滑模控制：通过在 开关状态下进行切 换来实现控制
电容和电感：根据 实际需求进行选择
和计算
仿真模型的验证与调试
验证方法：通过对比实验数据与仿真结果，验证模型的正确性
调试过程：对仿真模型进行参数调整，以达到最佳性能指标
调试结果：经过调试后的仿真模型能够更好地模拟实际电路的工作情况
验证结论：仿真模型的验证与调试对于基于Matlab的单相电压型全桥逆变器的仿真 研究具有重要意义
单相电压型全桥 逆变器的基本原 理
逆变器的定义和分类
逆变器的定义：将直流电转换为交流电的电力电子设备 逆变器的分类：电压型逆变器、电流型逆变器、单相逆变器、三相逆变器等
单相电压型全桥逆变器的工作原理
输出交流电压的频率和幅值可 以通过控制逆变电路的开关状 态进行调节
通过改变逆变电路的开关状态， 可以实现输出交流电压的正负 半波的切换
结论与展望
本研究的贡献与局限性
贡献：本研究为单相电压型全桥逆变器的仿真研究提供了新的方法和思路，有助于深入理解逆变器 的运行原理和性能特点。
局限性：本研究主要关注了逆变器的仿真研究，未涉及实际应用中的问题和挑战，未来研究可以进 一步拓展到实际应用领域。
后续工作：针对本研究存在的局限性，后续研究可以进一步优化仿真模型和方法，提高仿真精度和 可靠性，同时探索逆变器的实际应用和优化方案。

毕业设计（论文）基于Matlab的单相电压型PWM整流电路仿真与设计摘要现代工业中，很多场合需要进行电能变换,例如把直流电能变为交流电能,交流电能变为直流电能。

直流电能变为交流电能由逆变器实现,交流电能变为直流电能由整流器实现。

随着整流器的广泛应用，关于传统整流器的一些问题也日益突出，输入功率因数较低，输入电流含有大量谐波。

针对传统的不控整流和相控整流中存在的谐波污染问题，采用直接电流控制中的双环控制策略，设计了单相全桥电压型PWM整流器的控制系统。

建立了系统的SIMULINK模型并进行了仿真。

仿真结果表明：该控制系统结构设计合理,参数选取适当，能实现有效控制。

详细分析单相电压型PWM整流电路的工作原理和工作模式。

说明通过对PWM电路进行控制，选择合适的工作模式和工作时序，可使PWM整流电路的输出直流电压得到有效的稳定。

近年来PWM整流器迅速成为了研究热点，因为它不仅获得了可控的AC/DC变换性能，而且具有输入单位功率因数和低谐波电流,能量双向传输等优点。

关键词：单相电压型；PWM整流；功率因数；Matlab仿真The single-phase voltage source PWM rectifier circuit based onMatlab simulation and designAbstractIn modern industry, we need for power conversion on many occasions, for example, the exchange of AC power into DC power and DC power into AC power.AC power can be transferred into DC power by using the rectifier and DC power can be transferred into AC power by using the inverter. Since the rectifiers are extensively used, several problems with regard to traditional rectifiers have arisen in recent years, such as a low input power factor,and the harmonics in the input currents.In order to eliminate the harmonic pollution caused by the traditional phase controlled or uncontrolled rectifiers, a single-phase full-bridge voltage-type rectifier has been designed in which the 2-ring control PWM technique of directly current-controlled strategies is adopted.And the SIMULENK model has been built to simulate this system. The result thus indicates that the control system is of logical configuration and proper parameter.The theory and working modes about single-phase voltage source PWM rectifier are elaborately analysed in this paper,which illust rate that the voltage in DC side can be effectively stabilized with PWM control by selecting burst mode and time.Therefore, pulse-width modulated rectifiers have rapidly attracted the research interest over the past few years due to some of their significant advantages, such as controllable of AC-DC voltage, unity power factor, low harmonic distortion of input currents, power regeneration capability, etc.Keywords：single-phase voltage type；PWM Rectifier；The power factor；Matlab Simulation.目录引言 (V)第1章概述............................................................................................................- 1 -1.1本课题研究的意义 .............................................................................................- 2 -1.2国内外研究现状.................................................................................................- 2 -1.3本论文研究的主要工作.......................................................................................- 3 -第2章P WM控制技术.............................................................................................- 4 -2.1PWM简介..........................................................................................................- 4 -2.2PWM控制原理和应用 ........................................................................................- 4 -2.3PWM控制技术的应用 ........................................................................................- 8 - 第3章功率因数校正技术.................................................................................... - 10 -3.1功率因数校正简介 ........................................................................................... - 10 -3.2有源功率因数校正（APFC）技术.................................................................... - 17 -3.3提高功率因数的几种方法................................................................................. - 21 -3.4提高功率因数的实际意义................................................................................. - 21 -第4章Matlab仿真实验 ...................................................................................... - 22 -4.1电路的工作原理............................................................................................... - 22 -4.2实验要求......................................................................................................... - 23 -4.3Matlab仿真步骤和波形..................................................................................... - 23 -4.4主封装图以及各子系统 .................................................................................... - 28 -4.5仿真结论......................................................................................................... - 29 -结论和展望................................................................................ 错误！未定义书签。

