PWM技术在单相全桥逆变电路中的应用_MATLAB仿真结果(副本)

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。

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／SIMULINK的桥式直流PWM变换电路实验仿真分析本文以MATLAB软件的SIMULINK仿真软件包为平台，对桥式直流PWM 变换电路进行仿真分析文章对每个电路首先进行原理分析，进而建立相应的仿真模型，经过详细计算确定并设置仿真参数进行仿真，对于每次仿真结果均采用可视化波形图的方式直接输出。

在对仿真结果分析的基础上，不断优化仿真参数，使其最大化再现实际物理过程，并根据各个电路的性能进行参数改变从而观察结果的异同。

标签：SIMULINK；PWM；电路仿真1 桥式直流PWM变换电路简介桥式直流PWM变流器仿真实验是对全控型器件的应用。

实验电路中，前端为不可控整流、后端为开关型逆变器，此结构形式应用最为广泛。

逆变器的控制采用PWM方式。

对这个实验有所掌握的话，对后续课程设计直流调速系统也会有很大启发。

因为直流PWM-M调速系统近年来发展很快，直流PWM-M调速系统采用全控型电力电子器件，调制频率高，与晶闸管直流调速系统相比动态响应速度快，电动机转矩平稳脉动小，有很大优越性，因此在小功率调速系统和伺服系统中的应用越来越广泛。

2 桥式直流PWM变换电路的工作原理本实验系统的主电路采用双极性PWM控制方式，其中主电路由四个MOSFET（VT1～VT4）构成H桥。

Ub1～Ub4分别由PWM调制电路产生后经过驱动电路放大，再送到MOSFET相应的栅极，用以控制MOSFET的通断。

在双极性的控制方式中，VT1和VT4的栅极由一路信号驱动，VT2和VT3的栅极由另一路信号驱动，它们成对导通。

控制开关器件的通断时间可以调节输出电压的大小，若VT1和VT4的导通时间大于VT2和VT3的导通时问，输出电压的平均值为正，VT2和VT3的导通时间大于VT1和VT4的导通时间，则输出电压的平均值为负，所以可以用于直流电动机的可逆运行。

3 计算机仿真实验（1）桥式直流PWM变换电路仿真模型的建立。

根据所要仿真的电路，在SIMULINK窗口的仿真平台上构建仿真模型。

基于PWM技术的逆变器设计及Matlab仿真作者：刁俊涛来源：《科学与财富》2017年第35期摘要：PWM控制技术是逆变电路中应用最广泛的技术，逆变电路则是PWM控制技术最为重要的应用场合。

课题研究基于PWM技术逆变器的原理，用Matlab软件建立基于PWM技术逆变器的电路结构模型，设置好相关参数，并用Matlab里的Simulink模块进行仿真，并对仿真结果的图形进行分析，利用MATLAB的可视化仿真工具Simulink建立该电路模型进行分析，简单、直观，适合电力电子技术的教学及其研究工作。

关键词：PWM；逆变器；Simulink；仿真一、课题来源及设计思路PWM控制技术是逆变电路中应用最广泛的技术，逆变电路则是PWM控制技术最为重要的应用场合。

课题研究基于PWM技术逆变器的原理，用Matlab软件建立基于PWM技术逆变器的电路结构模型，设置好相关参数，并用Matlab里的Simulink模块进行仿真，并对仿真结果的图形进行分析，利用MATLAB的可视化仿真工具Simulink建立该电路模型进行分析，简单、直观，适合电力电子技术的教学及其研究工作。

二、自建注意问题如果要观察模块的内部结构，右键模块，然后选择Look Under Mask即可。

编辑模块封装选择Edit Maks。

把要封装的东西全部用鼠标框起来，选择Edit中的Creat Subsystem就可以将选中的东西封装起来了。

左键单击模块，用Edit中的Mask Subsystem即可进行模块的封装。

同样用Edit 下的Look Under Mask即可观察模块的内部结构。

三、自建模块图形由图1可知，当调制信号的正弦波Ur大于三角载波Uc时，逆变器输出高电平，否则，输出低电平，可设计如图2触发电路，以A相电路上下桥臂为例。

图中用了两个逻辑比较器Relational Operator来比较两列输入波形的大小，Relational Operator的工作原理是，符合图中逻辑关系时，输出1；反之，输出0。

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。

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 就是幅值为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与电流。

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fπ2后通过一个sin模块即tωsin,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 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。

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。

单相全桥逆变电路在matlab中的建模与仿真1. 单相全桥逆变电路简介单相全桥逆变电路是把一路直流电源转变为一定正弦波电压的电路，是模拟领域中重要的一种电路，大量应用于电机控制、调速调频、开关电源等控制用途以及通信以及电力电子有效数据传输方面。

