三相电压型SPWM逆变器设计
SPWM三相逆变器仿真设计
课程设计任务书学生姓名：徐志平专业班级：电气0902 指导教师：胡红明工作单位：武汉理工大学题目: SPWM三相逆变器仿真初始条件：根据三相SPWM逆变器系统原理图设计对应的simulink仿真模型。
要求完成的主要任务:（1）用simulink设计系统仿真模型；能够正常运行得到仿真结果（2）比较理论分析结果与仿真结果异同，总结规律。
时间安排：2012年6月18日至2012年6月27日，历时一周半，具体进度安排见下表指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日摘要由于电力电子学和微电子技术的发展，使变频调速技术近年来获得了飞速的发展，各种变频调速控制方式、PWM脉宽调制技术以及MCU微处理器和以大规模集成电路为基础的全数字化控制技术等均在变频调速中获得了成功应用。
在电力电子技术中，PWM（Pulse Width Modulation）控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术。
即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。
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，设计简单等一系列优点，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。
而这次课程设计的主要目的就是对SPWM三相逆变器的仿真，通过运用了Matlab/Simulink和Power System Block(PSB)电力系统模块集工具箱仿真环境，对电路进行建模、计算和仿真分析。
关键词：SPWM 三相逆变器仿真波形目录1．SPWM控制原理分析 (1)1.1 SPWM的基本原理 (1)1.2 SPWM逆变电路及其控制方法 (2)2.门极驱动IGBT简介及分析 (3)2.1 IGBT简介 (3)2.2 IGBT的动态特性分析 (4)2.3 IGBT的特性和参数特点 (5)3. 三相PWM逆变器的工作原理和结构电路 (5)3.1 三相桥式PWM逆变电路 (5)3.2 逆变器的工作原理 (6)3.3逆变电路的波形和电压分析 (6)4. 三相SPWM逆变器的仿真 (8)4.1 三相SPWM逆变电路主电路 (8)4.2 主电路模块 (9)5. 仿真图形及其分析 (10)5.1 当频率f改变，负载有功功率不变的时候。
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。
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。
电压型三相SPWM逆变器建模和仿真研究
* * * 学 院本科毕业设计（论文）作者姓名 指导教师学科门类 所学专业 题 目代分类号学号 密级 提交论文日期成绩评定 Voltage-source SPWM Inverter电压型三相逆变器就是供给逆变器的交流电源是三相电电源， 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，使输出电压只含有固定频率的高次谐波分量，并能够消除谐波，且设计简单等一系列的优点，SPWM 正弦脉宽调制法是一种比较好的波形改善的方法。
SPWM正弦脉宽调制法的出现为中型和小型逆变器的快速发展起到了一个重要的推动作用。
伴随着电力电子技术的高速发展，电压型三相SPWM逆变器已被广泛应用在各个领域之中，并且SPWM技术已经成为目前应用最为广泛的逆变用PWM技术。
通过电压型三相SPWM逆变器建模和仿真研究这项课题，能够加强自己对电压型三相SPWM逆变器控制原理和建模进行深入理解，并提高自己在三相电压逆变方面的计算机仿真能力，为今后自己从事交流电机控制与电源逆变相关工作打下良好的基础。
关键词：电压型；频率；SPWM；逆变器The AC power supply voltage three-phase inverter is supplied to the inverter is three-phase electric power supply, the technology of SPWM sine pulse width modulation method is simple in principle, strong versatility, with fixed switching frequency, control and regulation performance, so that the output voltage harmonic component contains only the fixed frequency, and can eliminate the harmonic, and has the advantages of simple design a series of, SPWM sine pulse width modulation method is a good waveform improvement. SPWM sine pulse width modulation method for the rapid development of medium and small inverter plays an important role in promoting. Along with the rapid development of power electronic technology, three-phase voltage-source SPWM inverter has been widely used in