(完整版)三相SPWM逆变器仿真

三相SPWM逆变器的调制建模和仿真详解随着电力电子技术的发展，SPWM正弦脉宽调制法正逐渐被人们熟悉，这项技术的特点是通用性强，原理简单。

具有开关频率固定，控制和调节性能好，能消除谐波，设计简单，是一种比较好的波形改善法。

它的出现为中小型逆变器的发展起了重要的推动作用。

由于大功率电力电子装置的结构复杂，若直接对装置进行实验，且代价高费时费力，故在研制过程中需要借助计算机仿真技术，对装置的运行机理与特性，控制方法的有效性进行试验，以预测并解决问题，缩短研制时间。

MATLAB软件具有强大的数值计算功能，方便直观的Simulink建模环境，使复杂电力电子装置的建模与仿真成为可能。

本文利用MATLAB／Simulink为SPWM逆变电路建立系统仿真模型，并对其输出特性进行仿真分析。

首先介绍的是三相电压型桥式逆变电路原理，其次阐述了SPWM逆变器的工作原理及特点，最后详细介绍了三相电压源SPWM逆变器的建模与仿真结构，具体的跟随小编一起了解一下。

一、三相电压型桥式逆变电路三相电压型桥式逆变电路如图1所示，电压型三相桥式逆变电路的基本工作方式也是180导电方式，即每个桥臂的导电角度为180，同一相上下2个桥臂交替导电，各相开始导电的角度依次相差120。

这样，在任一瞬间，将有3个桥臂同时导通。

可能是上面一个臂下面2个臂，也可能是上面两个臂下面一个臂同时导通。

因为每次换流都是在同一相上下两个桥臂之间进行的，因此也被称为纵向换流。

当urU》uc时，给上桥V1臂以导通信号，给下桥臂V4以关断信号，则U相相对于电源假想中点N的输出电压uUN=Ud／2。

当urU《uc时，给V4导通，给V1关断，则uUN=Ud／2。

V1和V4的驱动信号始终是互补的。

当给V1（V4）加导通信号时，可能是V1（V4）导通，也可能是二极管VD1（VD4）续流导通。

二、SPWM逆变器的工作原理及特点SPWM，他是根据面积等效原理，PWM波形和正弦波是等效的，对于正弦波的负半周，也可以用同样的方法得到PWM波形。

三相SPWM逆变器仿真、原理分析1、基本原理按照输出交流电压半周期内的脉冲数，脉宽调制（PWM）可分为单脉冲调制和多脉冲调制；按照输出电压脉冲宽度变化规律，PWM可分为等脉宽调制和正弦脉宽调制（SPWM）。

等脉宽调制产生的电压波形中谐波含量仍然很高，为了使输出电压波形中基波含量增大，应选用正弦波作为调制信号U R。

这是因为等腰三角形的载波U T上、下宽度线性变化，任何一条光滑曲线与三角波相交时，都会得到一组脉冲宽度正比于该函数值的矩形脉冲。

而且在三角载波U T不变条件下，改变正弦调制波U R的周期就可以改变输出脉冲宽度变化的周期；改变正弦调制波U R的幅值，就可改变输出脉冲的宽度，进而改变U D中基波U DI的大小。

这就是正弦脉宽调制（sine pulse widthmodulated,SPWM）。

2、正弦脉宽调制方法（此处仅介绍了采样法）SPWM是以获得正弦电压输出为目标的一种脉宽调制方式。

这里就以应用最普遍的三相电压源型逆变电路来讨论SPWM具体实现方法。

下图就是三相电压源型PWM逆变器主电路结构图：图一1上图为一三相电压源型PWM逆变器，VT1~VT6为高频自关断器件，VD1~VD6为与之反并联的快速恢复二极管，为负载感性无功电流提供通路。

两个直流滤波电容C串联接地，中点0可以认为与三相Y接负载中点0等电位。

逆变器输出A、B C三相PWM 电压波形取决于开关器件VT1~VT6上的驱动信号波行，即PWM的调制方式。

假设逆变电路采用双极性SPWM控制，三相公用一个三角形载波U T,三相正弦调制信号U RA、U RB、U RC互差120°,可用A相来说明功率开关器件的控制规律，正如下图中所示。

当U RA>U T时，在两电压的交点处，给A相上桥臂元件VT1导通信号、下桥臂元件VT4关断信号，则A相与电源中点0'间的电压U AO'E/2。

当U RA<U T时，在两电压的交点处给VT4导通信号、VT1关断信号，则U AO'-E/2。

目录一摘要 (2)二三项逆变器SPWM调制原理 (2)三SPWM逆变电路及其控制方法 (2)3.1SPWM包括单极性和双极性两种调制方法 (2)3.2调制法 (3)3.3特定谐波消去法 (4)四三相桥式逆变器SPWM调制的仿真型 (5)4.1SUBSYSTEM封装模块 (6)4.2SUBSYSTEM1封装模块 (7)五三相桥式逆变器SPWM调制的仿真波形 (7)六频谱分析 (14)6.1对相电压UN’、VN’、WN’输出电压进行谐波分析 (14)6.2对负载的线电压U UV、U VW、U WU的输出波形进行谐波分析 (16)6.3负载VN的相电压UN、VN、WN输出波形进行谐波分析 (17)七结语 (19)八参考文献 (19)三相逆变器双极性SPWM调制技术的仿真一摘要：在电力电子技术中，PWM（Pulse Width Modulation）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，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。

