multisim仿真教程 正弦波脉宽调制(SPWM)逆变电路
6正弦波脉宽调制逆变器的MATLAB仿真
6 正弦波脉宽调制逆变器的MATLAB仿真6.1正弦波脉宽调制逆变器的原理和仿真模型6.1.1正弦波脉宽调制逆变器的原理由于期望的逆变器输出是一个正弦电压波形，可以把一个正弦半波分作N 等分。
然后把每一等分的正弦曲线与横轴所包围的面积都用个与此面积相等的等高矩形脉冲来代替，矩形脉冲的中点与正弦波每一等分的中点重合。
这样，由N 个等幅不等宽的矩形脉冲所组成的波形为正弦的半周等效。
同样，正弦波的负半周也可用相同的方法来等效。
这一系列脉冲波形就是所期望的逆变器输出SPWM波形。
由于各脉冲的幅值相等，所以逆变器可由恒定的直流电源供电，也就是说，这种交一直一交变频器中的整流器采用不可控的二极管整流器就可以了(见图6-1，6-2，6-3 )。
逆变器输出脉冲的幅值就是整流器的输出电压。
当逆变器各开关器件都是在理想状态下工作时，驱动相应开关器件的信号也应为与形状相似的一系列脉冲波形，这是很容易推断出来的。
从理论上讲，这一系列脉冲波形的宽度可以严格地用计算方法求得，作为控制逆变器中各开关器件通断的依据。
但较为实用的办法是引用通信技术中的“调制”这一概念，以所期望的波形(在这里是正弦波)作为调制波(ModulationWave )，而受它调制的信号称为载波(Carrier Wave )。
在SPWM中常用等腰三角波作为载波，因为等腰三角波是上下宽度线性对称变化的波形，当它与任何一个光滑的曲线相交时，在交点的时刻控制开关器件的通断，即可得到一组等幅而脉冲宽度正比于该曲线函数值的矩形脉冲，这正是SPWM所需要的结果（6-1）可控整流器调压、六拍逆变器变频（6-2）不控整流、斩波器调压、六拍逆变器变频（6-3）不控整流、PWM逆变器调压调频1.工作原理图6-4是SPWM变频器的主电路，图中VTl-VT6是逆变器的六个功率开关器件(在这里画的是IGBT)，各由一个续流二极管反并联，整个逆变器由恒值直流电压U供电。
图6-5是它的控制电路，一组三相对称的正弦参考电压信号由参考信号发生器提供，其频率决定逆变器输出的基波频率，应在所要求的输出频率范围内可调。
6单相正弦波脉宽调制(SPWM)逆变电路实验报告
实验报告课程名称：现代电力电子技术实验项目：单相正弦波脉宽调制（SPWM）逆变电路验实验时间：实验班级：总份数：指导教师：朱鹰屏自动化学院电力电子实验室二〇〇年月日广东技术师范学院实验报告学院：自动化学院专业：电气工程及其自动化班级：成绩：姓名：学号：组别：组员：实验地点：电力电子实验室实验日期：指导教师签名：实验（六）项目名称：单相正弦波脉宽调制（SPWM）逆变电路实验1.实验目的和要求(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。
2.实验原理采用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。
主电路部分:AC/DC (整流) DC/AC (逆变)图4-1 主电路结构原理图如图4-1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。
(2)驱动电路:如图4-2（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采用快速型的光藕实现电气隔离。
②具有过流保护功能，通过检测IGBT管的饱和压降来判断IGBT是否过流,过流时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，在光藕TLP521的输出端OC1呈现高电平，经过流保护电路（见图4-3），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。
正弦脉宽调制SPWM逆变器原理图以及特点
正弦脉宽调制SPWM逆变器原理图以及特点
将正弦波(调制波) 与高频载波(三角波) 相交生成的正弦脉宽调制信号用来控制驱动逆变桥功率开关, 便可得到脉宽宽度按正弦规律分布的SPWM 波uAB ,如图所示。
图(b) 为单极性正弦脉宽调制波, 图(c) 为双极性正弦脉宽调制波。
正弦脉宽调制SPWM 逆变器电路的特点为:
1) 变压器仍工作在工频, 体积大且笨重, 体积与重量仅和输出电压频率有关, 与逆变器开关频率无关, 提高逆变器开关频率并不能减小变压器体积和重量;
2) 输出滤波器体积、重量小;
3) 对于输入电压和负载的波动, 系统的动态响应特性好;
4) 变压器和输出滤波电感产生的音频噪音得到改善;
5) 功率器件开关频率高, 开关损耗增加, 降低了系统变换效率。
在低频环节DCöA C 逆变技术中, 由于工频变压器的体积和逆变器的开关频率无关, 只和输出电压的频率有关。
为克服此缺点, 必须采用高频环节逆变技术。
Simulink的SPWM逆变电源的建模与仿真-论文