PWM逆变器MATLAB仿真1设计方案的选择与论证从题目的要求可知，输入电压为110V直流电，而输出是有效值为220V的交流电，所以这里涉及到一个升压的问题，基于此有两种设计思路第一种是进行DC-DC升压变换再进行逆变，另一种是先进行逆变再进行升压。

除此之外，要得到正弦交流电压还要考虑滤波等问题，所以这两种方案的设计框图分别如下图所示：图1-1方案一：先升压再逆变图1-2方案二：先逆变，再升压方案选择：方案一：采用DC-DC升压斩波电路其可靠性高、响应速度、噪声性能好，效率高，但不适用于升压倍率较高的场合，另外升压斩波电路在初期会产生超调趋势(这一点将在后文予以讨论)，在与后面的逆变电路相连时必须予以考虑，我们可以采用附加控制策略的办法来减小超调量同时达到较短的调节时间，但这将增加逆变器的复杂度和设计成本。

方案二：采用变压器对逆变电路输出的交流电进行升压，这种方法效率一般可达90%以上、可靠性较高、抗输出短路的能力较强，但响应速度较慢，体积大，波形畸变较重。

从以上的分析可以看出两种方案有各自的优缺点，但由于方案二设计较为简便，因此本论文选择方案二作为最终的设计方案，但对于方案一的相关容也会在后文予以讨论。

2逆变主电路设计2.1逆变电路原理及相关概念逆变与整流是相对应的，把直流电变为交流电的过程称为逆变。

根据交流侧是否与交流电网相连可将逆变电路分为有源逆变和无源逆变，在不加说明时，逆变一般指无源逆变，本论文针对的就是无源逆变的情况；根据直流侧是恒流源还是恒压源又将逆变电路分为电压型逆变电路和电流型逆变电路，电压型逆变电路输出电压的波形为方波而电流型逆变电路输出电流波形为方波，由于题目要求对输出电压进行调节，所以本论文只讨论电压型逆变电路；根据输出电压电流的相数又将逆变电路分为单相逆变电路和三相逆变电路，由于题目要求输出单相交流电，所以本论文将只讨论单相逆变电路。

2.2逆变电路的方案论证及选择从上面的讨论可以看出本论文主要讨论单相电压型无源逆变电路，电压型逆变电路的特点除了前文所提及的之外，还有一个特点即开关器件普遍选择全控型器件如IGBT，电力MOSFET等，有三种方案可供选择，下面分别予以讨论：方案一：半桥逆变电路，如下图所示，其特点是有两个桥臂，每个桥臂有一个可控器件和一个反并联二极管组成。