various fields, and the SPWM technology has become the most widely used PWM technology of inverter.Through research on Modeling and Simulation of three-phase voltage-source SPWM inverter this subject, it can make me have a strength to voltage three-phase SPWM inverter control principle and modeling a more depth understanding, and it can improve myself in the three-phase voltage inverter aspects of computer simulation ability, which can make me have a good foundation of engaged in AC motor control and power inverter related work.Key words: Voltage type; frequency SPWM; Inverter目录摘要 (I)Abstract (II)目录 (III)1 引言 (1)2 电压型三相SPWM逆变器的工作原理及控制方法 (1)2.1 三相电压型逆变器电路 (1)2.2 SPWM控制的基本原理 (4)2.3电压型三相SPWM逆变器的实现及控制 (6)3 电压型三相SPWM逆变器的建模与仿真 (8)3.1 Simulink软件的介绍 (8)3.2 电压型三相SPWM逆变器的建模和仿真 (9)4 总结 (16)参考文献 (17)谢辞 (18)1 引言近年来，随着大功率全控型电力电子器件的研究与开发成功和应用技术的不断成熟，电能变换技术得到了突破性的进展，在一些领域中，已经开始使用各种新型逆变器电源，其中，也包括电动机。
三相SPWM逆变器
第四章三相SPWM逆变器4．１三相ＳＰＷＭ逆变器的结构ＳＰＷＭ逆变器与ＰＷＭ逆变器在主电路方面没有本质的区别，将电压型ＰＡＭ主电路结构中的晶闸管替换为ＩＧＢＴ就成了ＳＰＷＭ型逆变器的主电路结构。
ＳＰＷＭ脉宽调制时，瞬时电压以极高的速度切换方向而输出半波内不改变方向，因此，输出电压与输出电流常常方向不一致，这时就需要续流二极管来提供与电压极性相反的电流通道。
加上了续流二极管的三相逆变桥，我们就设计好了ＳＰＷＭ逆变器的基本主电路。
图４．１是ＳＰＷＭ逆变器的主电路结构，它由六只ＩＧＢＴ组成三相桥式结构，每个桥上反并联了续流二极管。
4.1 SPWM逆变器的主电路图ＩＧＢＴ器件有自己特有的驱动电路及保护电路，实际中ＩＧＢＴ通常不以单独的形式供货，而是以包括了驱动及保护电路的智能模块（ＩＰＭ）方式提供的。
ＩＰＭ不仅为ＩＧＢＴ器件提供了驱动电路及保护电路，也为整个模块提供了过热保护等。
在容量比较小的情况下，ＩＰＭ常常做成多器件结构，例如六单元或七单元结构。
六单元结构集成了一个完整的ＳＰＷＭ逆变器，图４．２就是一个六单元ＩＰＭ的结构示意图。
七单元ＩＰＭ除一个逆变器外，还把能耗制动用的斩波元器件及附属电路集成在里边了。
4.2 IPM结构从图４．２看到，六单元模块为五个主电路端子，即直流正负极输入和交流三相输出端子。
另外有驱动和保护的控制端子若干，它们是能够和常规控制芯片直接连接或者通过光耦合连接的电压型接口。
驱动端子是输入端子，接受外部触发器件，保护端子是输出端子，在保护电路封锁驱动电路的同时发出保护动作信号给外部控制器。
主电路端子通常是接线桩形式，控制端子通常是集中插口形式。
七单元ＩＰＭ增加了一个连接制动电阻的主电路端子及相应的控制端子。
当容量比较大时，如果ＩＰＭ仍然集成整个逆变器，会产生两个方面的缺点：一是模块的体积和重量加大，给安装和布置带来困难，也不利于散热；二是当模块中局部元器件损坏时需要更换整个模块，而大容量的模块的成本必然更高，因此使维护成本增加了。
三相电压型SPWM逆变器的仿真
(2)逆变电源输出的线电压Vab-inv;
(3)加在负载上的线电压Vab-bad
从波形图上可以看出，负载电压非常接近正弦波，这是由于LC滤波器大大减少了逆变电源输出电压的谐波。
为了对输出特性进行分析，在仿真结束后，利用快速傅里叶变换（FFT）对上述3个电压波形的谐波成分进行分析，它们各次谐波含量如图（6）所示。
Matlab软件具有强大的数值计算功能，本文利用Matlab软件中的Simulink和Power System Blochset建立位一个三相电压型SPWM逆变电源建立系统仿真模型，并对其输出特性进行仿真分析。
二、工作原理
三相电压型SPWM逆变电源系统的原理，如图（1）所示。
它的主要功能是将直流电压变换成交流电压，采用SPWM控制策略，调压控制器采用数字式PI控制，实时地调节逆变输出电压的幅值，以满足实际的要求。系统的主回路选择IGBT作为开关器件，为了减少输出电压的谐波，逆变电源输出接有串联谐振滤波电路。
参考文献：
（1）洪乃刚.电力电子、电机控制系统的建模和仿真【M】.北京：机械工业出版社
（2）王云亮，周渊深，舒志兵.电子技术【M】.北京：电子工业出版社
（3）钱平，孙国琴，胡春慧.交直流传动控制系统【M】.北京：高等教育出版社
（4）王兆安，黄俊.电力电子技术【M】.4版.北京：机械工业出版社
（5）李华德.交流调速控制系统【M】.北京：电子工业出版社
三、系统仿真模型的建立
利用Matlab软件中的Simulink和Power System Blochset构建三相SPWM逆变电源的电路模型，如图（2）所示。
