SPWM波控制单相逆变器双闭环PID调节器的Simulink建模与仿真
SPWM于单相全桥及其三相电压型桥式逆变电路的simulink仿真应用
SPWM于单相全桥及其三相电压型桥式逆变电路的应用11级电牵3班xx 关键字：单相桥三相桥全控逆变SPWM simulink本次实验主要为利用simulink中的块原件来构建电力电子中的一种基本整流电路——单相全桥逆变电路和三相电压型桥式逆变电路，单相电路的功能是将直流电逆变为交流电，而三相逆变电路则是在单相的基础上变为三相，功能更加完善。
在逆变电路的设计过程中，需要对设计电路及有关参数选择是否合理、效果好坏进行验证。
如果通过实验来验证，需要经过反复多次的元件安装、调试、重新设计等步骤，这样使得设计耗资大，效率低，周期长。
现代计算机仿真技术为电力电子电路的设计和分析提供了崭新的方法，可以使复杂的电力电子电路、系统的分析和设计变得更加容易和有效。
Matlab 是一种计算机仿真软件，它是以矩阵为基础的交互式程序计算语言。
Simulink 是基于框图的仿真平台，它挂接在Matlab 环境上，以Matlab 的强大计算功能为基础，用直观的模块框图进行仿真和计算。
其中的电力系统（Power System）工具箱是专用于RLC电路、电力电子电路、电机传动控制系统和电力系统仿真用的模型库。
以Matlab7.0 为设计平台，利用Simulink 中的Power System工具箱来搭建整流电路仿真模型，设置参数进行仿真。
一、电路工作原理1.SPWM电路工作原理同步调制——N等于常数，并在变频时使载波和信号波保持同步。
f变化时N不变，信号波一周期内输出脉冲数固定。
三基本同步调制方式，r相，公用一个三角波载波，且取N为3的整数倍，使三相输出对称。
为使一相的PWM波正负半周镜对称，N应取奇数。
当N=9时的同步调制三相PWM波形如上图所示。
2.逆变电路工作原理1）IGBT单相电压型全桥无源逆变电路原理分析单相逆变电路主要采用桥式接法。
它的电路结构主要由四个桥臂组成，其中每个桥臂都有一个全控器件IGBT和一个反向并接的续流二极管，在直流侧并联有大电容而负载接在桥臂之间。
一种基于SPWM的逆变电源并联运行参数设计及控制策略仿真
592016年/第三十四期/十二月（上）一种基于SPWM 的逆变电源并联运行参数设计及控制策略仿真关冠晖傅伟豪（武汉大学电气工程学院湖北・武汉430072）摘要一种逆变电路采用IGBT 桥，逆变方式为SPWM ，两个逆变电源并联运行。
该电源采用LC 滤波器，主要滤除高次谐波。
逆变电源采用压瞬时值反馈单环PID 控制，改善输出波形质量。
该并联逆变电源在Matlab 的Simulink 组件中模拟，分别测试分析了带动线性负载动态均流效果和非线性负载静态均流效果。
关键词逆变电源SPWM并联运行PID 控制中图分类号：TM743文献标识码：ADOI:10.16400/ki.kjdks.2016.12.027Parameter Design and Control Strategy Simulation ofParallel Operation of Inverter Based on SPWMGUAN Guanhui,FU Weihao(School of Electrical Engineering,Wuhan University,Wuhan,Hubei 430072)Abstract An inverter circuit uses IGBT bridge,the inverter mode is SPWM,and the two inverters are connected in parallel.The power supply using LC filter,mainly to filter out high.The inverter is controlled by the instantaneous value feedback loop PID,which improves the quality of the output waveform.The parallel inverter is simulated in the Simulink component of Mat-lab,and it is tested and analyzed respectively to drive the dynamic current sharing effect of linear load and the effect of static load current of nonlinear load.Keywordsinverter power supply;SPWM;parallel operation;PID control1主电路参数设计与选型1.1直流电压，额定电流与IGBT 选型选择输出线电压有效值为380V+-5%，额定容量100kV A ，故选择直流电压、额定电流如下：U D =2202=311.1V(1.1)I==100=160.7A (1.2)本实验采用Universal Bridge 来实现IGBT （图1，2）：图1Universal Bridge图示图2IGBT 参数1.2主电路设计与参数本三相四线电路采取SPWM 控制逆变电路，利用正弦波与三角波比较产生的反映正弦波特性的一系列不同宽度的脉冲，这些脉冲序列作为开启/关闭逆变桥开关器件的信号，使直流电压变为一系列周期性阶梯波，波形在电容的作用下得到近似正弦波的波形，并在输出滤波电路的作用下最终生成正弦波。