本论文以三相逆变器双极性SPWM调制技术的仿真为例，通过运用了Matlab/Simulink和Power System Block(PSB)电力系统模块集工具箱仿真环境，对电路进行建模、计算和仿真分析。

通过调节载波比N，用示波器观看输出波形的改变。

另外，采用subplot作出相电压、相电流、线电压、不同器件所承受的电压波形以及频谱图，并加以分析。

关键词：PWM 三相逆变器载波比N 示波器仿真波形二三相逆变器SPWM调制原理在采样控制理论中有一个重要的结论：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。

图1中各个形状的窄脉冲在作用到逆变器中电力电子器件时，其效果是相同的，是指环节的输出响应波形基本相同。

重要理论基础——面积等效原理a)矩形脉冲b)三角脉冲c)正弦半波脉冲d)单位脉冲函图1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲三SPWM逆变电路及其控制方法3.1 SPWM包括单极性和双极性两种调制方法（1）如果在正弦调制波的半个周期内，三角载波只在正或负的一种极性范围内变化，所得到的SPWM波也只处于一个极性的范围内，叫做单极性控制方式。

* * * 学 院本科毕业设计（论文）作者姓名 指导教师学科门类 所学专业 题 目代分类号学号 密级 提交论文日期成绩评定 Voltage-source SPWM Inverter电压型三相逆变器就是供给逆变器的交流电源是三相电电源， SPWM正弦脉宽调制法这项技术的特点是原理简单，通用性强，具有开关频率固定，控制和调节性能好，使输出电压只含有固定频率的高次谐波分量，并能够消除谐波，且设计简单等一系列的优点，SPWM 正弦脉宽调制法是一种比较好的波形改善的方法。

SPWM正弦脉宽调制法的出现为中型和小型逆变器的快速发展起到了一个重要的推动作用。

伴随着电力电子技术的高速发展，电压型三相SPWM逆变器已被广泛应用在各个领域之中，并且SPWM技术已经成为目前应用最为广泛的逆变用PWM技术。

通过电压型三相SPWM逆变器建模和仿真研究这项课题，能够加强自己对电压型三相SPWM逆变器控制原理和建模进行深入理解，并提高自己在三相电压逆变方面的计算机仿真能力，为今后自己从事交流电机控制与电源逆变相关工作打下良好的基础。

关键词：电压型；频率；SPWM；逆变器The AC power supply voltage three-phase inverter is supplied to the inverter is three-phase electric power supply, the technology of SPWM sine pulse width modulation method is simple in principle, strong versatility, with fixed switching frequency, control and regulation performance, so that the output voltage harmonic component contains only the fixed frequency, and can eliminate the harmonic, and has the advantages of simple design a series of, SPWM sine pulse width modulation method is a good waveform improvement. SPWM sine pulse width modulation method for the rapid development of medium and small inverter plays an important role in promoting. Along with the rapid development of power electronic technology, three-phase voltage-source SPWM inverter has been widely used in various fields, and the SPWM technology has become the most widely used PWM technology of inverter.Through research on Modeling and Simulation of three-phase voltage-source SPWM inverter this subject, it can make me have a strength to voltage three-phase SPWM inverter control principle and modeling a more depth understanding, and it can improve myself in the three-phase voltage inverter aspects of computer simulation ability, which can make me have a good foundation of engaged in AC motor control and power inverter related work.Key words: Voltage type; frequency SPWM; Inverter目录摘要 (I)Abstract (II)目录 (III)1 引言 (1)2 电压型三相SPWM逆变器的工作原理及控制方法 (1)2.1 三相电压型逆变器电路 (1)2.2 SPWM控制的基本原理 (4)2.3电压型三相SPWM逆变器的实现及控制 (6)3 电压型三相SPWM逆变器的建模与仿真 (8)3.1 Simulink软件的介绍 (8)3.2 电压型三相SPWM逆变器的建模和仿真 (9)4 总结 (16)参考文献 (17)谢辞 (18)1 引言近年来，随着大功率全控型电力电子器件的研究与开发成功和应用技术的不断成熟，电能变换技术得到了突破性的进展，在一些领域中，已经开始使用各种新型逆变器电源，其中，也包括电动机。