这一系统是由AC-DC和DC-AC两部分组成，60HZ的交流电通过整流器送到逆变器，再由逆变器的输出经过LC滤波器供电给一个交流负载6路IGBT模块选用PSB库的子库Power Electronics中的UniversalB属性Power Electronics Device改为IGBT/D DDE即可。其他的参数可以根据自己的实际需要来设置。模型中关键点的部分就是电压调节系统，模型如图（3）所示。
三相电压型SPWM逆变器仿真分析及应用
三相电压型SPWM逆变器仿真分析及应用三相电压型SPWM逆变器是一种常见的电力电子装置，用于将直流电能转换为交流电能。
它广泛应用于可再生能源发电系统、电动汽车充电系统、UPS电源等领域。
本文将对三相电压型SPWM逆变器进行仿真分析，并讨论其在实际应用中的一些关键技术。
首先，我们来介绍一下三相电压型SPWM逆变器的工作原理。
该逆变器由六个开关管组成，三个开关管连接到每个电压型逆变器的输入端，三个开关管连接到中性点。
逆变器的输入是直流电压，输出是三相交流电压。
逆变器的工作原理是通过不同开关管的开关状态，控制直流电压经过逆变器的辅助电路，从而产生所需的交流电压。
在SPWM控制策略下，通过对开关管的PWM波形进行调制，可以实现对输出电压的调节。
接下来，我们进行三相电压型SPWM逆变器的仿真分析。
首先，我们需要建立逆变器的数学模型，并设计控制策略。
然后，利用数值计算软件进行仿真模拟，得到逆变器的输出波形和性能参数。
最后，对仿真结果进行分析和验证。
在仿真过程中，我们可以通过调节PWM波形的频率、幅值和相位等参数，观察输出电压的变化情况。
同时，可以对逆变器的效率、谐波含量、响应时间等性能指标进行评估和改进。
通过仿真分析，可以帮助我们更好地理解逆变器的工作原理和特性，并为实际应用中的设计和优化提供参考。
除了仿真分析，三相电压型SPWM逆变器还有一些关键技术需要注意。
首先是开关管的选择和驱动电路的设计，要保证开关管具有足够的电流和电压承受能力，并且能够快速开关。
其次是PWM控制策略的设计，包括调制波形的产生方法和控制方法的选择，以实现输出电压的精确控制。
此外，还需要考虑逆变器的过电流保护、温度保护、短路保护等安全措施。
综上所述，三相电压型SPWM逆变器是一种常见的电力电子装置，在可再生能源发电系统、电动汽车充电系统、UPS电源等领域有广泛应用。
通过仿真分析和关键技术的研究，可以提高逆变器的性能和可靠性，推动其在实际应用中的进一步发展。
三相电压型SPWM逆变器设计
subplot(3,1,1);
plot(inv.time,inv.signals(1).values);
title(Uab'线电压波形');
subplot(3,1,2);
plot(inv.time,inv.signals(2).values);
title('A相输出电压Ua波形');
subplot(3,1,3);
但是，SPWM的载波频率除了受功率器件的允许开关频率制约外，SPWM的开关频率也不宜过高，这是因为开关器件工作频率提高，开关损耗和换流损耗会随之增加。另外，开关瞬间电压或电流的急剧变化形成很大的du/dt或di/dt，会产生强的电磁干扰；高du/dt、di/dt还会在线路和器件的分布电容和电感上引起冲击电流和尖峰电压；这些也会因频率提高而变得严重。
三相电压型SPWM逆变器设计
摘要:本次设计采用EasyARM1138开发板，设计了一个基于新型32位微控制器LM3S1138的可调频率中频逆变电源，即克服了传统模拟逆变器电路复杂、灵活性差、系统不稳定等缺点，又兼具普通单片机控制系统的低成本和DSP控制系统的高性能等优点，有效解决了特种电源设计中存在的成本和性能矛盾问题，同时也可应用于对电源频率有不同要求的场合。
三相电压源型SPWM逆变器的设计
2011~2012学年第 2 学期《电力电子技术》课程设计报告题目：三相电压源型SPWM逆变器的设计专业：电气工程及其自动化班级：09 电气工程及其自动化姓名：指导教师：电气工程系2012年5月12日任务书目录摘要............................................................................................. 错误！未定义书签。
1 设计原理 (2)1.1 SPWM控制基本原理 (2)1.2逆变电路 (2)1.3三相电压型桥式逆变电路 (3)2 设计方案 (5)2.1 逆变器主电路设计 (5)2.2 脉宽控制电路的设计 (6)2.2.1 SG3524芯片 (6)2.2.2 利用SG3524生成SPWM信号 (7)2.3 驱动电路的设计 (9)2.3.1 IR2110芯片 (9)2.3.2 驱动电路 (9)3 软件仿真 (10)3.1 Matlab软件 (10)3.2 建模仿真 (11)4 心得体会 (12)参考文献 (15)附录 (16)摘要本次课程设计题目要求为三相电压源型SPWM逆变器的设计。
设计过程从原理分析、元器件的选取，到方案的确定以及Matlab仿真等，巩固了理论知识，基本达到设计要求。
本文将按照设计思路对过程进行剖析，并进行相应的原理讲解，包括逆变电路的理论基础以及Matlab仿真软件的简介、运用等，此外，还会清晰的介绍各个部分电路以及元器件的取舍，比如驱动电路、抗干扰电路、正弦信号产生电路等，其中部分电路的绘制采用了Protel软件，最后结合Matlab Simulink仿真，建立了三相全控桥式电压源型逆变电路的仿真模型，进而通过软件得到较为理想的实验结果。
关键词：三相电压源型逆变电路Matlab仿真三相电压源型SPWM逆变器的设计1 设计原理1.1 SPWM控制原理分析PWM(Pulse Width Modulation)控就是对脉冲的宽度进行调制的技术，即通过一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要的波形。