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三相SPWM逆变器的调制建模和仿真详解

2018年05月15日 09:40 次阅读

  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。

  三相SPWM逆变器的调制建模和仿真详解

  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。像这种脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形,也称SPWM波形。就是在PWM的基础上改变了调制脉冲方式,脉冲宽度时间占空比按正弦规律排列,这样的输出波形经过适当的滤波就可以得到正弦波输出。它广泛的应用于直流交流逆变器等。

  SPWM法是一种比较成熟的,目前使用较广泛的PWM法,SPWM法就是用脉冲宽度按正弦规律变化和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆变电路中开关器件的通断,使其输出的脉冲电压面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的面积相等,通过改变调制波的频率和幅值则可调节逆变电路输出的电压和幅值。

  要准确的生成SPWM波形,就要精确的计算出这两个点的时间。开关元件导通时间是脉冲宽度,关段时间是脉冲间隙。正弦波的频率和幅值不同时,这些时间也不同,但对计算机来说,时间定时器来实现。调制方法可以自己选择。

  SPWM逆变器具有以下特点:

  1、电路简单,主电路结构和方波逆变器一样,但只用一个半功率级就可以实现输出电压、频率、相位的调节;

  2、可以使用不可控整流桥,使系统对电网的功率因数与逆变器输出电压值无关;

  3、可以同时进行调频、调压,与支流环节的原件参数无关,系统的动态响应速度无关;

  4、可以获得非常小的谐波含量,理论上谐波分布在载波两侧。 SPWM是Sine Pulse Width ModulaTIon的英文缩写,即正弦脉宽调制,它最早来源于通信中的调制技术,其最基本原理是用一种参考波,即调制波,去和一个频率N倍于它的三角波比较,就可以得到一组幅值相等,而脉宽按照调制波相位、幅值和频率变化的矩形波,再用这个波形去控制开关管的开通于关断,就可以得到同样波形的高压脉冲。由于参考波通常是正弦波,所以这种技术通常被称为正弦脉宽调制技术,即SPWM技术。

  三、三相电压源SPWM逆变器的建模与仿真

  1、三相电压源SPWM逆变器的MATLAB/Simulink建模

  SPWM逆变器EDMATLAB/Simulink仿真模型如图2所示。

  三相SPWM逆变器的调制建模和仿真详解

  2、其他参数设置

  逆变器的仿真建模如图2所示,有效值测量模块RMS设置其参数Fundamental frequency(Hz)为50 Hz,电压设置为220 V,阻感性负载R=3,L=0.01三负载设置相同。

  四、仿真结果

  下面是输出交流频率为f=50 Hz,调制度为m=0.7时的曲线,逆变器电压和电流输出波形如图3和图4所示,A相阻感性负载的电流有效值如图5所示。

  三相SPWM逆变器的调制建模和仿真详解

  三相SPWM逆变器的调制建模和仿真详解

  三相SPWM逆变器的调制建模和仿真详解

  五、结论

  通过上述采用Matlab/Simulink对三相SPWM逆变器进行建模和仿真的过程证明了Matlab/Simulink有良好的用户界面和模型结构,尤其是Power System Broswer为电气系统仿真省去了复杂的过程。它提供了极为有用的电力电子器件模块,用户不需要自己编程且不需推导系统的动态数学模型,建模过程更接近实际电路设计过程,且使用简便,也对三相SPWM逆变器有了进一步的理解。

  在使用Matlab的Simulink进行仿真时,很多时候波形不能够快速正确的出现,这时就需要研究其深层次的原理,同时要注意Matlab的仿真的一些细节。通过适当的参数设置,选择能够满足的控制方式,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。

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利用传输线理论和FEM-VFM对微带线仿真结构与...

设计一个理想的HMSIW定向耦合器的新型结构并对...

基片集成波导(SIW) 是一种新型的高Q 值、低损耗集成导波结构,易于设计和加工,并 易集成在平板电...

发表于 2017-12-06 07:13 151次阅读
设计一个理想的HMSIW定向耦合器的新型结构并对...

基于EWB的测温电路设计原理分析以及其优势

本文将EWB软件应用于实际项目中,设计了一款测温电路,所设计的测温电路没有采用专用的温度传感器和高精...

发表于 2017-12-06 04:10 186次阅读
 基于EWB的测温电路设计原理分析以及其优势

差分放大电路的设计原理、仿真和测试方法以及要解决...

摘要: 简述一种典型的差分输入差分输出放大电路的设计、仿真和测试方法, 讨论其设计原理及需要解决的问...

发表于 2017-12-06 04:09 2062次阅读
差分放大电路的设计原理、仿真和测试方法以及要解决...

基于spice3f5的建模工具的器件建模机制实现...

器件模型的开发往往受制于软件开发商提供的建模手段,友好的建模流程会大大提高开发效率。该文介绍了轻量级...

发表于 2017-12-05 17:50 162次阅读
基于spice3f5的建模工具的器件建模机制实现...

基于SolidWorks Simulation软...

本文运用有限元分析软件,对密闭户外机柜及内部设备进行热分析。针对不同结构方式、机柜内部不同流体控制方...

发表于 2017-12-05 10:26 263次阅读
基于SolidWorks Simulation软...