目录一摘要 (2)二三项逆变器SPWM调制原理 (2)三SPWM逆变电路及其控制方法 (2)3.1SPWM包括单极性和双极性两种调制方法 (2)3.2调制法 (3)3.3特定谐波消去法 (4)四三相桥式逆变器SPWM调制的仿真型 (5)4.1SUBSYSTEM封装模块 (6)4.2SUBSYSTEM1封装模块 (7)五三相桥式逆变器SPWM调制的仿真波形 (7)六频谱分析 (14)6.1对相电压UN’、VN’、WN’输出电压进行谐波分析 (14)6.2对负载的线电压U UV、U VW、U WU的输出波形进行谐波分析 (16)6.3负载VN的相电压UN、VN、WN输出波形进行谐波分析 (17)七结语 (19)八参考文献 (19)三相逆变器双极性SPWM调制技术的仿真一摘要：在电力电子技术中，PWM（Pulse Width Modulation）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，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。

本论文以三相逆变器双极性SPWM调制技术的仿真为例，通过运用了Matlab/Simulink和Power System Block(PSB)电力系统模块集工具箱仿真环境，对电路进行建模、计算和仿真分析。

通过调节载波比N，用示波器观看输出波形的改变。

另外，采用subplot作出相电压、相电流、线电压、不同器件所承受的电压波形以及频谱图，并加以分析。

关键词：PWM 三相逆变器载波比N 示波器仿真波形二三相逆变器SPWM调制原理在采样控制理论中有一个重要的结论：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。

图1中各个形状的窄脉冲在作用到逆变器中电力电子器件时，其效果是相同的，是指环节的输出响应波形基本相同。

重要理论基础——面积等效原理a)矩形脉冲b)三角脉冲c)正弦半波脉冲d)单位脉冲函图1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲三SPWM逆变电路及其控制方法3.1 SPWM包括单极性和双极性两种调制方法（1）如果在正弦调制波的半个周期内，三角载波只在正或负的一种极性范围内变化，所得到的SPWM波也只处于一个极性的范围内，叫做单极性控制方式。

三相SPWM逆变电路仿真摘要:利用MATLAB软件中的电力系统模块库,为三相电压型逆变器建立了仿真模型,对其输出特性进行了仿真分析,并利用快速傅里叶变换(FFT)分析工具对逆变器的输出电压进行了谐波分析。

仿真实例表明了此模型和仿真方法的正确性。

关键词:逆变电路；脉宽调制(PWM)；快速傅里叶变换(FFT) ；谐波；MATLAB0 引言随着大功率全控型电力电子器件(如GTO、IG2BT、MOSFET、IGCT 等)的开发成功和应用技术的不断成熟,近年来电能变换技术出现了突破性进展,各种新型逆变器已开始在各类直流电源、UPS、交流电机变频调速、高压直流输电系统等领域中得到应用,由于大功率电力电子装置的结构非常复杂,若直接对装置进行试验,代价高且费时费力,故在研制过程中需要借助计算机仿真技术,对装置的运行机理与特性、控制方法的有效性进行验证,以预测并解决问题,缩短研制时间。

MATLAB软件具有强大的数值计算功能,方便直观的Simulink建模环境,使复杂电力电子装置的建模与仿真成为可能。

本文利用MATLAB/Simulink为SPWM(脉宽调制)逆变电路建立系统仿真模型,并对其输出特性进行仿真分析。

1 SPWM电压型逆变电路的基本原理SPWM控制是通过对每周期内输出脉冲个数和每个脉冲宽度的控制来改善逆变器的输出电压、电流波形。

它是现代交流变频调速的一种重要的控制方式。

三相逆变器主回路原理图如下所示,图中V1-V6为6个开关元件,由SPWM调制器控制其开通与关断。

逆变器产生的SPWM 波形,施加给三相负载。

图1 三相逆变器主电路2 通过matlab/simulink建立仿真电路如下图所示：通过matlab/simulink建立仿真图形，主要参数为：直流电压为530V。

脉冲频率为1650Hz，调制比为1，电压频率为50Hz。

Discre te ,Ts = 5e -007 s.pow e rguig A B C+-Universal BridgeA B CThree-PhaseSeries RLC Load Scope3MultimeterPulse sDiscretePWM Generatort2e-005 sDiscrete On/Off Delayi +-C urrent Measurement530Viduania uab图2 用simulink 实现的仿真模型3 死区时间对三相输出电压和电流的影响为防止在垂直换流中桥上下壁器件产生共态导通，在互补式控制极脉冲下，必须插入死区。

电力电子技术虚拟实验实验指导书电子科技大学能源科学与工程学院编制2015年6月目录实验一电力二极管仿真实验 (2)实验二晶闸管仿真实验 (7)实验三可关断晶闸管仿真实验 (15)实验四 IGBT仿真实验 (23)实验五单相桥式全控整流电路仿真实验 (31)实验六三相桥式全控整流电路仿真实验 (39)实验七直流降压斩波电路仿真实验 (47)实验八直流升压斩波电路仿真实验 (53)实验九 Buck-Boost降压-升压斩波电路仿真实验 (59)实验十单相交流调压电路仿真实验 (65)实验十一相控式三相交流调压电路仿真实验 (86)实验十二单相交-直-交变频电路仿真实验 (93)实验十三电压型单相SPWM半桥逆变器电路仿真实验 (100)实验十四电压型三相SPWM逆变器电路仿真实验 (105)实验十五通用变频器电路仿真实验 (111)实验十六基于超导的直流输电系统仿真实验 (122)实验一电力二极管仿真实验实验目的掌握电力二极管仿真模型模块各参数的含义。

