H桥逆变器SPWM ,MATLAB仿真

适用标准文案作业：桥式可逆 PWM 变换器的主电路由四个 IGBT 构成一个 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纳以下 2 种方式进行仿真，并进行比较剖析：Simulink 的 SimPowerSystemsOrCAD PSpice要求在文件组中画出详尽的原理图、给出元件的详尽模型和参数、仿真设置参数和仿真结果并进行剖析。

议论分类状况以下：（一）占空比为90％时对系统的剖析;（二）占空比为50％时对系统的剖析;（三）占空比为10％时对系统的剖析;在上边所分的三大类中，每一种又分为三小类。

进而对该系统的剖析尽量达到全面。

三小类为：①电动机所带负载为轻载时的状况；②电动机所带负载为适合负载时的状况；③电动机所带负载为重载时的状况；1、Simulink 的 SimPowerSystems（1）原理图以下列图所示（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· m。

（一）、占空比为90％时对系统的剖析;电动机所带负载为轻载时的状况；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合负载时的状况；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：电动机所带负载为重载时的状况；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：从以上波形图能够看出，当占空比为90％时，电机的输出电压在不一样负载的状况下不受影响。

而转速在不一样的负载下是变化的，轻载时转速略高于额定转速；适合负载时为额定转速；重载时低于额定转速。

电机启动时会产生较大的电枢电流，当转速趋于安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％时对系统的剖析;电动机所带负载为轻载时的状况；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合负载时的状况；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：电动机所带负载为重载时的状况；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：从以上波形图能够看出，当占空比为 50％时，电机的输出电压在不一样负载的状况下不受影响。

基于H桥级联型五电平逆变器的Matlab仿真分析【摘要】多电平逆变器广泛应用于电机调速等领域，本文在分析级联型逆变器的基础上，深入分析了SPWM控制技术及逆变器的谐波问题。

通过Matlab/simulink软件对H桥级联型五电平逆变器进行建模仿真，得到了不同调制比情况下的电压及电流波形，并分析了不同调制比情况下的谐波问题。

【关键词】多电平逆变器；H桥级联；载波移相PWM；谐波Simulation and Analysis of H-bridge Cascaded 5-level Inverter Based on Matlab CHAI Ai-ping（Department of Electronic and Information Engineering，Wuwei Occupational College，Wuwei Gansu，733000）【Abstract】Multi-level inverter has been widely used in motor speed regulation，and other fields.This paper first briefly introduced in the cascaded inverter，in-depth analysis of SPWM control technology and its harmonic problem.Based on the Matlab/simulink simulation platform，H-bridge cascaded inverter will be simulated.Then get the voltage and the current waveform by different modulation ratio，and analyzes the harmonic problems by different modulation ratio.【Key words】Multi-level inverter；Vasvaded H-bridge；Varrier phase shifted SPWM；Harmonics0 引言多电平逆变器是以电力系统中直流输电、无功功率补偿、电力有源滤波器等应用发展的需要，高压大功率交流电动机变频调速系统大量应用的需求，以及20世纪70年代以来两次世界性的能源危机和当前严重的环境污染所引起的世界各国对节能技术与环保技术的广泛关注为背景的[1]。

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。

H桥逆变器S P W M M A T L A B仿真文档编制序号：[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08]MATLAB仿真技术大作业题目：H桥逆变器SPWM仿真单相逆变器（H桥）。

直流电压500V，使用直流电压源模块；逆变器用Universal Bridge模块，器件选IGBT。

负载用阻感串联负载，电阻1，电感15mH。

使用三角波作为载波，载波频率750Hz，调制度，基波频率50Hz。

仿真时间秒，使用ode23tb求解器。

本次仿真关注稳态时的情况。

分析谐波成分时，取秒之后的2个工频周期的波形进行分析，基波频率50Hz，最大频率3500Hz。

1、双极性SPWM仿真采用双极性SPWM，完成以下内容：(1)在同一副图中，画出载波与调制波的波形；(2)记录逆变器的输出电压（即负载两端的电压）波形，采用Powergui模块中FFT Analysis子模块进行谐波分析，（3）(a)分析基波电压是否与理论公式相符；基本相符，理论值为500*=400，实际值，相对误差%(b) 分析电压谐波成分，并给出结论；谐波集中在载波频率（750hz）及其整数倍附近(3)记录负载电流的波形，并进行谐波分析。