基于Matlab的单相双极性spwm 逆变电路仿真报告单相双极性SPWM桥式逆变电路实验报告学院：电气与电子工程班级：xxxxx 姓名：xx一、理论介绍SPWM控制技术是逆变电路中应用最为广泛的PWM型逆变电路技术。

对SPWM型逆变电路进行分析，首先建立了逆变器控制所需的电路模型，采用IGBT作为开关器件，并对单相桥式电压型逆变电路和SPWM控制电路的工作原理进行了分析，运用MATLAB中的SIMULINK 模块对电路进行了仿真，给出了最终仿真波形。

SPWM(Sinusoidal PWM)法是一种比较成熟的,目前使用较广泛的PWM法.前面提到的采样控制理论中的一个重要结论: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. （此处采用等面积法）SPWM法就是以该结论为理论基础,用脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆变电路中开关器件的通断,使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的面积相等,通过改变调制波的频率和幅值则可调节逆变电路输出电压的频率和幅值.二、主电路设计分析根据设计要求，采用单相全桥PWM逆变电路，工作方式为单极性PWM方式，开关器件选用IGBT，直流电源电压为200V,电阻电感负载。

设计主电路图如图一所示。

图一单相桥式PWM逆变电路分析：a、主电路采用IGBT作为开关器件的单相桥式电压型逆变电路。

采用负载为阻感负载，工作时V1和V2的通断状态互补，V3和V4的通断状态也互补。

在输出电压u0的正半周，让V1保持通态，V2保持断态，V3和V4交替通断。

当uco>utri，且-uco<utri ，触发VTA+和VTB-导通，输入电源Ud经过VTA+、负载和VTB-构成电流回路，uo=-Ud，电流上升；当uco<utri，使VTA+断开，触发VTA-，但由于是感性负载，电流不能突变，因此负载电流经VDA-和VTB-续流，使VTA-不能导通，uo=0，同时电流下降；当uco>utri，且-uco<utri ，触发VTA+和VTB-导通，输入电源Ud经过VTA+、负载和VTB-构成电流回路，uo=-Ud，电流上升；当-uco>utri，使VTB-断开，触发VTB+，由于是感性负载，电流不能突变，因此负载电流经VTA+和VDB+续流，使VTB+不能导通，uo=0，同时电流下降；直至下一个周期触发VTA+和VTB-导通。

用MATLAB 仿真一个单相全桥逆变器，采用单极性SPWM 调制、双极性SPWM 调制或者单极倍频SPWM 调制的任意一种即可，请注明仿真参数，并给出相应的调制波波形，载波波形，驱动信号波形、输出电压（滤波前）波形。

本文选用双极性SPW调制。

1双极性单相SPW原理SPWM采用的调制波的频率为f s的正弦波U s U sm Sin s t , s 2f s；载波U c 是幅值为U cm，频率为f c的三角波。

载波信号的频率与调制波信号的频率之比称为载波比，正弦调制信号与三角波调制信号的幅值之比称为深度m通常采用调制信号与载波信号相比较的方法生成SPW信号.当Us>Uc 时，输出电压Uo等于Ud,当UsvUc时，输出信号Uo等于-Ud.随着开关以载波频率fc轮番导通，逆变器输出电压不断在正负Ud之间来回切换。

2 建立仿真模型2.1 主电路模型第一步设置电压源：在Electrical Sources 库中选用DCVoltage Source，设置Ud=300X第二步搭建全桥电路：使用Universal Bridge 模块，选择桥臂数为2，开关器件选带反并联二极管的IGBT/Diodes ，构成单项全桥电路。

第三步使用Series RLC Branch 设置阻感负载为1 Q, 2mH 并在Measurement 选项中选择Branch Voltage and current, 利用multimeter 模块观察逆变器的输出电压和电流。

电路如图2.1 所示。

图2.1单相全桥逆变逆变器电路图2.2双极性SPW 信号发生器在Simulink 的Source 库中选择Clock 模块，提供仿真时间t, 乘以2 f 后通过一个sin 模块即sin t ，乘以调整深度m 可获得所需的 正弦调整信号。

