multisim仿真教程正弦波脉宽调制SPWM逆变电路
11.8正弦波脉宽调制(SPWM)逆变电路
图11.8.8 通过比较器产生的波形
11.8.3 SPWM逆变电路 SPWM逆变电路如图11.8.9（a）（b）所 示。图中函数发生器XFG1产生1kHz的三角波信 号作为载波信号uc，函数发生器XFG1产生50Hz 的正弦波信号作为调制信号ur ，XFG1和XFG2 对话框设置如图11.8.6所示。
11.8正弦脉宽调制（ SPWM）逆变电路 11.8正弦脉宽调制（ SPWM） 正弦脉宽调制
11.8.1正弦脉宽调制（SPWM） 11.8.1正弦脉宽调制（SPWM）逆变电路工作原理 正弦脉宽调制 1. SPWM控制的基本原理 图11.8.1（a）示出正弦彼的正半周波形， 并将其划分为N等份，这样就可把正弦半波看成 由N个彼此相连的脉冲所组成的波形。这些脉冲 的宽度相等，都等于π／ N，但幅值不等，且 脉冲顶部是曲线，各脉冲的幅值按正弦规律变 化。
如果将每一等份的正弦曲线与横轴所包围的面 积用一个与此面积相等的等高矩形脉冲代替， 就得到图11.8.1（b）所示的脉冲序列。这样， 由N个等幅而不等宽的矩形脉冲所组成的波形 与正弦波的正半周等效，正弦波的负半周也可 用相同的方法来等效。
SPWM（Sine Pulse Width Modulation正弦波 脉宽调制）的控制思想，就是利用逆变器的 开关元件，由控制线路按一定的规律控制开 关元件的通断，从而在逆变器的输出端获得 一组等幅、等距而不等宽的脉冲序列。其脉 宽基本上按正弦分布，以此脉冲列来等效正 弦电压波。
控制VT4或VT3通断的方法如图11.8.3所示。载 波uc在调制信号波ur的正半周为正极性的三角 波，在负半周为负极性的三角波。调制信号ur 为正弦波。在ur和uc的交点时刻控制晶体管VT4 或VT3的通断。在ur的正半周，VT1保持导通， 当ur＞ uc时使VT4导通，负载电压uo＝ UD，
multisim仿真教程正弦波脉宽调制SPWM逆变电路业界精制
技术教育
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如果将每一等份的正弦曲线与横轴所包围的面 积用一个与此面积相等的等高矩形脉冲代替， 就得到图11.8.1（b）所示的脉冲序列。这样， 由N个等幅而不等宽的矩形脉冲所组成的波形 与正弦波的正半周等效，正弦波的负半周也可 用相同的方法来等效。
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SPWM（Sine Pulse Width Modulation正弦波 脉宽调制）的控制思想，就是利用逆变器的 开关元件，由控制线路按一定的规律控制开 关元件的通断，从而在逆变器的输出端获得 一组等幅、等距而不等宽的脉冲序列。其脉 宽基本上按正弦分布，以此脉冲列来等效正 弦电压波。
方向变化，所得到输出电压的PWM波形也只在 一个方向变化的控制方式称为单极性PWM控制 方式。
3. 双极性PWM控制方式
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图11.8.2的单相桥式逆变电路采用双极性PWM 控制方式的波形如图11.8.4所示。在双极性方
式中ur的半个周期内，三角波载波是在正、负
两个方向变化的，所得到的PWM波形也是在两
11.8.1正弦脉宽调制（SPWM）逆变电路工作原理
1. SPWM控制的基本原理 图11.8.1（a）示出正弦彼的正半周波形，
并将其划分为N等份，这样就可把正弦半波看成 由N个彼此相连的脉冲所组成的波形。这些脉冲 的宽度相等，都等于π／ N，但幅值不等，且 脉冲顶部是曲线，各脉冲的幅值按正弦规律变 化。