理解电力二极管的单向导电特性。

实验设备：MA TLAB/Simulink/PSB实验原理电力二极管测试电路如图1-1所示。

u2为电源电压，ud为负载电压，id为负载电流，uVT为电力二极管阳极与阴极间电压。

图1-1 电力二极管测试电路实验内容启动Matlab，建立如图1-2所示的电力二极管测试电路结构模型图。

系统中使用的模块包括：●构成主电路的模块：AC V oltage Source(交流电压源)，Diode(电力二极管模块)，Series RLC Branch(串联RLC分支），Ground(接地模块)。

●测量与输出模块：Current Measurement(电流测量模块），V oltage Measurement(电压测量模块），Demux(信号分离器)以及Scope(示波器模块)。

图1-2 电力二极管仿真测试模型双击各模块，在出现的对话框内设置相应的模型参数，如图1-3、1-4、1-5所示。

三相电压型SPWM逆变器仿真分析及应用三相电压型SPWM逆变器是一种常见的电力电子装置，用于将直流电能转换为交流电能。

它广泛应用于可再生能源发电系统、电动汽车充电系统、UPS电源等领域。

本文将对三相电压型SPWM逆变器进行仿真分析，并讨论其在实际应用中的一些关键技术。

首先，我们来介绍一下三相电压型SPWM逆变器的工作原理。

该逆变器由六个开关管组成，三个开关管连接到每个电压型逆变器的输入端，三个开关管连接到中性点。

逆变器的输入是直流电压，输出是三相交流电压。

逆变器的工作原理是通过不同开关管的开关状态，控制直流电压经过逆变器的辅助电路，从而产生所需的交流电压。

在SPWM控制策略下，通过对开关管的PWM波形进行调制，可以实现对输出电压的调节。

接下来，我们进行三相电压型SPWM逆变器的仿真分析。

首先，我们需要建立逆变器的数学模型，并设计控制策略。

然后，利用数值计算软件进行仿真模拟，得到逆变器的输出波形和性能参数。

最后，对仿真结果进行分析和验证。

在仿真过程中，我们可以通过调节PWM波形的频率、幅值和相位等参数，观察输出电压的变化情况。

同时，可以对逆变器的效率、谐波含量、响应时间等性能指标进行评估和改进。

通过仿真分析，可以帮助我们更好地理解逆变器的工作原理和特性，并为实际应用中的设计和优化提供参考。

除了仿真分析，三相电压型SPWM逆变器还有一些关键技术需要注意。

首先是开关管的选择和驱动电路的设计，要保证开关管具有足够的电流和电压承受能力，并且能够快速开关。

其次是PWM控制策略的设计，包括调制波形的产生方法和控制方法的选择，以实现输出电压的精确控制。

此外，还需要考虑逆变器的过电流保护、温度保护、短路保护等安全措施。

综上所述，三相电压型SPWM逆变器是一种常见的电力电子装置，在可再生能源发电系统、电动汽车充电系统、UPS电源等领域有广泛应用。

通过仿真分析和关键技术的研究，可以提高逆变器的性能和可靠性，推动其在实际应用中的进一步发展。

毕业论文论文题目：三相电压型SPWM逆变器仿真分析及应用学生姓名：学号：123456789所在院系：电气信息工程学院专业名称：自动化届次：2013届指导教师：目录前言 (2)1SPWM控制技术产生背景 (2)2 SPWM控制技术 (4)2.1PWM控制技术的概述 (4)2.2面积等效原理 (5)2.3SPWM（正弦脉冲宽度调制）控制技术 (5)2.4SPWM的调制 (6)2.5PWM的控制方法及其比较 (7)3三相桥式逆变器中的开关器件 (9)3.1IGBT的动态特性分析 (9)3.2IGBT的特性和参数特点 (11)4 三相PWM逆变器的工作原理和结构电路 (12)4.1逆变器的工作原理 (12)4.2三相桥式PWM逆变器电路 (13)5 三相PWM逆变器的仿真 (12)5.1三相电压型SPWM逆变器的S IMULINK仿真设计 (14)5.2三相电压型SPWM逆变器的各模块电路 (15)6 SIMULINK仿真结果 (15)6.1脉冲发生器模块的三角波频率为600H Z，正弦波频率为50H Z (15)6.2脉冲发生器模块的三角波频率为1080H Z，正弦波频率为50H Z (17)6.3脉冲发生器模块的三角波频率为1560H Z，正弦波频率为50H Z (18)7结论 (22)参考文献 (23)三相电压型SPWM逆变器仿真分析及其应用学生：***（指导教师：***）（淮南师范学院电气信息工程学院）摘要：SPWM技术就是在PWM的基础上发展起来的，并且在日常的生产和生活中被广泛应用。