它的组成主要包括4个基本部件，即正反控制电路、滞回滤波器、全桥换流器和整流桥，其工作模式:(1)正反控制电路用来制作连续的正弦波控制信号；(2)滞回滤波器滤除电路噪声，改善输出电压的波形；(3)4极全桥开关器件调理正反控制信号；(4)反激电路利用抗势分压把换流电流变换为宽幅的正弦波电压效能；(5)整流模块以连续采样，将高频正弦电压变为恒定幅值的直流电压。

2. 单相全桥逆变电路建模(1)由单相全桥逆变电路组成模型来建模，可以根据不同的元器件的特性来构建出不同的电路结构模型。

(2)建模时，应注意模型有足够的变量与参数做参考，包括可以被测量或者可以从表格中查找到的电路参数以及可外接控制参数。

(3)通常，正反控制电路ker和滞回滤波器使用电容，尤其对于低频应用电容值是重要的参数；反激电路一般考虑抗势分压，涉及到变压器的变比、电感及电阻，尤其对于开关频率和抗势是关键参数；整流模块一般考虑由半波整流的方式，可以在matlab中定义半波整流的模型，涉及到整流的电阻等参数。

3. 单相全桥逆变电路在matlab中的仿真(1)matlab具有完整的电路建模和仿真功能，可以快速绘制简单的电路图，采用不同种类的分析方法，甚至支持多媒体设计电路模型；(2)仿真中需要搭建好被仿真的单相全桥换流器模型，按照参数设置好电路条件，如开关频率、负载等参数，并建立人为定义的分析变量；(3)对单相全桥换流器模型进行仿真，可根据所构建的模型的特点，观察其控制信号的输入输出波形分析；也可以改变给定的仿真参数，观察仿真模型的变化趋势，并分析其产生的效果及可行性，快速发现问题并调节。

4. 结论单相全桥逆变电路在matlab中的建模与仿真是一个很好的应用场景，能够快速通过仿真模型来进行检验和分析，在提高效率的同时能够节省大量的人力成本。

单相全桥型逆变电路原理电压型全桥逆变电路可看成由两个半桥电路组合而成，共4个桥臂，桥臂1和4为一对，桥臂2和3为另一对，成对桥臂同时导通，两对交替各导通180°电压型全桥逆变电路输出电压uo 的波形和半桥 电路的波形uo 形状相同，也是矩型波，但幅值 高出一倍，Um=Ud输出电流io 波形和半桥电路的io 形状相同，幅值增加一倍 VD1 、V1、VD2、V2相继导通的区间，分别对应VD1和VD4、V1和V4、VD2和VD3、V2和V3相继导通的区间+-VD 3VD 4单相半桥电压型逆变电路工作波形全桥逆变电路是单相逆变电路中应用最多的， 对电压波形进行定量分析将幅值为Uo 的矩形波 uo 展开成傅里叶级数，得其中基波幅值Uo1m 和基波有效值Uo1分别为ddo1m 27.14U U U ==πdd1o 9.022U U U ==πO OONu o U - U m ioVD 1 VD2VD1VD 2⎪⎭⎫⎝⎛+++= t t t U u ωωωπ5sin 513sin 31sin 4d o上述公式对半桥逆变电路也适用，将式中的ud 换成Ud /2uo 为正负电压各为180°的脉冲时，要改变输出电压有效值只能通过改变输出直流电压Ud 来实现实际就是调节输出电压脉冲的宽度•各IGBT 栅极信号为180°正偏，180°反偏，且V 1和V 2栅极信号互补，V 3和V 4栅极信号互补•V 3的基极信号不是比V 1落后180°，而是只落后θ ( 0<θ <180°)•V 3、V 4的栅极信号分别比V 2、V 1VD 3VD 4采用移相方式调节逆变电路的输出电压u u u u i o u o t 2时刻V 1和V 2栅极信号反向， V 1截止， V 2不能立即导通，VD 2导通续流，和VD 3构成电流通道，输出电压为-U d到负载电流过零开始反向， VD 2和VD 3截止， V 2和V 3开始导通， u o 仍为- U dt 1时刻前V 1和V 4导通，输出电压u o 为u dt 1时刻V 3和V 4栅极信号反向，V 4截止，因i o 不能突变，V 3不能立即导通，VD 3导通续流，因V 1和VD 3同时导通，所以输出电压为零各IGBT 栅极信号uG1~uG4及输出电压uo 、输出电流io 的波形u u u u i o u o t 3时刻V 3和V 4栅极信号再次反向， V 3截止， V 4不能立刻导通， VD 4导通续流， u o 再次为零目录单相桥式全控整流电路仿真建模分析 ..................................................................................... 6 （一）单相桥式全控整流电路(纯电阻负载) . (7)1.电路的结构与工作原理 .................................................................................................... 7 2.建模 ........................................................................................................................................ 8 3仿真结果与分析 ................................................................................................................. 4 4小结 ........................................................................................................................................ 6 （二）单相桥式全控整流电路(阻-感性负载) .. (7)1.电路的结构与工作原理 .................................................................................................... 7 2.建模 ........................................................................................................................................ 8 3仿真结果与分析 ............................................................................................................... 10 4.小结 .. (19)u u u u i o u o（三）单相桥式全控整流电路(反电动势负载) (13)1.电路的结构与工作原理 (20)2.建模 (14)3仿真结果与分析 (16)4小结 (18)单相桥式全控整流电路仿真建模分析一、实验目的1、不同负载时，单相全控桥整流电路的结构、工作原理、波形分析。