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如负载电流较大，那么直到使VT4再一次导通之 前，VD3一直持续导通。如负载电流较快地衰减 到零，在VT4再一次导通之前，负载电压也一直
为零。这样，负载上的输出电压uo就可得到零
和UD交替的两种电平。
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单相正弦波脉宽调制(SPWM)逆变
实验九 单相正弦波脉宽调制（SPWM ）逆变一．实验目的1．熟悉单相交直交变频电路原理及电路组成2．熟悉ICL8038的功能。
3．掌握SPWM 波产生的基理。
4．分析交直交变频电路在不同负载时的工作情况和波形，并研究工作频率对电路工作波形的影响。
二．实验所需挂件及附件 序号型号 备注 1DJK01电源控制屏 该控制屏包含“三相电源输出”等模块 2DJK09单相调压与可调负载 该挂件包含“单相自耦调压器”等模块 3DJK14 单相交直交变频原理 4双踪示波器 5 万用表三．实验线路及原理采用SPWM 正弦波脉宽调制，通过改变调制频率，实现交直交变频的目的。
实验电路由三部分组成：即主电路，驱动电路和控制电路。
1．主电路部分如图3-20所示，交直流变换部分(AC/DC)为不可控整流电路（由实验挂箱DJK09提供）； 逆变部分(DC/AC)由四只IGBT 管组成单相桥式逆变电路，采用双极性调制方式。
输出经LC 低通滤波器，滤除高次谐波，得到频率可调的正弦波（基波）交流输出。
本实验设计的负载为电阻性或电阻电感性负载，在满足一定条件下，可接电阻启动式单相鼠笼式异步电动机。
1．驱动电路如图3-21（以其中一路为例）所示，采用IGBT 管专用驱动芯片M57962L ，其输入端接控制电路产生的SPWM 信号，其输出可用以直接驱动IGBT 管。
其特点如下： ①采用快速型的光耦实现电气隔离。
②具有过流保护功能，通讨检测IGBT 管的饱和压降来判断IGBT 是否过流，过流时AC/DC （整流） DC/AC （逆变）图3-20 主电路结构原理图IGBT 管CE 结之间的饱和压降升到某一定值，使8脚输出低电平，在光耦TLP521的输出端OC1呈现高电平，经过流保护电路(见图3-22)，使4013的输出Q 端呈现低电平，送控制电路，起到了封锁保护作用。
3．控制电路控制电路如图3-23所示，它是由两片集成函数信号发生器ICL8038为核心组成，其中一片8038产生正弦调制波U r ，另一片用以产生三角载波U c ，将此两路信号经比较电路LM311异步调制后，产生一系列等幅，不等宽的矩形波U m ，即SPWM 波。
基于Simulink的三相SPWM逆变器的建模与仿真
基于Matlab/Simulink 的三相SPWM 逆变器的建模与仿真姓 名：** （班级：**）【摘要】随着电力电子技术，计算机技术，自动控制技术的迅速发展，PWM 技术得到了迅速发展，SPWM 正弦脉宽调制法这项技术的特点是原理简单，通用性强，具有开关频率固定，控制和调节性能好，能消除谐波使输出电压只含有固定频率的高次谐波分量，设计简单等一系列有点，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。
SPWM 技术成为目前应用最为广泛的逆变用PWM 技术。
因此，研究SPWM 逆变器的基本工作原理和作用特性意义十分重大。
本文主要通过对三相SPWM 逆变器的Matlab/Simulink 建模与仿真，研究逆变电路的输入输出及其特性，以及一些参数的选择设置方法。
Simulink 是MATLAB 中的一种可视化仿真工具，是一种基于MATLAB 的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。