近年来，随着大功率全控型电力电子器件的开发成功和不断成熟，已经开始应用各种新型逆变器电源。

本文即是讨论不同频率的载波对三相电压型SPWM逆变器输出的电压波形的影响，并探究抑制输出波形中的高次谐波，改善波形的方法。

本论文包含三相电压型SPWM逆变器的工作原理，利用Matlab软件中的Simulink仿真系统建立三相电压型SPWM逆变器仿真模型，并对其进行仿真分析。

目录1概述 (1)1.1 逆变电路简介 (1)1.2 PWM简介 (1)2 三相电压源逆变器工作原理 (3)3 Matlab仿真建模与分析 (5)3.1三相SPWM波的产生 (5)3.2 SPWM逆变器仿真 (6)3.3 滤波器粗略分析 (10)三相电压源型SPWM逆变器的设计1概述1.1 逆变电路简介与整流相对应，把直流电变成交流电称为逆变。

当交流侧接在电网上，即交流侧接有电源时，称为有源逆变；当交流侧直接和负载连接时，称为无源逆变。

又逆变电路根据直流侧电源性质不同可分为两种：直流侧是电压源的称为电压型逆变电路；直流侧是电流源的称为电流型逆变电路；它们也分别被称为电压源型逆变电路和电流源型逆变电路。

其中，电压源型逆变电路有以下主要特点：直流侧为电压源，或并联有大电容，相当于电压源，直流侧电压基本无脉动，直流回路呈现低阻抗；由于直流电压源的钳位作用，交流侧输出电压波形为矩形波，并且与负载阻抗角无关。

而交流侧输出电流波形和相位因负载阻抗情况的不同而不同；当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量的作用，为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂都并联了反馈二极管。

1.2 PWM简介PWM（Pulse Width Modulation）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，来等效地获得所需要的波形。

PWM控制技术的重要理论基础是面积等效原理，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。

下面分析如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波。

把正弦半波分成N等分，就可以把正弦半波看成由N个彼此相连的脉冲序列所组成的波形。

如果把这些脉冲序列用相同数量的等幅不等宽的矩形脉冲代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点重合，且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积（冲量）相等，就可得到图1-1所示的脉冲序列，这就是PWM波形。

三相双极性SPWM逆变电路的建模及应用仿真由题目中的“应用仿真〞，自己产生如下思路：参照实际并网逆变单元的电路框图，基于Matlab/Simulink搭建以并网为目的的三相双极性SPWM逆变电路模型。

所参照实物为宝丰公司SGI-50KT并网逆变器，如图1所示；对应电路框图如图2所示。

图1所参照实物图片图2实物对应电路框图注：〔1〕搭建模型中，以理想电流源代替电路框图中逆变桥左侧局部；〔2〕因模型中无控制回路，故没有考虑电磁兼容问题，因此用LCL滤波器代替电路框图中的EMC滤波器；〔3〕搭建模型中未添加电抗器。

2.根本理论逆变器工作原理：整个实验在三相桥式逆变电路下进展，如图3，电感电阻性负载，A 、B 、C 相的上下桥臂轮流导通。

当1VT 导通，4VT 截止时，a 点电位位Ud/2；当4VT 导通，1VT 截止时，a 点电位位-Ud/2。

同理可得b 、c 点的电位。

通过控制六个管子的导通时间，到达逆变效果。

图 3逆变器原理图PWM 是六个VT 管子的触发信号，此信号是通过调制信号〔即正弦波〕和载波〔三角波〕的比拟得到的，分析1VT 管的通断情况：当正弦波r u 比三角载波c u 大的时候比拟器输出1，1VT 导通，否那么，比拟器输出0，1VT 关断。

同理4VT 导通情况只要与1VT 反相即可。

SPWM 原理如图4所示：图4 SPWM 原理图3.仿真模型〔1〕主电路模型如图5：图5主电路模型其中，由左至右依次为三相逆变器模块、隔离变压器模块、LCL滤波器模块、三相测量及负载模块。

〔2〕SPWM发生器单元图 6 SPWM控制信号封装图对应原理在“2.根本原理〞中已经有表达，发生器效果图如图7所示，其中等腰三角形载波频率为6000Hz，载波比为120。

图 7 SPWM 效果图〔1〕IGBT 参数如图8所示：图 8 IGBT 参数〔2〕隔离变压器参数如图9所示：图 9隔离变压器参数〔3〕LCL 滤波器参数：图10 滤波器电感参数图11 滤波器电容参数图12滤波器附带电阻参数〔4〕负载参数图13负载参数负载参数参照电网实际功率因数确定：有功功率10000W，感性无功4000Var，可计算出负载功率因数约为0.928，与电网实际功率因数接近。