选择 Source 库中的Repeating Sequenee 模块产生三 角载波，设置 Time Values 为［0 1/fc/4 3/fc/4 1/fc ］，设置OutputValues 为［0 -1 1 0］，生成频率为fc 的三角载波。

作业：桥式可逆PWM变换器的主电路由四个IGBT组成一个H桥，并且每一个IGBT上均反并联有电力二极管，电力二极管起到续流的作用采用以下2种方式进行仿真，并进行比较分析：●Simulink的SimPowerSystems●OrCAD PSpice要求在文件组中画出详细的原理图、给出元件的详细模型和参数、仿真设置参数和仿真结果并进行分析。

讨论分类情况如下：（一）占空比为90％时对系统的分析;（二）占空比为50％时对系统的分析;（三）占空比为10％时对系统的分析;在上面所分的三大类中，每一种又分为三小类。

从而对该系统的分析尽量达到全面。

三小类为：①电动机所带负载为轻载时的情况；②电动机所带负载为适当负载时的情况；③电动机所带负载为重载时的情况；1、Simulink的SimPowerSystems（1）原理图如下图所示（2）元器件参数设置脉冲发生器：逻辑算符：IGBT：直流电机参数：直流电机的励磁电压110V，励磁电流0.5A，额定转速2400r/min，负载转矩1.15N·m。

（一）、占空比为90％时对系统的分析;电动机所带负载为轻载时的情况；1、电机的输出电压波形图：2、电机的转速、电枢电流、励磁电流、转矩的波形图：电动机所带负载为适当负载时的情况；1、电机的输出电压波形图：2、电机的转速、电枢电流、励磁电流、转矩的波形图：1、电机的输出电压波形图：2、电机的转速、电枢电流、励磁电流、转矩的波形图：从以上波形图可以看出，当占空比为90％时，电机的输出电压在不同负载的情况下不受影响。

而转速在不同的负载下是变化的，轻载时转速略高于额定转速；适当负载时为额定转速；重载时低于额定转速。

电机启动时会产生较大的电枢电流，当转速趋于平稳的时候电枢电流趋近于零。

转矩的变化跟电枢电流近似。

（二）占空比为50％时对系统的分析;1、电机的输出电压波形图：2、电机的转速、电枢电流、励磁电流、转矩的波形图：电动机所带负载为适当负载时的情况；2、电机的转速、电枢电流、励磁电流、转矩的波形图：电动机所带负载为重载时的情况；2、电机的转速、电枢电流、励磁电流、转矩的波形图：从以上波形图可以看出，当占空比为50％时，电机的输出电压在不同负载的情况下不受影响。

摘要在本设计中，首先，针对课设题目要求，进行了系统的总体方案选择，以及各功能模块的方案论证和选择。

选择通过升压斩波电路将输入直流电压升高，再利用全桥逆变方式将直流电转换成50HZ的交流电，控制部分采用PWM斩波控制技术。

接着，对各功能模块进行了详细的原理分析和电路设计，同时也对可能出现的直流不平衡等问题进行了考虑。

并最终通过MATLAB来实现PWM逆变器的仿真，并进行结果分析，得出系统参数对输出的影响规律。

经过理论分析设计以及MATLAB仿真两种方式，证明了本系统可以很好地实现将输入110V直流转换成220V、50HZ单相交流电的设计要求，另外本设计也按设计要求采用了PWM斩波控制技术。