基于SPWM控制的电压_电流双环逆变器建模及其仿真_图文(精)
第4卷中国舰船研究第4卷第5期2009年10月中国舰船研究Chinese Journal of Ship Research Vol .4No.5Oct.2009收稿日期:2008-09-03作者简介:朱承邦(1963-,男,高级工程师。
研究方向:雷达应用1引言现代科技发展日新月异,各类电气设备对电源的品质要求也越来越高。
逆变供电作为一种有效的电力供应形式,已广泛应用于生产生活的各个领域。
为了不断改善逆变器输出性能,人们发展出了多种逆变器控制方法,常见的有:电压瞬时值控制、电流滞环控制、电流预测控制、鲁棒控制[1]、重复控制[2,3]、滑模控制[4]及SPWM 电流控制等。
就各种逆变器控制策略的特点来看,基于SPWM 的电压电流双环逆变器控制是一种较好的控制方法[5,6]。
本文针对电压电流双环逆变器控制模型,设计了电流内环和电压外环的控制参数,对设计的双环控制逆变器模型进行了仿真分析,分析结果基于SPWM 控制的电压、电流双环逆变器建模及其仿真朱承邦1李乐2王晓鹏21大连船舶重工集团有限公司军事代表室,辽宁大连1160052中国舰船研究设计中心,湖北武汉430064摘要:基于SPWM 的电压电流双环逆变器控制相对其他逆变器控制策略具有一定优越性,但其控制器参数设计却是一个重点和难点。
针对逆变器的SPWM 电压电流双环控制策略,建立了系统的控制模型,设计了电流内环和电压外环的控制器参数,并根据经典控制理论的判据,分别对控制器电流内环和电压外环参数进行了理论验证。
最后根据设计的控制器参数,对SPWM 电压电流双环控制系统模型进行了仿真分析,结果表明,系统设计合理,效果满意。
关键词:SPWM ;逆变器;电压电流双环;仿真中图分类号:TM743文献标志码:A文章编号:1673-3185(200905-54-05Modeling and Si mulation of Voltage and Current Double Loop Control Based on SPWM InvertersZhu Cheng-bang 1Li Le 2Wang Xiao -p eng 21The Naval Representative Office ,Dalian Shipbuilding Heavy Industry Co.,Dalian 116005,China2China Ship Development and Design Cent er ,Wuhan 430064,ChinaAbstract :Comparing with other inverters control strategy ,voltage and current double loop control based on SPWM inverters are superior in capabilities though the controller parameters design is significant and difficult.In this paper ,the system controlmodel has been constructed in term s of inverters of SPWM voltage and current double loop control strategy ,and the current inner loop and voltage outer loop controller parameters design has been proposed with theoretical validation of classic control theory criterion.T he SPWM voltage and current double loop control system model simulation provided with designed controller parameters show s that the system design is reasonable and the effect is satisfying.Key words :SPWM ;inverter ;voltage and current double loop ;simulation第5期证明了系统参数设计的合理性。
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 。