关键词：SPWM 三相逆变器 Mmatlab/Simulink 建模与仿真 1．三相电压型桥式逆变电路该电路采用双极性控制方式，U 、V 和W 三相的PWM 控制通常公用一个三角载波c u ，三相的调制信号rU u 、rV u 和rW u 一次相差120°。
U 、V 和W 各相功率开关器件的控制规律相同，现以U 相为例来说明。
当rU u >c u 时，给上桥臂1V 以导通信号，给下桥臂4V 以关断信号，则U 相相对于直流电源假想中点'N 的输出电压2/'d UN U u =。
当rU u <c u 时，给4V 以导通信号，给1V 以关断信号，则2/-'d UN U u =。
1V 和4V 的驱动信号始终是互补的。
当给1V （4V ）加导通信号时，可能是1V （4V ）导通，也可能是二极管1D V （4D V ）续流导通，这要由阻感负载中电流的方向来决定。
第二节正弦波脉宽调制SPWM控制法
第二节正弦波脉宽调制SPWM控制法1(2(1 正弦波脉宽调制SPWM逆变器结构典型的交流-直流,交流逆变器的结构如图2-1-3所示。
图2-1-3: 变压变频器主电路结构图图2-1-3中，单相交流或三相交流供电经非控全波整流，变成单极性直流电压;该直流电压经有源或无源功率因素校正电路PFC(Power Factor Correct)得到直流母线电压 Udc，某些情况下功率因素校正电路可以省略。
逆变器的核心电路是由六个功率开关器件Q1-Q6构成的三相逆变桥，每个桥有上下两个桥臂;上桥臂上端接直流母线电压正端(DC+)，下桥臂下端接直流母线参考端(DC-);对于交流异步电机的驱动，为防止直通，上、下桥臂通常设置为互补工作方式:上桥臂导通时，下桥臂截止;下桥臂导通时，上桥臂截止。
三桥臂中间输出接至负载:三相感应电机的UVW输入端。
功率开关器件Q1-Q6可以是晶闸管GTO，双极性功率晶体管BJT，金属氧化膜功率场效应管MOSFET，绝缘栅型双极性功率晶体管IGBT。
IGBT具有开关速度快、承载电流大、耐压高、管耗小等特点，在电源逆变器中得到最为广泛的应用。
对于感性负载(电机)，为了保护IGBT，常需加续流二极管D1-D6，用以在开关管关断时形成电流回路。
IGBT通常已与续流二极管封装在一起。
电容C用于能量缓冲，可保持直流母线电压Udc相对稳定。
为了在电机的UVW端线上输入三相平衡的交流电，通常做法是依一定规则用PWM信号PWM1L-PWM3H去控制逆变器的六个开关管的开关状态。
所谓的正弦波SPWM(Sinusoidally PWM)技术，就是用正弦波去调制PWM信号的脉宽，即:功率管的输出为一系列等幅不等宽的矩形脉冲波形，其宽度依正弦波规律变化;对交流输出波形的幅度对称性及相位要求不是非常苛刻的应用来说，PWM 信号的频率通常保持不变。
这种控制策略也叫异步控制法，即载波信号的频率独立于调制波频率。
见图2-1-4。
脉冲宽度调制(PWM)和正弦波脉宽调制(SPWM)变频技术简介
变频技术之PWM调制技术与SPWM调制技术详解变频技术通过改变电力信号的频率来调节电动机、压缩机和其他电气设备的运行速度。
在实际应用中，变频器是变频技术的核心装置，而脉冲宽度调制（PWM）技术和正弦波脉宽调制（SPWM）技术是实现变频器控制的重要手段。
什么是PWM调制技术PWM调制技术通过控制脉冲信号的宽度，实现对输出电压的调节。
在变频技术中，PWM被广泛应用于变频器中，以控制电动机的速度和转矩输出。
通过改变脉冲信号的占空比（脉冲宽度与周期之比），可以实现对电动机的精确控制。
当需要增大输出电压时，增加脉冲信号的宽度；当需要减小输出电压时，减小脉冲信号的宽度。
这种方式使得电动机可以在不同负载条件下保持稳定的转速和扭矩输出。