关键词：逆变；PWM控制；MATLAB仿真；DC-DC；目录1.设计方案的论证与选择 (1)1.1总体设计思路 (1)1.2 DC-DC方案论证与选择 (1)1.3逆变主电路的方案论证与选择 (2)1.4 逆变器控制方法的论证与选择 (3)2.设计原理及实现方法 (4)2.1 升压斩波电路的设计 (4)2.2 全桥式逆变电路的设计 (5)2.3 PWM控制技术及SPWM波的生成 (6)2.3.1 PWM控制的基本原理 (7)2.3.2 SPWM法的基本原理 (7)2.3.3 规则采样法 (8)2.3.4单极性和双极性PWM控制逆变电路分析 (9)3.MATLAB仿真及结论分析 (11)3.1升压环节的建模与仿真 (11)3.2 制作并生成SPWM波形 (13)3.3 逆变环节的建模与仿真（一） (15)3.4 逆变环节的建模与仿真（二） (17)3.4.1载波频率与输出电压频率改变对波形的影响 (18)3.4.2 改变负载对输出的影响 (21)4.收获与体会 (25)5.参考文献 (26)PWM逆变器Matlab仿真1.设计方案的论证与选择1.1总体设计思路由于要求的输出为220V,50HZ单相交流电，而输入却是只有110V的直流电压，所以仅仅由逆变环节不能实现，而应该有升压环节。

一、引言电力电子技术是一门理论和实践结合较紧密的学科，也是实践性很强的应用技术，在教学过程中常需借助大量的波形来分析各种电路的工作状态、能量转换过程[1-3]。

波形分析法是电力电子技术教学常用的方法，在课堂教学活动组织过程中，有大量的波形分析内容，学生常感到教学内容抽象、枯燥，而且只靠图形说明缺乏真实性，学习效果不理想。

因此，借助MATLAB 仿真软件对电力电子技术中一些较难理解的电路和原理进行建模，通过仿真模型向学生介绍电路的工作原理，观察仿真波形对控制原理进行说明，这对丰富教学手段、提高教学质量、增强办学资源是一个有益的教学方法。

逆变电路是电力电子技术的四大变换器之一，单相桥式逆变电路是该课程中非常重要的内容，而该电路的分析、理解比较困难，如果不借助仿真手段，很难得到其复杂的动态变化波形。

利用MATLAB 仿真软件对单相桥式PWM 逆变电路进行仿真建模，分析由PWM 控制的单相桥式逆变电路的工作状态及相关关键波形，可更好地理解和掌握该电路的知识点。

二、单相桥式逆变电路仿真模型单相桥式PWM 逆变电路仿真模型由主电路、控制电路和测量电路等3部分组成，其中主电路由直流电源Ed 、2对功率开关器件和与其反并联的二极管、以及阻感负载RL 等组成；控制电路是Gate Drive 子模块；测量电路是Measurements 子模块，如图1所示。

三、控制信号仿真分析PWM 控制信号由一个正弦调制波与高频三角载波进行比较得到一路控制信号，再将这路信号反相产生另一路控制信号，这两路信号互补，分别控制如图1所示的上下桥臂功率管的导通与关断，所生成的输出信号按序号连接到主电路相应序号的功率开关器件上，其仿真模型和仿真输出控制信号如图2和图3所示。

基金项目：2015钦州学院高等教育本科教学改革工程项目：基于工作过程导向的《PLC 原理及应用》课程改革与实践（2015QYJGA03）、钦州学院校级教改项目（2015QYJGZ18、2015QYJGB08、2015QYJGB05）；桂教科研（2013YB143、LX20141541）作者简介：谢积锦（1987-），男，籍贯：广西，汉族，硕士，助教，研究方向：电力电子建模与控制，新能源发电技术。

课程设计任务书学生姓名：专业班级：指导教师：工作单位：题目: PWM逆变器Matlab仿真初始条件：输入110V直流电压；要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、得到输出为220V、50Hz单相交流电；2、采用PWM斩波控制技术；3、建立Matlab仿真模型；4、得到实验结果。