SPWM变频调速系统基于Simulink仿真模拟
SPWM变频调速系统基于Simulink仿真模拟发表时间：2018-03-16T10:18:25.530Z 来源：《知识－力量》2017年11月下作者：刘佳佳，方保江[导读] Simulink中有一个专门为电力系统仿真用的SimPowerSystems工具箱，该工具箱里面几乎包含所有的电力电子元件的模型，可以通过这些模型进行复杂系统的建模。
刘佳佳，方保江（郑州大学机械工程学院，河南郑州450001）摘要：交流伺服驱动系统是一个中间的过渡环节，即从机床的数控装置部分过渡到数控机床的机械传动部分，所以这一环节在数控机床里面是不可或缺的重要环节。
在这种交流伺服驱动系统里面调速系统是主要的核心，在分析各种异步电动机的调速系统以后，发现实现的性能最好和效率最高的就是变压变频调速系统（VVVF)。
在调速系统里面的脉宽调制（PWM）技术发展的飞快，在脉宽调制里面正弦波脉宽调制（SPWM)的特点是原理结构非常简单，控制容易和通用性好等一系列优点。
Simulink是MATLAB的重要组件，它向用户提供了一个动态系统建模，仿真和综合分析的集成环境。
Simulink中有一个专门为电力系统仿真用的SimPowerSystems工具箱，该工具箱里面几乎包含所有的电力电子元件的模型，可以通过这些模型进行复杂系统的建模。
关键词：交流伺服驱动系统；电力电子技术；VVVF；PSWM ；MATLAB/Simulink1 引言在进行交流电动机调速时，根据转速的表达式n=60f(1-s)/p,(其中n表示转速，f表示电流频率，s表示转差率，p表示磁极对数）。
要实现速度的变化，首先可以改变的是磁极对数，但由表达式可知，这种方式改变电动机的转动速度是有限的，而且不能实现无极变速。
另一种方法就是改变输入的电流的频率，改变输入的频率可以连续的改变电动机的转动速度，可以实现无极的变速，这一种方法就是变频调速。
在三相异步电动机里面电压与磁通之间的关系式就是U=kfΦ，其中U指异步电动机定子绕组的输入电压，f指电流的频率，Φ指磁通。
SPWM波控制逆变器双闭环PID调节器的建模与仿真
SPWM波控制逆变器双闭环PID调节器的建模与仿真随着电力行业的快速发展，逆变器的应用越来越广泛，逆变器的好坏会直接影响整个系统的逆变性能和带载能力。
逆变器的控制目标是提高逆变器输出电压的稳态和动态性能，稳态性能主要是指输出电压的稳态精度和提高带不平衡负载的能力；动态性能主要是指输出电压的THD(Total Hannonic Distortion) 和负载突变时的动态响应水平。
在这些指标中对输出电压的THD 要求比较高，对于三相逆变器，一般要求阻性负载满载时THD 小于2%,非线性满载(整流性负载)的THD 小于5%.这些指标与逆变器的控制策略息息相关。
文中主要介绍如何建立电压双环SPWM 逆变器的数学模型，并采用电压有效值外环和电压瞬时值内环进行控制。
针对UPS 单模块10 kVA 单相电压型SPWM 逆变器进行建模仿真。
通过仿真，验证了控制思路的正确性以及存该控制策略下的逆变器所具有的鲁棒性强，动态响应快，THD 低等优点。
并以仿真为先导，将其思想移植到具体开发中，达到预期效果。
1 三电平逆变器单相控制模型的建立带LC 滤波器的单相逆变器的主电路结构如图1 所示。
图1 中L 为输出滤波电感，C 为滤波电容，T1,T2,T3,T4 分别是用来驱动IGBT 的三电平的SPWM 波，U0 为输出负载两端的电压。
在建立控制系统的仿真模型时，需要采集负载两端的电压与实际要求的电乐值做比较，然后通过调节器可以得到所需要调节的值。
在此仿真模型中，驱动波形采用的是三电平的SPWM 波形，具体的产生原理在这不做详细描述。
在Matlah 的Simlink 库中SPWM 波的产生如图2 所示，这里调制比设为0.8。
图1 三电平逆变器单相主电路图2 四相SPWM 产生电路。
控制的单相电压型PWM逆变器建模与仿真
ｆ（ｓ）
（Ｃ）突加突减负载运行
在四种不同运行条件下进行仿真实验： （１）额定负载正常运行； （２）直流电源含有谐波（有效值为５０Ｖ，频率为 １５０ Ｈｚ）运行； （３）突加突减额定负载运行，逆变器先空载运 行，在０．０４ ｓ突加额定负载，到０．１４ ｓ时突然甩掉 全部负载； （４）能量回馈运行，负载中含有交流电源（有效 值为４００ Ｖ，５０ Ｈｚ），能量向直流侧回馈。 四种运行条件下，负载电流珏和输出电压以 波形分别如图５（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）、（ｄ）所示。
在Ｍａｔｌａｂ／ＳｉｍｕＩｉｎｋ下构建的逆变器仿真模型 如图４所示。该模型主要有三部分：主电路、控制器 和ＰＷＭ脉冲生成模块。控制器实现电压电流双环 控制，为产生ＰＷＭ脉冲提供调制信号。ＰＷＭ脉冲 生成模块采用单极性倍频调制方式【７。。
万方数据
２００９年第ｌ期
杨会敏。宋建成 基于双环控制的单相电压型ＰＷＭ逆变器建模与仿真
６结论
本文基于状态空间法建立单相逆变器的数学 模型，采用电压电流双环控制，对单相ＰＷＭ逆变 器进行了建模仿真。仿真结果表明，所采用的控制 策略使逆变器具有输出电压稳态精度高（偏差不超