同时，PWM调制技术还具有响应快、控制精度高、效率高等优点，被广泛应用于各种电力控制系统中。
PWM调制波形如图1所示：图1PWM调制波形PWM技术具有以下优点：高效性：由于PWM技术可以通过调整脉冲宽度来控制电机的输出电压和频率，因此可以实现电机在不同负载条件下的高效运行。
通过减小电机额定电压，PWM技术可以降低电机的功耗，提高整体效率。
精确控制：PWM技术具有响应速度快、控制精度高的特点。
通过微调脉冲宽度和周期，可以实现对电机转速和扭矩的精确调节，满足不同应用的需求。
减少机械冲击：PWM技术可以实现电机的软启动和软停止，减少了机械系统的冲击和磨损，延长了设备的使用寿命。
尽管PWM技术具有许多优点，但也存在一些局限性：谐波问题：PWM技术在产生脉冲信号时会引入谐波成分，可能对电力网络和其他设备造成干扰。
为了减少谐波，需要采取滤波和抑制措施，增加了系统的复杂性和成本。
开关损耗：PWM技术使用高频开关装置，开关的频繁操作会产生开关损耗。
这些损耗会转化为热能，需要适当的散热系统来冷却电路。
EMI干扰：由于高频开关操作，PWM技术可能会产生电磁干扰（EMI），对周围的电子设备和无线通信系统造成干扰。
单相正弦波脉宽调制(SPWM)逆变
实验九 单相正弦波脉宽调制（SPWM ）逆变一．实验目的1．熟悉单相交直交变频电路原理及电路组成2．熟悉ICL8038的功能。
3．掌握SPWM 波产生的基理。
4．分析交直交变频电路在不同负载时的工作情况和波形，并研究工作频率对电路工作波形的影响。
二．实验所需挂件及附件 序号型号 备注 1DJK01电源控制屏 该控制屏包含“三相电源输出”等模块 2DJK09单相调压与可调负载 该挂件包含“单相自耦调压器”等模块 3DJK14 单相交直交变频原理 4双踪示波器 5 万用表三．实验线路及原理采用SPWM 正弦波脉宽调制，通过改变调制频率，实现交直交变频的目的。
实验电路由三部分组成：即主电路，驱动电路和控制电路。
1．主电路部分如图3-20所示，交直流变换部分(AC/DC)为不可控整流电路（由实验挂箱DJK09提供）； 逆变部分(DC/AC)由四只IGBT 管组成单相桥式逆变电路，采用双极性调制方式。
输出经LC 低通滤波器，滤除高次谐波，得到频率可调的正弦波（基波）交流输出。
本实验设计的负载为电阻性或电阻电感性负载，在满足一定条件下，可接电阻启动式单相鼠笼式异步电动机。
1．驱动电路如图3-21（以其中一路为例）所示，采用IGBT 管专用驱动芯片M57962L ，其输入端接控制电路产生的SPWM 信号，其输出可用以直接驱动IGBT 管。
其特点如下： ①采用快速型的光耦实现电气隔离。
②具有过流保护功能，通讨检测IGBT 管的饱和压降来判断IGBT 是否过流，过流时AC/DC （整流） DC/AC （逆变）图3-20 主电路结构原理图IGBT 管CE 结之间的饱和压降升到某一定值，使8脚输出低电平，在光耦TLP521的输出端OC1呈现高电平，经过流保护电路(见图3-22)，使4013的输出Q 端呈现低电平，送控制电路，起到了封锁保护作用。
3．控制电路控制电路如图3-23所示，它是由两片集成函数信号发生器ICL8038为核心组成，其中一片8038产生正弦调制波U r ，另一片用以产生三角载波U c ，将此两路信号经比较电路LM311异步调制后，产生一系列等幅，不等宽的矩形波U m ，即SPWM 波。
最新multisim仿真教程 正弦波脉宽调制(SPWM)逆变电路
路
11.8.1正弦脉宽调制（SPWM）逆变电路工作原理
1. SPWM控制的基本原理 图11.8.1（a）示出正弦彼的正半周波形，