时间安排：课程设计时间为两周，将其分为三个阶段。

第一阶段：复习有关知识，阅读课程设计指导书，搞懂原理，并准备收集设计资料，此阶段约占总时间的20%。

第二阶段：根据设计的技术指标要求选择方案，设计计算。

第三阶段：完成设计和文档整理，约占总时间的40%。

指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日目录摘要 (1)1设计方案的选择与论证 (2)2逆变主电路设计 (2)2.1逆变电路原理及相关概念 (2)2.2逆变电路的方案论证及选择 (3)2.3建立单相桥式逆变电路的S IMULINK的仿真模型 (4)2.3.1模型假设 (4)2.3.2利用MATLAB/Simulink进行电路仿真 (5)3正弦脉宽调制(SPWM)原理及控制方法的SIMULINK仿真 (6)3.1正弦脉冲宽度调制(SPWM)原理 (6)3.2SPWM波的控制方法 (7)3.2.1双极性SPWM控制原理及Simulink仿真 (7)3.2.2单极性SPWM控制原理及Simulink仿真 (9)4升压电路的分析论证及仿真 (10)4.1B OOST电路工作原理 (10)4.2B OOST电路的S IMULINK仿真 (11)5滤波器设计 (12)6 PWM逆变器总体模型 (14)7心得体会 (17)参考文献 (18)PWM逆变器MATLAB仿真摘要随着电力电子技术，计算机技术，自动控制技术的迅速发展，PWM技术得到了迅速发展，SPWM正弦脉宽调制这项技术的特点是原理简单，通用性强，具有开关频率固定，控制和调节性好，能消除谐波使输出电压只含有固定频率的高次谐波分量，设计简单等一系列有点，是一种比较好的波形改善法。

第一部分：单相电压型全桥逆变电路一、逆变电路(纯电阻负载)1、正常逆变电路负载串联电感并联电容后的仿真结果：电感0.1H，电容0.07C。

2、移向逆变电路触发电平的波形图：从上到下依次为VT1,VT2,VT3,VT4的触发电压，幅值为4v。

器件IGBT输出波形图：从上到下依次为VT1,VT2,VT3,VT4的输出电压与电流波形：（紫色为电压12v，黄色为电流2A）负载输出波形图：从上到下依次为输出电压波形（最大值为12V），输出电流（最大值为2A）。

10v1.7A负载串联电感并联电容之后的仿真结果：第二部分：PWM波形发生器正弦波调制波的频率决定了逆变器输出交流电压、电流的频率。

为了产生频率为50HZ的电压电流，将正弦波、三角波的参数设置如下：一、单极性调制正弦波幅值围为[-3 3]，三角波幅值围为[0 4]，信号波的围为[0 3] 下面各图依次为半个、一个、两个周期的SPW波形图二、双极性控制方式第三部分：PWM技术在单相全桥逆变电路中的应用下图依次为VT1、VT4与VT2、VT3不同周期时的波形图。

一、纯电阻下的波形图下图依次为整流输出的电流、电压波形图：电流的幅值围为[-1.7 1.7]，电压幅值围为[-10 10]二、负载与电感串联然后再与电容并联，在电感、电容滤波作用下的波形图下图依次为整流输出的电流、电压波形图：电流的幅值围为[-0.8 0.8]，电压幅值围为[-10 10]参考文献[1]中北大学电子设计课程设计说明书. 中北大学. wenku.baidu./[2]黄忠霖黄京. 电力电子技术MATLAB实践. ：国防工业. 2009.1.[3]单相SPWM逆变电源仿真设计. 黄朝飞. wenku.baidu./[4]广西大学毕业设计. wenku.baidu./。

摘要随着电力电子技术，计算机技术，自动控制技术的迅速发展，PWM技术得到了迅速发展，PWM控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术。

即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效的获得所需要的波形（含形状和幅值）。

PWM控制技术在逆变电路中的应用最为广泛，对逆变电路的影响也最为深刻。

现在大量应用的逆变电路中，对大部分都是PWM型逆变电路。

可以说 PWM控制技术正是有赖于在逆变电路中的应用，才发展得比较成熟，从而确定了它在电力电子技术中的重要地位。

本次课程设计以IGBT构成的单相桥式逆变电路为基础，控制并得到所需的波形，并通过计算软件matlab/simulink对PWM逆变电路进行仿真设计，得到题目要求的数据指标，并分析得到的结果。