升压斩波电路设计与仿真

为8V到35V。它的振荡频率可在100HZ到500KHZ的范围内调节。在芯片的CT端和放电端间串联一...

发表于 2017-11-27 11:51 608次阅读
升压斩波电路设计与仿真

Modelsim软件如何仿真,怎么能添加输入信号...

 Modelsim是Mentor公司开发的专业仿真软件,支持VHDL、VerilogHDL和混合仿真...

发表于 2017-11-24 11:54 1025次阅读
Modelsim软件如何仿真,怎么能添加输入信号...

modelsim仿真没有波形或看不到波形的原因及...

 关于modelsim仿真时出现 No objects found matching ‘/*’ 问题...

发表于 2017-11-24 10:57 6602次阅读
modelsim仿真没有波形或看不到波形的原因及...

HFSS电磁仿真之硬件配置

Ansoft HFSS是Ansoft公司推出的三维电磁仿真软件;是世界上第一个商业化的三维结构电磁场...

发表于 2017-11-23 17:47 649次阅读
HFSS电磁仿真之硬件配置

三大微波EDA仿真软件的介绍

微波系统的设计越来越复杂对电路的指标要求越来越高,电路的功能越来越多电路的尺寸要求越做越小而设计周期...

发表于 2017-11-23 16:40 1027次阅读
三大微波EDA仿真软件的介绍

信号完整性测试与仿真

信号完整性设计在产品开发中越来越受到重视,而信号完整性的测试手段种类繁多,有频域,也有时域的,还有一...

发表于 2017-11-22 10:06 185次阅读
信号完整性测试与仿真

XILINX SERDES SI仿真中抖动的设置

随着SERDES应用越来越多,速率也越来越高,SI的问题渐渐变得越来越重要,它对PCB设计,SERD...

发表于 2017-11-18 13:17 448次阅读
XILINX SERDES SI仿真中抖动的设置

第三方周期精确仿真器与LabVIEW FPGA的...

随着现场可编程门阵列(FPGA)应用变得越来越庞大和复杂,在进行一个费时的编译过程和使用高保真测试覆...

发表于 2017-11-18 08:59 205次阅读
第三方周期精确仿真器与LabVIEW FPGA的...

在Multisim环境中Xilinx逻辑器件进行...

Multisim 11.0.1软件进一步提升了可编程逻辑器件(PLD)原理图设计仿真与硬件实现一体化...

发表于 2017-11-18 06:27 177次阅读
在Multisim环境中Xilinx逻辑器件进行...

机器人系统常用仿真软件介绍和效果

主要介绍以下七种仿真平台(侧重移动机器人仿真而非机械臂等工业机器人仿真).USARSim-Unifi...

发表于 2017-11-17 11:13 1091次阅读
机器人系统常用仿真软件介绍和效果

基于模型的Zynq SoC软硬件协同设计工作流程...

基于模型的设计工作流程让工程师不必进入实验室,在桌面上就能完成设计权衡。 2011 年赛灵思 Zyn...

发表于 2017-11-17 09:43 140次阅读
基于模型的Zynq SoC软硬件协同设计工作流程...

在Zynq SDR快速原型开发平台上进行研发

本系列文章的前几部分介绍了Zynq SDR快速原型开发平台1,说明了利用MATLAB和Simulin...

发表于 2017-11-17 05:38 247次阅读
在Zynq SDR快速原型开发平台上进行研发

R2017a新特性祝你快速掌握Simulink仿...

MATLAB 2017a 已经正式发布,点击左侧蓝色文字可下载试用。作为 R2017a 版本的第一篇...

发表于 2017-11-15 18:32 349次阅读
R2017a新特性祝你快速掌握Simulink仿...

MEN文件无法创建,MicroBlaze MCS...

在我的 Vivado IP Integrator BD 设计中,有一个 MicroBlaze MCS...

发表于 2017-09-24 06:48 2440次阅读
MEN文件无法创建,MicroBlaze MCS...

电路设计完成后,如何验证自己的设计?

当电路设计完成后,需要动手去实现一下,测一下每个点的波形,是否和自己预设的一致,去验证自己的设计,这...

发表于 2017-08-30 14:37 2659次阅读
电路设计完成后,如何验证自己的设计?

怎样学好“信号完整性”?

所谓“万丈高楼平地起”,说的就是这个道理,想从事信号完整性工作就必须对整个信号完整性的理论基础有一个...

发表于 2017-08-29 15:47 11315次阅读
怎样学好“信号完整性”?

电力系统信息物理融合仿真平台解决方案

在数字化和智能化发展过程中,电力系统逐渐发展成为由信息系统和物理系统融合构成的信息物理系统(cybe...

发表于 2017-08-23 15:07 763次阅读
电力系统信息物理融合仿真平台解决方案

基于 PLC 的 中压 (MV) 到低压 (LV...

在美国、日本和部分欧洲国家,对于与自动化计量基础设施 (AMI) 相关的电力线通信 (PLC) 来说...

发表于 2017-04-26 15:56 409次阅读
基于 PLC 的 中压 (MV) 到低压 (LV...

如何成为硬件高手

摘要:驾驶着进取号电子飞船,从发射区进入充满黑洞的基区,一些同伴被黑洞束缚,一些掳去另一世界,你幸运...

发表于 2017-04-20 15:20 1088次阅读
如何成为硬件高手