【电力电子技术DC-AC】单相单极性SPWM逆变电路 Simulink仿真

一、拓扑结构

  单相PWM逆变电路的主电路与单相方波逆变电路完全相同，如下图所示。只是驱动信号不再是占空比为50%的方波，而是采用PWM控制。若采用标准正弦波为PWM调制波，则称为正弦脉冲宽度调制，常简称为SPWM。

二、单极性SPWM

1.调制波和载波定义

  单极性SPWM采用正弦波为调制波，三角波为载波，但是调制波每半个周期对调制波本身或者载波进行一次极性反转。参考下图：

  SPWM采用的调制波为频率为fs的正弦波：

2.载波比和调制深度

  载波信号频率fc与调制信号频率fs之比成为载波比，用p来表示 :

  正弦调制信号与三角载波信号的幅值之比可以定义为调制深度m：

3.PWM信号生成方法

  全桥电路两个桥臂之一组成方向臂，另一个组成斩波臂。这里以S1、S4作为方向臂，S2、S3作为斩波臂为例。

  当调制信号us>0，S1导通而S4关断，输出平均电压大于零。
  当调制信号us<0，S1关断而S4导通，输出平均电压小于零。
  当us>uc时，S3导通而S2关断。
  当us

4.SPWM基波电压分析

  工程上对SPWM逆变器常采用电压平均模型进行输出基波电压的计算。当载波频率远远高于输出电压的基频且调制深度m<=1时，可知基波电压u1的幅值U1m满足如下关系：

  这是SPWM的一个重要关系，它表明在m<=1,fc>>fs的条件下，SPWM逆变输出电压的基波幅值随调制深度m线性变化。因此通过控制调制信号，可方便地调节逆变器输出电压的频率和幅值。

三、三种工作模式

1.输出电压为正

  如S1、S3（或其反并联二极管）载流。

2.输出电压为负

  如S2、S4（或其反并联二极管）载流

3.输出电压为零

  如S1、D2载流。

四、Simulink仿真分析

1.问题提出

  完成单极性PWM方式下的单相全桥逆变电路的仿真。

2.分析问题

  需要构造一个SPWM发生器来控制全桥电路，这次实验采用子系统封装的形式。
  设定输出电阻R=1Ω，输出电感L为2mH，基波50Hz,载波比p为15，即载波频率为15*50=750Hz，调制深度m为0.5。

3.Simulink元件选取

①电源模块：powergui

②Data Type Conversion 用于数据格式转换

③Logical Operator逻辑运算单元

④Relational Operator关系运算单元

⑤Clock、Fcn

⑥Constant

⑦Product

⑧Repeating Sequence

⑨Series RLC Branch

⑩测量及显示单元

其中Multimerter设置如下：

⑪DC Voltage Source

⑫ Add

⑬Gain

⑭其余连接线

4.单相全桥电路子系统搭建

5.SPWM波形电路子系统搭建

封装参数如下：

其余内部参数参考文末的simulink文件。

6.主电路搭建

7.实际效果图

五、FFT分析

  对输出电压uo进行FFT分析，得到如下结果：
  柱形图形式

  列表形式

  和双极性相比，谐波分布有所改变，不在含有开关频率次即15次谐波，14和16次谐波为基波的72%左右。值得考虑的是，最低次谐波为12次，幅值为基波的10.11%，明显由于双极性的结果。

六、仿真文件获取

MATLAB2017版本Simulink：单相单极性SPWM逆变电路
可以自己搭建，或者直接用这个做好的。调节不同的参数观察输出，和书上的理论图对应学习分析。