电力电子建模仿真报告
一、仿真要求
设计一个三相SPWM逆变器，使得输出相电压100Hz，有效值220V，负载RL类型（R=50Ω，L=10mH）直流母线电压540V，观察输出电流波形，对电流电压进行谐波分析。

二、仿真模型
图1 SPWM三相逆变电路仿真模型
三、仿真分析
设置参数，即将调制波频率设为100Hz，载波频率设为基波的30倍（载波比N=30），即3000Hz，m=0.9，负载RL类型（R=50Ω，L=10mH），直流母线电压540V，在powergui 中设置为离散仿真模式，采样时间设为1e-006s，运行仿真模型。

双击powergui，选择FFT 分析。

图2 SPWM三相逆变电路输出A相电流a I的波形
图3 SPWM三相逆变电路输出A相电流a I的FFT分析
U的波形图4 SPWM三相逆变电路输出A相电流a
U的FFT分析
图5 SPWM三相逆变电路输出A相电流a
由上面分析可知，电流谐波分布中最高的为28次谐波，最高频率为3000Hz时的THD=12.63%，输出电流近似为正弦波。

电压谐波分布中最高的为28次谐波，最高频率为3000Hz时的THD=79.22%。

四、仿真总结
通过适当的参数设置（如载波比N、调制度m等），运用SPWM控制技术，可以有效减小输出电压和输出电流的谐波分量，改善输出波形，可以很好的实现逆变电路的运行要求。

课程设计任务书学生姓名：徐志平专业班级：电气0902 指导教师：胡红明工作单位：武汉理工大学题目: SPWM三相逆变器仿真初始条件：根据三相SPWM逆变器系统原理图设计对应的simulink仿真模型。

要求完成的主要任务:（1）用simulink设计系统仿真模型；能够正常运行得到仿真结果（2）比较理论分析结果与仿真结果异同，总结规律。

时间安排：2012年6月18日至2012年6月27日，历时一周半，具体进度安排见下表指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日摘要由于电力电子学和微电子技术的发展，使变频调速技术近年来获得了飞速的发展，各种变频调速控制方式、PWM脉宽调制技术以及MCU微处理器和以大规模集成电路为基础的全数字化控制技术等均在变频调速中获得了成功应用。

在电力电子技术中，PWM（Pulse Width Modulation）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，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。

SPWM正弦脉宽调制法这项技术的特点是原理简单，通用性强，具有开关频率固定，控制和调节性能好，能消除谐波使输出电压只含有固定频率的高次谐波分量，设计简单等一系列优点，是一种比较好的波形改善法。

它的出现为中小型逆变器的发展起了重要的推动作用。

SPWM技术成为目前应用最为广泛的逆变用PWM 技术。

而这次课程设计的主要目的就是对SPWM三相逆变器的仿真，通过运用了Matlab/Simulink和Power System Block(PSB)电力系统模块集工具箱仿真环境，对电路进行建模、计算和仿真分析。

关键词：SPWM 三相逆变器仿真波形目录1．SPWM控制原理分析 (1)1.1 SPWM的基本原理 (1)1.2 SPWM逆变电路及其控制方法 (2)2.门极驱动IGBT简介及分析 (3)2.1 IGBT简介 (3)2.2 IGBT的动态特性分析 (4)2.3 IGBT的特性和参数特点 (5)3. 三相PWM逆变器的工作原理和结构电路 (5)3.1 三相桥式PWM逆变电路 (5)3.2 逆变器的工作原理 (6)3.3逆变电路的波形和电压分析 (6)4. 三相SPWM逆变器的仿真 (8)4.1 三相SPWM逆变电路主电路 (8)4.2 主电路模块 (9)5. 仿真图形及其分析 (10)5.1 当频率f改变，负载有功功率不变的时候。

三相电压源SPWM逆变器仿真模型实验原理1、实验原理图图12.实验原理： PWM （Pulse Width Modulation）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，来等效地获得所需要的波形。

PWM控制技术最重要的理论基础的面积等效原理。

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。

SPWM控制技术是PWM控制技术的主要应用，即输出脉冲的宽度按正弦规律变化而合正弦波等效。

原理图如图1所示。

Matlab软件具有强大的数值计算功能,本文利用Matlab软件中Simulink和Power System为一个三相电压源SPWM逆变器建立系统仿真模型,并对其输出特性进行仿真分析。

它的主要功能是将直流电压变换成交流电压,采用SPWM控制策略,实时地调节逆变输出电压的幅值,以满足实际的要求。

系统的主回路选用IGBT作为开关器件,为了减少输出电压的谐波,逆变电源输出接有串联谐振滤波电路。

逆变电源最重要的特性就是输出电压大小可控和输出电压波形质量好。

所以在各种应用中,对逆变电源的输出有严格要求,除要求频率可变、电压可调外,还要求电压基波含量尽可能多,谐波含量尽可能少。

一般开关电路只能输出正、负矩形波电压,其中含有大量的谐波,为了获得正弦波输出,可以采用每半个周期中多个脉冲的SPWM 控制,既能调节输出电压的大小,又能消除一些低阶次谐波。