过±ｌ％）、动态响应快（不超过Ｏ．０４ ｓ）、输出电压总 谐波畸变率低（总ＴＨＤ值不超过３％）和鲁棒性强 等优点，可以减少对电网的污染，降低因负载突变 引起的电网电压波动等不利因素。 参考文献： ［１］陈江辉，谢运祥，陈兵．逆变电路的控制技术与策略［Ｊ］．
以小错＝丽１ 人端到逆变器的滤波器输出端电压的传递函数为： （３）
根据各变量之间的内在联系，得到逆变器的等效框 图如图２所示。从图２中可以看出，这是一个双输 人、单输出的二阶线性系统，Ｍｉ和厶为系统的输入。 图２中Ｚ（ｓ）为负载阻抗，由于负载阻抗的多样性， 即使负载上的电压为纯正弦波，负载电流也可能是 任意波形。若把负载电流厶处理为控制系统的一个 扰动输人信号，当逆变器带非线性负载时，负载的 非线性也仅表现在扰动的非线性上。这样的负载模 型具有较强的代表性，而且数学模型形式简单不依 赖于具体的负载类型。
SPWM波控制单相逆变器双闭环PID调节器的Simulink建模与仿真
SPWM波控制单相逆变器双闭环PID调节器的Simulink建模与仿真随着电力行业的快速发展，逆变器的应用越来越广泛，逆变器的好坏会直接影响整个系统的逆变性能和带载能力。
逆变器的控制目标是提高逆变器输出电压的稳态和动态性能，稳态性能主要是指输出电压的稳态精度和提高带不平衡负载的能力;动态性能主要是指输出电压的THD(Total Hannonic Distortion)和负载突变时的动态响应水平。
在这些指标中对输出电压的THD 要求比较高，对于三相逆变器，一般要求阻性负载满载时THD 小于2%,非线性满载(整流性负载)的THD 小于5%.这些指标与逆变器的控制策略息息相关。
文中主要介绍如何建立电压双环SPWM 逆变器的数学模型，并采用电压有效值外环和电压瞬时值内环进行控制。
针对UPS 单模块10 kVA 单相电压型SPWM 逆变器进行建模仿真。
通过仿真，验证了控制思路的正确性以及存该控制策略下的逆变器所具有的鲁棒性强，动态响应快，THD 低等优点。
并以仿真为先导，将其思想移植到具体开发中，达到预期效果。
1 三电平逆变器单相控制模型的建立带LC 滤波器的单相逆变器的主电路结构如图1 所示。
图1 中L 为输出滤波电感，C 为滤波电容，T1,T2,T3,T4 分别是用来驱动IGBT 的三电平的SPWM 波，U0 为输出负载两端的电压。
在建立控制系统的仿真模型时，需要采集负载两端的电压与实际要求的电乐值做比较，然后通过调节器可以得到所需要调节的值。
在此仿真模型中，驱动波形采用的是三电平的SPWM 波形，具体的产生原理在这不做详细描述。
在Matlah 的Simlink 库中SPWM 波的产生如图2 所示，这里调制比设为0.8.图1 三电平逆变器单相主电路图2 四相SPWM 产生电路在B1,B2,B3,B4 端口用模拟示波器观察其波形，结果如图3 所示。
图3 四相SPWM 驱动波形2 双环控制的选取在逆变控制系统中，采用输出电压有效值反馈的方法进行控制，这种方法通过将输出电压有效值与实际所要求的电压有效值进行比较，误差信号与正弦信号相乘的结果作为SPWM 的调制信号。
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SPWM波控制单相逆变器双闭环PID调节器的Simulink
建模与仿真
随着电力行业的快速发展，逆变器的应用越来越广泛，逆变器的好坏
会直接影响整个系统的逆变性能和带载能力。
逆变器的控制目标是提高逆变器
输出电压的稳态和动态性能，稳态性能主要是指输出电压的稳态精度和提高带
不平衡负载的能力;动态性能主要是指输出电压的THD(Total Hannonic Distortion)和负载突变时的动态响应水平。
在这些指标中对输出电压的THD 要
求比较高，对于三相逆变器，一般要求阻性负载满载时THD 小于2%,非线性满载(整流性负载)的THD 小于5%.这些指标与逆变器的控制策略息息相关。
文中主要介绍如何建立电压双环SPWM 逆变器的数学模型，并采用电压有效值外
环和电压瞬时值内环进行控制。
针对UPS 单模块10 kVA 单相电压型SPWM 逆变器进行建模仿真。
通过仿真，验证了控制思路的正确性以及存该控制策略
下的逆变器所具有的鲁棒性强，动态响应快，THD 低等优点。
并以仿真为先导，将其思想移植到具体开发中，达到预期效果。
1 三电平逆变器单相控制模型的建立
带LC 滤波器的单相逆变器的主电路结构如图1 所示。
图1 中L 为输出
滤波电感，C 为滤波电容，T1,T2,T3,T4 分别是用来驱动IGBT 的三电平的SPWM 波，U0 为输出负载两端的电压。
在建立控制系统的仿真模型时，需要
采集负载两端的电压与实际要求的电乐值做比较，然后通过调节器可以得到所
需要调节的值。
在此仿真模型中，驱动波形采用的是三电平的SPWM 波形，
具体的产生原理在这不做详细描述。
在Matlah 的Simlink 库中SPWM 波的产
生如图2 所示，这里调制比设为0.8.。