并将其划分为N等份，这样就可把正弦半波看成 由N个彼此相连的脉冲所组成的波形。这些脉冲 的宽度相等，都等于π／ N，但幅值不等，且 脉冲顶部是曲线，各脉冲的幅值按正弦规律变 化。
生器XFG1产生1kHz的三角波信号作为载波信号
uc，函数发生器XFG1产生50Hz的正弦波信号作
为调制信号ur 。XFG1和XFG2对话框设置如图
11.8.6所示，产生的波形如图11.8.7所示。通
过比较器产生的波形如图1.8.8所示。
图11.8.5 SPWM产生电路
（a）
（b）
图11.8.6 XFG1和XFG2对话框设置
为零。这样，负载上的输出电压uo就可得到零
和UD交替的两种电平。
同样，在负半周期，让晶体管VT2保持导 通。当VT3导通时，负载被加上负电压一 UD；当VT3关断时, VD4续流，负载电压为
零，负载电压uo可得到一UD和零两种电平。
这样，在一个周期内，逆变器输出的PWM 波形就由±UD和0三种电平组成。
当 ur＜uc时使VT4关断，uo＝0；在ur的负半周， VT1关断，VT2保持导通，当ur＜uc时使VT3导
通，uo＝一UD，当ur＞uc时使VT3关断，uo＝0。 这样，就得到了PWM波形uo。图中虚线uof表示 uo中的基波分量。
像这种在ur的半个周期内三角波载波只在一个
方向变化，所得到输出电压的PWM波形也只在 一个方向变化的控制方式称为单极性PWM控制 方式。
3. 双极性PWM控制方式
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同样，在负半周期，让晶体管VT2保持导通。当VT3导通时，负载被加上负电压一UD；当VT3关断 时, VD4续流，负载电压为零，负载电压uo可得到一UD和零两种电平。这样，在一个周期内，逆 变器输出的PWM波形就由±UD和0三种电平组成。
图11.8.2 电压型单相桥式逆变电路
图11.8.3单极性PWM控制方式
multisim仿真教程正弦波脉宽调制SPWM逆变电路
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如果将每一等份的正弦曲线与横轴所包围的面积用一个与此面积相等的等高矩形脉冲代替， 就得到图11.8.1（b）所示的脉冲序列。这样，由N个等幅而不等宽的矩形脉冲所组成的波形 与正弦波的正半周等效，正弦波的负半周也可用相同的方法来等效。
SPWM（Sine Pulse Width Modulation正弦波脉宽调制）的控制思想，就是利用逆变器的 开关元件，由控制线路按一定的规律控制开关元件的通断，从而在逆变器的输出端获得一 组等幅、等距而不等宽的脉冲序列。其脉宽基本上按正弦分布，以此脉冲列来等效正弦电 压波。
（b）
图11.8.7 XFG1和XFG2 产生的波形
图11.8.8 通过比较器产生的波形
11.8.3 SPWM逆变电路
SPWM逆变电路如图11.8.9（a）（b）所示。图中函数发生器XFG1产生1kHz的三角波信号
作为载波信号uc，函数发生器XFG1产生50Hz的正弦波信号作为调制信号ur ，XFG1和XFG2对话
器XFG1产生1kHz的三角波信号作为载波信号uc，函数发生器XFG1产生50Hz的正弦波信号作为
调制信号ur 。XFG1和XFG2对话框设置如图11.8.6所示，产生的波形如图11.8.7示。
图11.8.5 SPWM产生电路
（a） 图11.8.6 XFG1和XFG2对话框设置
控制VT4或VT3通断的方法如图11.8.3所示。载波uc在调制信号波ur的正半周为正极性的三角波， 在负半周为负极性的三角波。调制信号ur为正弦波。在ur和uc的交点时刻控制晶体管VT4或VT3 的通断。在ur的正半周，VT1保持导通，当ur＞ uc时使VT4导通，负载电压uo＝ UD，