3.仿真结果截图（a）(b) 输出交流f=50HZ 调制度m=0时的仿真曲线（a）逆变器输出电压波形(b)逆变器输出电流波形（a）(b) 输出交流f=50HZ 调制度m=0.3时的仿真曲线（a）逆变器输出电压波形(b)逆变器输出电流波形（a）(b)输出交流f=50HZ 调制度m=0.6时的仿真曲线（a）逆变器输出电压波形(b)逆变器输出电流波形（a）(b)输出交流f=50HZ 调制度m=0.9时的仿真曲线（a）逆变器输出电压波形(b)逆变器输出电流波形。

Matlab/Simulink是在电力电子系统级仿真中使用较为广泛的一种仿真软件，利用仿真软件对于三相SPWM逆变器进行仿真，可以对逆变器的参数设置以及其输出特性进行研究。

【关键词】SPWM 三相逆变器 Mmatlab/Simulink 建模与仿真1 电力电子技术的发展变流技术和电力电子器件制造技术是电力电子技术两块主要的分支，其中电力电子器件的制造技术更是电力电子技术发展的基础，从最早的半控型器件晶闸管（SCR），到具有划时代意义的全控型器件绝缘栅双极晶体管（IGBT）再到最新型的MOS控制晶闸管（MCT）、静电感应晶体管（SIT）、集成门极换流晶闸管（IGCT），无不对电力电子电路性能的飞跃性提升，新应用领域的开拓起着决定性的作用，可以毫不夸张的说电力电子技术的发展史是以电力电子器件的发展史为纲的。

2 逆变器概述PWM的全称是Pulse Width Modulation（脉冲宽度调制），脉冲一般指的是方波脉冲，通过调节其占空比，就可以改变等效输出电压的大小。

现在电机调速广泛应用这一技术。

PWM控制的基本原理基于采样控制定理中的惯性定律：惯性环节在一系列的窄脉冲的作用下，其在一段时间内的动态行为与等效波形基本相同。

PWM调制的这种性质应用在逆变电路上时，通过数字信号处理芯片DSP对全控器件（IGBT等电力电子器件）的关断进行控制，可以在电路中施加一系列的窄脉冲，这样的窄脉冲经傅里叶分解以后主要的能量集中在电路所需要的特定低频电压电流中（50Hz），而产生的高频电压电流很容易便可以被滤波电路滤除。

3 三相电压型桥式逆变电路3.1 电路拓扑分析三相电路的三相U、V、W行为是对称的，相互之间互差120个电角度。

这里以U相为例，通过双极性调制方式来控制电路的开闭状态。

通过外电路提供给调制电路一个三角波载波uc，通过对载波电压urU和调制信号幅值的比较，来决定全控器件的开通和关闭行为。

在U相上下的两个桥臂是互补导通的，当uc>urU，上桥臂V1导通，下桥臂V1关断，反之亦然。

三相SPWM逆变器仿真、原理分析1、基本原理按照输出交流电压半周期内的脉冲数，脉宽调制（PWM）可分为单脉冲调制和多脉冲调制；按照输出电压脉冲宽度变化规律，PWM可分为等脉宽调制和正弦脉宽调制（SPWM）。

等脉宽调制产生的电压波形中谐波含量仍然很高，为了使输出电压波形中基波含量增大，应选用正弦波作为调制信号U R。

这是因为等腰三角形的载波U T上、下宽度线性变化，任何一条光滑曲线与三角波相交时，都会得到一组脉冲宽度正比于该函数值的矩形脉冲。

而且在三角载波U T不变条件下，改变正弦调制波U R的周期就可以改变输出脉冲宽度变化的周期；改变正弦调制波U R的幅值，就可改变输出脉冲的宽度，进而改变U D中基波U DI的大小。

这就是正弦脉宽调制（sine pulse widthmodulated,SPWM）。

2、正弦脉宽调制方法（此处仅介绍了采样法）SPWM是以获得正弦电压输出为目标的一种脉宽调制方式。

这里就以应用最普遍的三相电压源型逆变电路来讨论SPWM具体实现方法。

下图就是三相电压源型PWM逆变器主电路结构图：图一1上图为一三相电压源型PWM逆变器，VT1~VT6为高频自关断器件，VD1~VD6为与之反并联的快速恢复二极管，为负载感性无功电流提供通路。

两个直流滤波电容C串联接地，中点0可以认为与三相Y接负载中点0等电位。

逆变器输出A、B C三相PWM 电压波形取决于开关器件VT1~VT6上的驱动信号波行，即PWM的调制方式。

假设逆变电路采用双极性SPWM控制，三相公用一个三角形载波U T,三相正弦调制信号U RA、U RB、U RC互差120°,可用A相来说明功率开关器件的控制规律，正如下图中所示。