谐波分析负载电流谐波成分与电压基本一致。

2、单极性SPWM仿真采用单极性SPWM，重复上述仿真，即，完成以下内容：(1)在同一副图中，画出载波与调制波的波形；(2) 记录逆变器的输出电压（即负载两端的电压）波形，采用Powergui模块中FFT Analysis子模块进行谐波分析，谐波分析(a) 分析基波电压是否与理论公式相符；基本相符(b) 分析电压谐波成分，并给出结论；谐波分别很散，与理论不符(3)记录负载电流的波形，并进行谐波分析。

(4)对比分析单极性SPWM，双极性SPWM输出电压谐波成分的特点，在相同LC 滤波器参数时，其负载电流THD的情况。

单极性谐波应该少，实际仿真结果反而多3、级联H桥逆变器仿真两个H桥级联，每个桥的逆变器参数都与前面的相同。

SPWM变频调速系统的MATLAB仿真1.1系统仿真综述在采用电力半导体器件对电动机进行交流调速的分析研究中，计算机仿真技术已经显示出了它的巨大优越性。

MATLAB/SIMULINK环境是一种优秀的系统仿真软件，使用它可以大大提高系统仿真和CAD的效率和可靠性。

本设计的特点是用MATLAB对基于SPWM控制的交流异步电动机变频调速系统进行仿真分析。

系统仿真模型主要由整流器、滤波器、逆变器、电动机模型以及SPWM控制器几部分组成，对实际系统的分析与研究十分有帮助。

本文根据电力电子器件的开关原理、PWM调制方式的动作过程和自动控制理论，结合具体的电路拓扑结构并基于多信息融合思想，构建计算机仿真方案，在通过分析比较仿真波形、仪表的显示结果和存储示波器的记录，检验数学模型、电路拓扑结构、调节器方式和主要元器件参数是否正确，修改设计方案，逐步达到预期的目的。

本文用仿真调速系统控制一台三相异步电动机。

系统工作过程是：首先通过电网中获得三相对称交流电，然后经过三相不可控整流和SPWM控制方式下的逆变器为电动机提供电源。

电动机在三相逆变电源的控制下产生电磁转矩带动负载工作。

在本系统中，三相桥式逆变电路的基本工作方式采用的是导电方式，同一相(即同一半桥)上下两个臂交替导电，这样，在任意瞬间，将有3个桥臂同时导通。

在控制电路中，采用的是正弦波脉宽调制法(SPWM)，即三角形载波信号和三相对称的正弦波参考信号相比较，在交点处发出三相脉冲调制信号，去驱动逆变器主回路的各IGBT的基极，当改变参考信号的幅值时，相电位脉冲的脉宽随之改变，从而改变了主回路基波相电压的大小。

当改变参考信号的频率时，输出电压的频率随之改变。

如果同时改变参考电压的幅值和频率，就可以实现变频调速系统u/f＝常数的要求。

这种调制方式的特点是在半个周期内，脉冲间中心线等距，脉冲等幅、调宽，各脉冲面积之和与正弦波下的面积成正比。

在SPWM方式中，经常要用到调制系数M(M＝调制波幅值/载波幅值)。

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内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MATLAB 下的SPWM 三相桥式逆变电路理论补充：逆变器工作原理：整个实验在三相桥式逆变电路下进行，如下图1，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，达到逆变效果。

图1 实验主电路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）的比较得到的，分析1VT 管的通断情况：当正弦波r u 比三角载波c u 大的时候比较器输出1，1VT 导通，否则，比较器输出0，1VT 关断。

同理4VT 导通情况只要与1VT 反相即可。

图2 PWM 波生成原理简图仿真：1.主电路模块搭建：如图3，输入直流电压源大小V U d 250=，输入部分为三相对称电感、电阻性负载，作星形连接，电阻取值大小为Ω=2R ，电感取值mH L 01.0=。

图3 SPWM 三相桥式逆变仿真电路Universal Bridge 元器件说明图4 Universal Bridge 模块和通用桥展开图Universal Bridge 模块的中文名是通用桥模块，它有1个桥臂、2个桥臂和3个桥臂的选择。

它的三个桥臂的展开图如下图4所示，当六列PWM 信号输入通用桥的g 端口时，通用桥会自动分配每一列的信号给每一个管子，控制该管子的开闭。

其输入的顺序是，第一列信号输入到1VT ，第二列信号输入到4VT ，第三列信号输入到3VT ，第四列信号输入到6VT ，第五列信号输入到5VT ，第六列信号输入到2VT 。

2.SPWM 生成模块由图2可知，当调制信号的正弦波r u 大于三角载波c u 时，逆变器输出高电平，否则，输出低电平，可设计如图5触发电路，以A 相电路上下桥臂为例。

图5SPWM中A相的上下桥臂的输入信号图5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。