当 ur＜uc时使VT4关断，uo＝0；在ur的负半周，VT1关断，VT2保持导通，当ur＜uc时使VT3 导通，uo＝一UD，当ur＞uc时使VT3关断，uo＝0。这样，就得到了PWM波形uo。图中虚线uof表 示uo中的基波分量。
在ur的正负半周，对各开关器件的控制规律相同。当ur＞uc时，给晶体管VT1和VT4以导通信 号，给VT2、 VT3以关断信号，输出电压uo=UD。当ur＜uc时，给VT2 、VT3以导通信号，给VT1 和VT4以关断信号，输出电压Uo＝－UD。可以看出，同一半桥上下两个桥臂晶体管的驱动信号 极性相反，处于互补工作方式。
不论VD2和VD3导通，还是VT2和VT3开通，负载电压都是一UD。从VT2和VT3开通向VT1和VT4开通 切换时，VD1和VD4的续流情况和上述情况类似。
图11.8.4 双极性PWM控制方式的波形
11.8.2 SPWM产生电路
SPWM产生电路如图11.8.5所示，图中采用LM339AJ比较器作为SPWM调制电路，函数发生
中开关器件的通断，就可以得到宽度正比于信号波幅值的脉冲。这正好符合SPWM控制的要
求。
2. 单极性PWM控制方式
一个电压型单相桥式逆变电路如图11.8.2所示，采用电力晶体管作为开关器件。设负载
为电感性，对各晶体管的控制按下面的规律进行：在正半周期，让晶体管VT1一直保持导通，
而让晶体管VT4交替通断。
图11.8.1 SPWM控制的基本原理
SPWM正弦波脉宽调制的特点是输出脉冲列是不等宽的，宽度按正弦规律变化，
故输出电压的波形接近正弦波。SPWM是采用一个正弦波与三角波相交的方案确定
各分段矩形脉冲的宽度。通常采用等腰三角波作为载波，因为等腰三角波上下宽
度与高度成线性关系且左右对称。
当它与正弦波的调制信号波相交时，所得到的就是SPWM波形。如在交点时刻控制电路
框设置如图11.8.6所示。
图中采用LM339AJ比较器作为SPWM调制电路，A2 3545AM作为反相放大器，产生的波形如图 11.8.9（c）所示。在负载电阻R4上的输出波形如图11.8.9（d）所示。
（a）SPWM驱动信号产生电路
谢谢
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像这种在ur的半个周期内三角波载波只在一个方向变化，所得到输出电压的PWM波形也只在一 个方向变化的控制方式称为单极性PWM控制方式。
3. 双极性PWM控制方式
图11.8.2的单相桥式逆变电路采用双极性PWM控制方式的波形如图11.8.4所示。在双极性方 式中ur的半个周期内，三角波载波是在正、负两个方向变化的，所得到的PWM波形也是在两 个方向变化的。在ur的一周期内，输出的PWM波形只有±UD两种电平，仍然在调制信号ur和载 波信号uc的交点时刻控制各开关器件的通断。
在电感性负载的情况下，若VTT1和VT4处于导通状态时，给VT1或VT4以关断信号，而给
VT2和VT3以开通信号后，则VT1或VT4立即关断，因感性负载电流不能突变，VT2和VT3并不能
立即导通，二极管VD2和VD3导通续流。
当感性负载电流较大时，直到下一次VT1和VT4重新导通前，负载电流方向始终未变，VD2和VD3 持续导通，而VT2和VT3始终未开通。当负载电流较小时，在负载电流下降到零之前，VD2和VD3 续流，之后VT2和VT3开通，负载电流反向。
当VT1和VT4导通时，负载上所加的电压为直流电源电压UD。当VT1导通而使VT4关断后，由于 电感性负载中电流不能突变，负载电流将通过二极管VD3续流，负载上所加电压为零。
如负载电流较大，那么直到使VT4再一次导通之前，VD3一直持续导通。如负载电流较快地衰减 到零，在VT4再一次导通之前，负载电压也一直为零。这样，负载上的输出电压uo就可得到零 和UD交替的两种电平。