关键词：PWM 逆变 matlab/simulink目录摘要 (1)1 设计方案的选择 (3)2 逆变电路的原理及方案选择 (3)3 PWM原理及控制方法 (4)4 滤波器设计 (6)5 PWM逆变器仿真 (7)5.1 单相桥式逆变器仿真 (7)5.2 PWM仿真 (10)5.3 PWM逆变器总体模型 (13)6 心得体会 (17)参考文献 (18)PWM逆变器MATLAB仿真1 设计方案的选择按照题目要求，已知输入电压为110V直流电，要求得到的是220V、50HZ的单相交流电，这里涉及到两个问题：升压和逆变。

于是就存在两种设计方法，一是进行DC-DC升压变换在进行逆变，另一种是先进行逆变变换再进行升压。

当然，要得到正弦交流电压还要考虑滤波的问题。

若采用方案一，先升压再逆变，这种方案可靠性高、响应速度快、噪声性能好、效率高，但升压电路会在初期产生超调趋势，若采用附加控制的办法减小超调量则会增加逆变器的复杂度和设计成本。

若采用方案二，这种方法效率一般可达90%以上、可靠性高、抗输出的能力较强，其缺点是响应速度慢、体积大、波形畸变较为严重。

由于两个方案各有优缺点，但方案二的设计更为简单，所以我们选择方案二作为本次设计的最终方案。

用MATLAB 仿真一个单相全桥逆变器，采用单极性SPWM 调制、双极性SPWM 调制或者单极倍频SPWM 调制的任意一种即可，请注明仿真参数，并给出相应的调制波波形，载波波形，驱动信号波形、输出电压（滤波前）波形。

本文选用双极性SPWM 调制。

1双极性单相SPWM 原理SPWM 采用的调制波的频率为s f 的正弦波t U U s sm S ωsin =，s s f πω2=；载波c u 是幅值为cm U ，频率为c f 的三角波。

载波信号的频率与调制波信号的频率之比称为载波比，正弦调制信号与三角波调制信号的幅值之比称为深度m 。

通常采用调制信号与载波信号相比较的方法生成SPWM 信号.当Us>Uc 时，输出电压Uo 等于Ud,当Us<Uc 时，输出信号Uo 等于-Ud.随着开关以载波频率fc 轮番导通，逆变器输出电压不断在正负Ud 之间来回切换。

2 建立仿真模型2.1主电路模型第一步设置电压源：在Electrical Sources 库中选用DC Voltage Source ，设置Ud =300V 。

第二步搭建全桥电路：使用Universal Bridge 模块，选择桥臂数为2，开关器件选带反并联二极管的IGBT/Diodes ，构成单项全桥电路。

第三步使用Series RLC Branch 设置阻感负载为1Ω，2mH ，并在Measurement 选项中选择Branch Voltage and current,利用multimeter 模块观察逆变器的输出电压和电流。

电路如图2.1所示。

图2.1 单相全桥逆变逆变器电路图2.2双极性SPWM 信号发生器在Simulink 的Source 库中选择Clock 模块，提供仿真时间t,乘以f π2后通sin，乘以调整深度m可获得所需的正弦调整信号。

选择过一个sin模块即tSource库中的Repeating Sequence模块产生三角载波，设置Time Values 为[0 1/fc/4 3/fc/4 1/fc]，设置Output Values 为[0 -1 1 0]，生成频率为fc的三角载波。

逆变电路是P W M控制技术最为重要的应用场合。

这里在研究单相桥式P WM逆变电路的理论基础上，采用Ma t la b的可视化仿真工具S i mu lin k建立单相桥式单极性控制方式下P W M逆变电路的仿真模型，通过动态仿真，研究了调制深度、载波频率对输出电压、负载上电流的影响；并分析了输出电压、负载上电流的谐波特性。

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:Matlab/Simulink；PWM逆变电路；动态仿真；建模；PWM控制技术是逆变电路中应用最为广泛的技术，现在大量应用的逆变电路中，绝大部分都是PWM型逆变电路。

