《电力电子建模与仿真》
专 业：班 级：学生姓名：时 间：指导教师：设计报告
学号：
《电力电子建模与仿真》
设计(论文)任务书
一、课程设计(论文)题目 SPWM调制单相逆变器的建模及仿真
二、课程设计(论文)工作自 2013年 11月18日起至 2013年 12月 5日止。 三、课程设计(论文) 地点: 自行决定 四、课程设计(论文)内容要求： 1．本课程设计的目的
（1）掌握Matlab的基本操作和常用语句；
（2）熟悉Simulink仿真建模及其SimPowerSystems工具箱的使用； （3）熟悉单相桥式逆变器SPWM单极性和双极性调制的模型；
（4）掌握构建单相桥式逆变器SPWM单极性和双极性调制的仿真模型，并验证正确性； （5）培养分析、解决问题的能力提高科技论文写作能力。 2．课程设计的任务及要求 1）基本要求： （1）利用Matlab下的Simulink和SimPowerSystems工具箱构建单相桥式逆变器SPWM单极性和双极性调制的仿真模型；
（2）仿真参数为：E=250-300V; 调制比Ma=0.8-0.95; 载波比N=9-21;其他参数自定； （3）给出调制波原理图、输出电压、输出电流及其频谱图；
（4）选取不同参数进行仿真，比较仿真结果有何变化，给出结论。结论应包含：
a).改变调制比，载波比对单极性SPWM逆变器输出的影响。 b).改变调制比，载波比对双极性SPWM逆变器输出的影响。
c).对比分析单极性SPWM，双极性SPWM调制情况下逆变器的优缺点。 2）创新要求：
（1）掌握对模型的封装：对单相逆变器SPWM的主电路和脉冲电路进行封装，并对调制比Ma和载波比N参数进行封装；
（2）对相应的波形进行FFT分析； 3）课程设计论文编写要求
（1）要按照设计报告模板的规格书写设计报告； （2）论文包括封面（格式已给）、设计(论文)任务书（已给）、目录、正文、总结、参考文献、附录等； （3）课程设计论文用A4纸统一打印 (页数>15页)；
（4）课程设计论文用统一规定的封面，装订按学院的统一要求完成； （5）独立完成，不得抄袭。 4）答辩与评分标准：
（1）完成原理分析：20分； （2）完成设计过程：20分； （3）完成调试：20分；
（4）回答问题：20分。
（5）论文格式规范性：20分。 5）课程设计进度安排： 自行调节
课程设计(论文)评审意见
（1）完成原理分析（20分）：优（ ）、良（ ）、中（ ）、一般（ ）、差（ ）； （2）设计分析 （20分）：优（ ）、良（ ）、中（ ）、一般（ ）、差（ ）； （3）完成调试 （20分）：优（ ）、良（ ）、中（ ）、一般（ ）、差（ ）； （4）回答问题（20分）： 优（ ）、良（ ）、中（ ）、一般（ ）、差（ ）； （5）论文格式规范（20分）：优（ ）、良（ ）、中（ ）、一般（ ）、差（ ）；
总评分数：
优（ ）、良（ ）、中（ ）、一般（ ）、差（ ）；
评语：
评阅人：
年 月 日
注：优（90－100分）、良（80－89分）、中（70－79分）、一般（60－69分）、差（60分以下）
[摘要]：
随着电力电子技术的不断发展，可控电路直流电动机控制，可变直流电源等方面得到了广泛的应用,而这些都是以逆变电路为核心。本文建立了基于MATLAB的单相桥式SPWM逆变电路的动态模型给出了仿真的实例与仿真结果，验证了模型的正确性，并展现了MATLAB仿真具有的快捷，灵活，方便，直观的优点，从而为电力电子电力建模的数学及设计提供了有效的工具。
[关键词]：
单相逆变 SPWM技术
仿真 分析
MATLAB SIMULINK 目录
引言 ……………………………………………………………………………………1 1．单相逆变器SPWM 控制的相关总体介绍 ………………………………… 2
1.1 PWM 控制的基本原理……………………………………………………………2
1.1.1 理论基础 ……………………………………………………………………2 1.1.2 面积等效原理 ………………………………………………………………2 1.2 PWM 逆变电路及其控制方法……………………………………………………3
1.2.1 计算法………………………………………………………………………3 1.2.2 调制法………………………………………………………………………3 1.3 SPWM 控制方式………………………………………………………………… 6
1.3.1 单极性SPWM法………………………………………………………………6 1.3.2 双极性SPWM法………………………………………………………………6
2．单相逆变器的SPWM 控制仿真设计…………………………………………9
2.1 单相逆变电路的拓扑图 ………………………………………………………9 2.2 单相逆变器双极性SPWM的仿真设计…………………………………………9 2.3 单相逆变器单极性SPWM的仿真设计 ………………………………………18 2.4 双极性SPWM与单极性SPWM总结比较………………………………………23
