双极性正弦脉宽调制(双极性SPWM)介绍及MATLAB仿真验证

前言

本文介绍单相全桥逆变电路双极性正弦脉冲宽度调制(双极性SPWM),并用MATLAB仿真验证。并且通过对比逆变器滤波前后效果,突出了SPWM谐波高频化、便于滤除的显著特点,希望本文对大家有帮助,文末有仿真模型代码,有需要自取。

目录

  • 前言
  • 一、双极性正弦脉宽调制(双极性SPWM)原理介绍
      • 1.1、基波输出电压vab与占空比D及调制比M关系
  • 二、仿真验证
    • 2.1、搭建模型
    • 2.2、结果
  • 总结

一、双极性正弦脉宽调制(双极性SPWM)原理介绍

单相全桥逆变器拓扑图及载波、调制波电压波形
双极性正弦脉宽调制(双极性SPWM)介绍及MATLAB仿真验证_第1张图片
载波vc和调制波vr交点就是开关管翻转的时刻,桥臂的开关频率和载波频率相等。

  • 当载波vc>调制波vr时,T2、T3管导通,T1、T4管关断,逆变器输出电压vab=-VD;
  • 当载波vc<调制波vr时,T1、T4管导通,T2、T3管关断,逆变器输出电压vab=VD;

逆变器输出的脉冲电压呈现正弦变化规律,加上滤波器滤波后可以得到正弦波。
任何一个周期内,逆变器输出电压vab既有负值也有正值,故称这种调制方式为双极性SPWM,由于输出电压只有两种可能,故,也称两电平脉冲宽度调制。
在matlab搭建一个简单的比较模型帮助大家更好理解
双极性正弦脉宽调制(双极性SPWM)介绍及MATLAB仿真验证_第2张图片
这调制波幅值设为0.95,载波幅值为1,当调制波大于载波时,比较器输出高电平,当调制波小于载波时,比较器输出低电平。
双极性正弦脉宽调制(双极性SPWM)介绍及MATLAB仿真验证_第3张图片
可以看到比较器输出呈现正弦变化规律,SPWM就是基于上述基本原理实现。
下面介绍几个重要概念

1.1、基波输出电压vab与占空比D及调制比M关系

双极性正弦脉宽调制(双极性SPWM)介绍及MATLAB仿真验证_第4张图片

双极性正弦脉宽调制(双极性SPWM)介绍及MATLAB仿真验证_第5张图片
双极性正弦脉宽调制(双极性SPWM)介绍及MATLAB仿真验证_第6张图片

此外,SPWM具有谐波高频化的优点,便于滤波滤除,且滤波效果好,这是SPWM的突出特点,验证环节将验证此部分。

二、仿真验证

直流电源DC=10V,载波比N=2000,M=0.95,则根据调制比公式,输出基波电压幅值理论值为9.5V,并观察增加滤波电感后的滤波效果
验证思路:

  1. 观察调制波与逆变器输出基波电压频率及基波电压幅值
  2. 通过matlab快速傅里叶变化分析工具对比滤波前后效果,验证SPWM谐波高频化便于设计滤波器滤除谐波优点。

2.1、搭建模型

电路1不加滤波电感,电路2加滤波电感(SPWM具有谐波高频化、便于滤波滤除的特点)
双极性正弦脉宽调制(双极性SPWM)介绍及MATLAB仿真验证_第7张图片

2.2、结果

不加滤波器,逆变器输出波形为矩形波,频率与载波一致,并随调整波呈现正弦变化规律(载波频率远大于调制波,调制波在一个载波周期可近似认为不变,当然从下图就观测不出逆变器输出正弦变化规律)
双极性正弦脉宽调制(双极性SPWM)介绍及MATLAB仿真验证_第8张图片
双极性正弦脉宽调制(双极性SPWM)介绍及MATLAB仿真验证_第9张图片
THD=109.07%
基波幅值为9.488V

加滤波器
双极性正弦脉宽调制(双极性SPWM)介绍及MATLAB仿真验证_第10张图片
经过滤波后,逆变器输出电压波形为正弦波,且变化频率与调制波相同
双极性正弦脉宽调制(双极性SPWM)介绍及MATLAB仿真验证_第11张图片
基波电压幅值为9.459V,这是由于电路的滤波电感所致。
总谐波次数THD=0.73%,经简单滤波后,THD大幅度下降,滤波效果良好。

总结

SPWM特点:

  1. 与PWM相比,输出波形的谐波大幅度往高次谐波推移,谐波频率的提高使得滤波变得容易,使用很小的滤波元件,也可以将幅值较大的高次谐波衰减。
  2. 在载波不变情况下,改变调制波幅值和频率就可以改变逆变器输出电压幅值和频率,从而实现对逆变器输出电压、频率以及相位的控制,且在M≤1时,基波输出电压与M成线性关系。

至此,希望对大家有帮助~
本文使用的MATLAB仿真模型,有需要自取
双极性SPWM_单相全桥逆变电路_MATLAB仿真

你可能感兴趣的:(matlab,嵌入式硬件)