ｓ ｈ ｏ ｕ ｌ ｄ ｎ ｏ ｔ ｏ ｎ ｌ ｙ ｒ ａ ｉ ｓ ｅ ｔ ｈ ｅ ｍｏ ｄ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ，ｂ ｕ ｔ ａ ｌ ｓ ｏ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｔ ｈ ｅ ｃ ａ ｒ ｒ ｉ ｅ ｒ ｆ ｒ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙ ａ ｎ ｄ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｔ ｅ ｌ ｙ ａ ｃ ｈ ｉ ｅ ｖ ｅ ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｅ ｄ ｃ ａ ｒ ｉ ｔ ｅ ｒ
正 弦波峰值 ， 为三角波峰值 。 当载波频率远高于输 出电压基波频率且调制深度 尺≤１时 ， 可
Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ Ａｕ ｔ ｏ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ５
以及调制模 型的构建提供依据 … ， 对 改善 逆变电源性能具有重要
意义 。
件通 断 的 信 号 的
获取方 法一 般有 ：
等面积 采样 法 ， 规 则采样 法 ， 自然 采 样法。 自然 采 样
法是 按 照 Ｓ Ｐ ＷＭ ｆ ）
＾ ＾ ＾ ＾ ＾ ＾一 ｌ Ｖ ｙ ｌ Ｖ Ｕ ｆ 疽
０ 引 言
在 光伏发 电系统 中， 并网逆变器作为光伏 电池 与电 网的接 口 装置 ， 将光伏 电池的直 流 电能转换成 交流 电能并 传输 到 电网上 ，
起着至关重 要的作用 。随着逆变技术 的迅速发展 ， 尤其 是正 弦脉 宽调制技术 （ Ｓ Ｐ ＷＭ） 的出现 ， 以其输 出谐波小 、 噪声 小 、 结构简单
ｊ
本文从工程 的角度 出发 ， 基 于 ＭＡ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ对 逆变 电源输 出 电 压、 输 出电流 中的谐波及 其产生 规律进 行 了较为详 尽 的分析 ， 为 寻求更加有效 的谐 波抑制 策略 和设 计变频 电源 的滤 波器提 供理 论参考 。
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，
6单相正弦波脉宽调制（spwm）逆变电路实验报告
实验报告课程名称：现代电力电子技术实验项目：单相正弦波脉宽调制（SPWM）逆变电路验实验时间：实验班级：总份数：指导教师：朱鹰屏自动化学院电力电子实验室二〇〇年月日广东技术师范学院实验报告电气工程及其自学院：自动化学院专业：班级：成绩：动化姓名：学号：组别：组员：实验地点：电力电子实验室实验日期：指导教师签名：实验（六）项目名称：单相正弦波脉宽调制（SPWM）逆变电路实验1.实验目的和要求(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。
2.实验原理采用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。
主电路部分:AC/DC (整流) DC/AC (逆变)图4-1 主电路结构原理图如图4-1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。
(2)驱动电路:如图4-2（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采用快速型的光藕实现电气隔离。
②具有过流保护功能，通过检测IGBT 管的饱和压降来判断IGBT 是否过流,过流时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，在光藕TLP521的输出端OC1呈现高电平，经过流保护电路（见图4-3），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。
SPWM变频调速系统的MATLAB仿真
SPWM变频调速系统的MATLAB仿真1.1系统仿真综述在采用电力半导体器件对电动机进行交流调速的分析研究中，计算机仿真技术已经显示出了它的巨大优越性。
MATLAB/SIMULINK环境是一种优秀的系统仿真软件，使用它可以大大提高系统仿真和CAD的效率和可靠性。
本设计的特点是用MATLAB对基于SPWM控制的交流异步电动机变频调速系统进行仿真分析。
系统仿真模型主要由整流器、滤波器、逆变器、电动机模型以及SPWM控制器几部分组成，对实际系统的分析与研究十分有帮助。
本文根据电力电子器件的开关原理、PWM调制方式的动作过程和自动控制理论，结合具体的电路拓扑结构并基于多信息融合思想，构建计算机仿真方案，在通过分析比较仿真波形、仪表的显示结果和存储示波器的记录，检验数学模型、电路拓扑结构、调节器方式和主要元器件参数是否正确，修改设计方案，逐步达到预期的目的。
本文用仿真调速系统控制一台三相异步电动机。
系统工作过程是：首先通过电网中获得三相对称交流电，然后经过三相不可控整流和SPWM控制方式下的逆变器为电动机提供电源。
电动机在三相逆变电源的控制下产生电磁转矩带动负载工作。