为了对PWM型逆变电路进行分析，首先建立了逆变器控制所需的电路模型，采用IGBT作为开关器件，并对单相桥式电压型逆变电路和PWM控制电路的工作原理进行了分析，运用MATLAB中的SIMULINK对电路进行了仿真，给出了仿真波形，并运用MATLAB提供的powergui模块对仿真波形进行了FFT分析（谐波分析）。

通过仿真分析表明，运用PWM控制技术可以很好的实现逆变电路的运行要求。

目录摘要 (1)前言 (2)一逆变电路相关概述 (4)1.1 .MATLAB的介绍 (4)1.2 PWM技术 (4)1.3PWM控制方法 (5)二主电路工作原理说明 (10)2.1 PWM控制的基本原理 (10)三主电路设计的详细过程 (12)四仿真模型的建立及各模块参数设置 (14)4.1单极性PWM控制发生电路模型 (14)4.2单极性SPWM方式下的单相桥式逆变电路 (16)五、总结 (23)参考文献 (24)七、体会 (25)一逆变电路相关概述1.1 .MATLAB的介绍MATLAB将矩阵运算、数值分析、图形处理、编程技术结合在一起，为用户提供了一个强有力的科学及工程问题的分析计算和程序设计工具，它还提供了专业水平的符号计算、文字处理、可视化建模仿真和实时控制等功能，是具有全部语言功能和特征的新一代软件开发平台。

单相单极性SPWM逆变电路matlab仿真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MATLAB中对Simulink 的使用及构建模块； 3.进一步熟悉掌握用MATLAB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。

对比可发现，当三角载波的周期设置的越小时输出电压的作用效果越接近正弦电压的作用效果，可以推理：当三角载波的周期为无穷小时，逆变电路便输出标准的正弦波,只是电力电子开关器件的关断需要一定的时间，故实际中是做不到的。

丰求疚迪，、夕课程设计(论文)任务书电气学院 _____________ 学院08电力牵引专业二班一、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2011年6月_20_日起至2009年6月25 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MATLAE语言的基本知识和技能；(2)熟悉matlab 下的simulink 禾口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(3)课程设计论文用B5纸统一打印，装订按学校的统一要求完成4)答辩与评分标准：(1 )完成原理分析：20分；(2 )完成设计过程：40分；(3)完成调试：20分；(4)回答问题：20分；5)参考文献：[1]刘凤君•现代逆变技术及应用[M]. 北京：科学出版社，2006.[2]伍家驹，王文婷，李学勇，等.单相SPWI逆变桥输出电压的谐波分析[J]. 电力自动化设备,2008, 28（4）: 45-49, 52.[3]王兆安，刘进军，电力电子技术，机械工业出版社，2009.5[4]汤才刚，朱红涛，李莉，陈国桥，基于PW的逆变电路分析，《现代电子技术》2011年6月25日课程设计（论文）评审意见年月日目录1........................................................... 引言. - 5 -2............................................................... 软件介绍. - 6 -3.电力电子电路的仿真实验系统设计........................... - 7 -3.1实验系统总体设计.......................................3.2电力电子电路S lMULINK仿真，具有以下特点•…4...................................................................................... 单相逆变器SPW碉制技术的仿真 ........................................................ -8 -4.1单相逆变器SPW调制电路的基本结构图.……4.2单相逆变器SPW调制电路的工作原理......................4.2.1逆变器SPW调制原理............................ -8 -4.2.2SPWM 控制方式................................. -10 -4.3单相逆变器SPWI调制电路的S lMULINK模型.……4.3.1单极性SPW仿真的模型图 ......................... -12 -4.3.1单极性SPW仿真的模型图 ......................... -13 -4.4 模型参数的设定模型仿真图及其分析 ..........................4.3.1单极性SPW仿真............................... -14 -- 7 - - 7 --8-8- 12 -4.3.2双极性SPW仿真............................... -19 -5.结束语................................................... -25 -6.参考文献 ................................................ - 26 -单相逆变器SPW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。