当U RA>U T时，在两电压的交点处，给A相上桥臂元件VT1导通信号、下桥臂元件VT4关断信号，则A相与电源中点0'间的电压U AO'E/2。

当U RA<U T时，在两电压的交点处给VT4导通信号、VT1关断信号，则U AO'-E/2。

三相SPWM逆变器的调制建模和仿真详解随着电力电子技术的发展，SPWM正弦脉宽调制法正逐渐被人们熟悉，这项技术的特点是通用性强，原理简单。

具有开关频率固定，控制和调节性能好，能消除谐波，设计简单，是一种比较好的波形改善法。

它的出现为中小型逆变器的发展起了重要的推动作用。

由于大功率电力电子装置的结构复杂，若直接对装置进行实验，且代价高费时费力，故在研制过程中需要借助计算机仿真技术，对装置的运行机理与特性，控制方法的有效性进行试验，以预测并解决问题，缩短研制时间。

MATLAB软件具有强大的数值计算功能，方便直观的Simulink建模环境，使复杂电力电子装置的建模与仿真成为可能。

本文利用MATLAB／Simulink为SPWM逆变电路建立系统仿真模型，并对其输出特性进行仿真分析。

首先介绍的是三相电压型桥式逆变电路原理，其次阐述了SPWM逆变器的工作原理及特点，最后详细介绍了三相电压源SPWM逆变器的建模与仿真结构，具体的跟随小编一起了解一下。

一、三相电压型桥式逆变电路三相电压型桥式逆变电路如图1所示，电压型三相桥式逆变电路的基本工作方式也是180导电方式，即每个桥臂的导电角度为180，同一相上下2个桥臂交替导电，各相开始导电的角度依次相差120。

这样，在任一瞬间，将有3个桥臂同时导通。

可能是上面一个臂下面2个臂，也可能是上面两个臂下面一个臂同时导通。

因为每次换流都是在同一相上下两个桥臂之间进行的，因此也被称为纵向换流。

当urU》uc时，给上桥V1臂以导通信号，给下桥臂V4以关断信号，则U相相对于电源假想中点N的输出电压uUN=Ud／2。

当urU《uc时，给V4导通，给V1关断，则uUN=Ud／2。

V1和V4的驱动信号始终是互补的。

当给V1（V4）加导通信号时，可能是V1（V4）导通，也可能是二极管VD1（VD4）续流导通。

二、SPWM逆变器的工作原理及特点SPWM，他是根据面积等效原理，PWM波形和正弦波是等效的，对于正弦波的负半周，也可以用同样的方法得到PWM波形。

电压型三相SPWM逆变器电路仿真实验实验目的掌握电压型三相SPWM逆变器电路仿真模型的建立及模块参数和仿真参数的设置。

理解电压型三相SPWM逆变器电路的工作原理及仿真波形。

实验设备：MA TLAB/Simulink/PSB实验原理电压型三相SPWM逆变器电路如图7-1所示。

图7-1 电压型三相SPWM逆变器电路实验内容启动Matlab，建立如图7-2所示的电压型三相SPWM逆变器电路结构模型图。

图7-2 电压型三相SPWM逆变器电路模型双击各模块，在出现的对话框内设置相应的模型参数，如图7-3、7-4、7-5、7-6、7-7、7-8所示。

图7-3 直流电压源模块参数图7-4 通用桥模块参数图7-5 PWM发生器模块参数图7-6 负载Ra模块参数图7-7 负载Rb模块参数图7-8 负载Rc模块参数系统仿真参数设置如图7-9所示。

图7-9 系统仿真参数运行仿真模型系统即可得到输出端三相交流电流、输出端交流电压uab、输出端交流电压ubc、输出端交流电压uca的仿真波形，如图7-10所示。

图7-10 电压型三相SPWM逆变器电路仿真波形（输出频率为50Hz）在PWM发生器模块中，将逆变桥输出电压频率设置为200Hz，此时的仿真波形如图7-11所示。

图7-11 电压型三相SPWM逆变器电路仿真波形（输出频率为200Hz）改变PWM发生器模块的输出电压频率参数，即可得到不同工作情况下的仿真波形。

例如将逆变桥输出电压频率设置为25Hz，此时的仿真波形如图7-12所示。

图7-12 电压型三相SPWM逆变器电路仿真波形（输出频率为25Hz）又例如将逆变桥输出电压频率设置为10Hz，此时的仿真波形如图7-13所示。

图7-13 电压型三相SPWM 逆变器电路仿真波形（输出频率为10Hz ）实验总结1、 总结电压型三相SPWM 逆变器的工作原理。

如上图。

电路采用双极性控制方式。

,,a b c 三相的PWM 控制通常公用一个三角波载波c u ，三相的调制信号a r u 、b r u 、c r u 依次相差120°。