在本系统中，三相桥式逆变电路的基本工作方式采用的是导电方式，同一相(即同一半桥)上下两个臂交替导电，这样，在任意瞬间，将有3个桥臂同时导通。
在控制电路中，采用的是正弦波脉宽调制法(SPWM)，即三角形载波信号和三相对称的正弦波参考信号相比较，在交点处发出三相脉冲调制信号，去驱动逆变器主回路的各IGBT的基极，当改变参考信号的幅值时，相电位脉冲的脉宽随之改变，从而改变了主回路基波相电压的大小。
当改变参考信号的频率时，输出电压的频率随之改变。
如果同时改变参考电压的幅值和频率，就可以实现变频调速系统u/f＝常数的要求。
这种调制方式的特点是在半个周期内，脉冲间中心线等距，脉冲等幅、调宽，各脉冲面积之和与正弦波下的面积成正比。
在SPWM方式中，经常要用到调制系数M(M＝调制波幅值/载波幅值)。
单相正弦波脉宽调制(SPWM)逆变电路实验结果
单相正弦波脉宽调制（SPWM）逆变电路实验结果(1)控制信号的观测①观察正弦调制波信号U r的波形，测试其频率可调范围；U r频率最小时波形图，由图可知最小频率小于10HzU r频率最大波形图，由图可知最大频率等于62Hz②观察三角载波U c的波形，测试其频率，由图可知最大频率等于178.9Hz③改变正弦调制波信号U r的频率，再测量三角载波U c的频率改变正弦调制波信号U r的频率三角载波U c的频率是同步变化④比较“PWM+”，“PWM-”和“SPWM1”，“SPWM2”的区别PWM+”，“PWM-的区别：同一相上下两管驱动信号之间无死区SPWM1”，“SPWM2的区别：同一相上下两管驱动信号之间死区延迟时间是30ms(2)带电阻及电阻电感性负载①输出接灯泡负载，然后将主电路接通由控制屏左下侧的直流电源(通过调节单相交流自藕调压器，使整流后输出直流电压保持为200V)接入主电路，由小到大调节正弦调制波U r 的频率，观测负载电压的波形，记录其波形参数（幅值、频率）。
U O(V) 82.2 82.4 82.5 波形F(Hz) 13.56 28.23 29.59 U O(V) 82 82 82波形F(Hz) 34.63 42.73 55.81U O(V) 82 82 82波形②接入DJK06给定及实验器件和DJK02上的100mH电感串联组成的电阻电感性负载，然后将主电路接通由DJK09提供的直流电源，由小到大调节正弦调制波信号U r的频率观测负载电压的波形，记录其波形参数（幅值、频率）。
F(Hz) 17.67 20.53 22.67U O(V) 83 83 83波形U O(V) 83 83 83 波形F(Hz) 49.61 53.78 161.15 U O(V) 83 83 83波形。
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对话框设置如图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
（b）SPWM逆变电路
（c）SPWM逆变电路驱动信号
号极性相反，处于互补工作方式。
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。
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。
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
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ຫໍສະໝຸດ 关系且左右对称。当它与正弦波的调制信号波相交时，所
11.8正弦脉宽调制（ SPWM）逆变电路
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。
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。
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
（d）SPWM逆变电路输出波形 图11.8.9 SPWM逆变电路
得到的就是SPWM波形。如在交点时刻控制电
路中开关器件的通断，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。
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
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
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。
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
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，
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。
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