MATLAB在单相桥式PWM逆变电路教学中的应用作者：谢积锦刘桂英周建阳李红星来源：《教育教学论坛》2015年第09期摘要：根据电力电子技术课程特点和教学现状，将Matlab软件引进电力电子技术课堂进行仿真教学，以单相桥式PWM逆变电路为例，搭建了逆变器仿真模型，详细介绍了PWM控制信号仿真原理和特性、开关管工作情况以及负载电压电流仿真波形分析，结果表明，应用Matlab仿真软件，能使分析过程直观化、理论结果可视化，对丰富电力电子技术教学手段、提高教学质量起到有效的促进作用。

关键词：逆变电路；PWM控制；MATLAB；仿真分析中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）09-0269-02一、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。

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./。

图1.1 半桥式逆变电路
图1.2 全桥逆变电路
图2.1 升压斩波电路
图2.2 全桥式逆变电路
图2.3 移相调压波形
2.3 PWM控制技术及SPWM波的生成
已经通过方案论证最终选择了数模结合的SPWM控制方式，并介绍了该控制系统的基本组成，现在我将主要从PWM控制技术及SPWM波的生成这两个方面来
图2.5形状不同而冲量相同的各种窄脉冲及响应波形
脉冲幅值相等而脉冲宽度按正弦规律变化而正弦波等效的PWM波称为SPWM(sinusoidal PWM)波形。

图2.6 用PWM波来代替正弦半波
规则采样法
的控制就是根据三角载波与正弦调制波的交点来确定逆变器功率开关器件的通断时刻。

规则采样法由经过采样的正弦波与三角波相交，并由交点得出脉冲宽度。

该方法只在三角波的顶点或者底点位置对正弦波采样而形成阶梯波，其原理如图2.7所示。

图2.7 规则采样法生成SPWM 波的原理图
假设三角波的幅值为1，正弦函数为=M ，M 为调制度且0<M<1，r u t sin ω由图中ΔABC ∽ ΔEDA 得，AB/BC=ED/DA ，代入后可得：
图2.8 单相桥式PWM逆变电路
PWM控制方式
所示，调制信号为正弦波，载波在的正半周为正极性的三
u c u r u
r
图2.9 单极性PWM控制方式波形
（二）双极性PWM控制方式
如图2.10所示，在调制信号和载波信号的交点的时刻控制各个开关器
u c u
r
件的通断。

图2.10 双极性PWM控制方式波形
图3.16 R=10，L=2e-1，C=2e-2时的波形。

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。

单相全桥逆变器m a t l a b仿真(总5页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--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。

电路如图所示。

图 单相全桥逆变逆变器电路图双极性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fπ2后通过一个sin模块即tωsin，乘以调整深度m可获得所需的正弦调整信号。

基于MATLAB的单相PWM逆变电路的仿真研究作者：朱南张理兵叶卫川徐俊佩来源：《电子世界》2012年第07期【摘要】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1.引言在电力电子技术中，把直流电变为交流电称为逆变。

逆变电路应用非常广泛，如在直流电源向交流负载供电时需要逆变电路；交流电动机调速用变频器、不间断电源、感应加热电源等电力电子装置的核心部分也是逆变电路。

这里主要讨论单极性PWM（脉冲宽度调制）控制方式的单相桥式逆变电路，并应用Matlab的可视化仿真工具Simulink，对该电路进行建模，并对不同调制深度、载波频率情况下对输出电压、负载上电流进行了仿真分析，既加深了PWM 逆变电路的理论，同时也为现代电力电子实验教学奠定良好的实验基础。

本文中仿真软件采用MATALAB R2007a版本（MATLAB 7.4、Simu-link 6.6、SimPowerSystems 4.4版本）。

2.电路构成及工作特点采用IGBT作为开关器件的单相桥式PWM逆变电路如图1所示。

设负载为阻感负载，工作时V1和V2通断互补，V3和V4通断也互补，调制信号ur为正弦波。

PWM控制方式采用单极性控制方式，在ur的半个周期内载波uc只在正极性或负极性一种极性范围内变化，所得的PWM波也只在单个极性范围变化。

单极性PWM控制方式时的波形具体如图2所示。

在调制信号ur和载波信号uc的交点时刻控制各开关器件的通断。