3.结束语 ……………………………………………………………………………24 4.致谢语 ……………………………………………………………………………25 5.参考文献 ……………………………………………………………………… 26
引言
20世纪60年代发展起来的电力电子技术，使电能可以交换和控制，生产了现在各种高效节能的新型电源和交直流调速装置，为工业生产，交通运输等提供了现代化的高新技术，提高了生产效率和人们的生活质量，使人类社会生活发生了巨大的变化。但是在电力电子技术中有关电能的变换与控制过程，内容大多涉及电力电子技术各种装置的分析与大量计算，电能变换的波形分析，测量与绘图等，随着晶闸管所处状态的不同，系统的参数形式也不同，因而传统的计算机语言编程仿真程序冗长，可读性差，调试费时，大量的时间花在矩阵处理和图形的生成分析等繁琐易错的细节上，而这些工作特别适合MATLAB的使用。MATLAB运算功能强大，计算准确又快捷；同时MATLAB提供的动态仿真工具SIMULINK可直接建立电路仿真参数，并且可以立即得到参数修改后的仿真结果，直观性强，省去了编程步骤，实体图形化模型的仿真简单，方便，能节省设计时间与降低成本。MATLAB绘制的图形尤其准确，清晰，精美。电力电子技术领域通常利用MATLAB中的SIMULINK其中的电气系统模块库（Power System Blockser）建立电力电子装置的简化模型并进行控制器的设计和仿真。
现如今，逆变器的应用非常广泛，在已有的各种电源中，蓄电池，、干电池、天阳能电池都是直流电源，当需要这些电源向交流负载供电时，就需要逆变。另外，交流电机调速变频，感应加热电源等使用广泛的电力电子设备，都是以逆变电路为核心。本文利用MATLAB仿真软件对单相桥式逆变SPWM电路进行仿真分析，并得出正确的仿真结果。
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1.单相逆变器SPWM 控制的相关总体介绍
1.1 PWM 控制的基本原理 1.1.1 理论基础
冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。冲量指窄脉冲的面积。效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同。低频段非常接近，仅在高频段略有差异。
a)矩形脉冲 b)三角脉冲 c)正弦半波脉冲 d)单位脉冲函
图1-1-1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲
1.1.2 面积等效原理
分别将如图1-1所示的电压窄脉冲加在一阶惯性环节（R-L 电路）上，如图2-2-1a所示。其输出电流i(t)对不同窄脉冲时的响应波形如图2-2-1b 所示。从波形可以看出，在i(t)的上升段，i(t)的形状也略有不同，但其下降段则几乎完全相同。脉冲越窄，各i(t)响应波形的差异也越小。如果周期性地施加上述脉冲，则响应i(t)也是周期性的。用傅里叶级数分解后将可看出，各i(t)在低频段的特性将非常接近，仅在高频段有所不同。用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波，正弦半波N 等分，看成N个相连的脉冲序列，宽度相等，但幅值不等；用矩形脉冲代替，等幅，不等宽，中点重合，面积（冲量）相等，宽度按正弦规律变化。
上述原理可以称为面积等效原理，它是PWM 控制技术的重要理论基础。 下面分析用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波。图2-1-3 可以看到把半波分成N 等份，就可以把正弦半波看成N 个彼此相连的脉冲序列组成的波形，然后把脉冲序列利用相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲代替，使它们面积相等，就可以得到脉冲序列。根据面积等效原理，PWM 波形和正弦半波是等效的。
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图1-1-2 冲量相同的各种窄脉冲的响应波形
图1-1-3 用PWM 波代替正弦半波
要改变等效输出正弦波幅值，按同一比例改变各脉冲宽度即可。
1.2 PWM 逆变电路及其控制方法
目前中小功率的逆变电路几乎都采用PWM 技术。逆变电路是PWM 控制技术最为重要的应用场合。PWM 逆变电路也可分为电压型和电流型两种，目前实用的几乎都是电压型。
1.2.1 计算法
根据正弦波频率、幅值和半周期脉冲数，准确计算PWM 波各脉冲宽度和间隔，据此控制逆变电路开关器件的通断，就可得到所需PWM 波形。
缺点：繁琐，当输出正弦波的频率、幅值或相位变化时，结果都要变化。
1.2.2 调制法
输出波形作调制信号，进行调制得到期望的PWM 波；通常采用等腰三角波或锯齿波作为载波；等腰三角波应用最多，其任一点水平宽度和高度成线性关系且左右对称；与任一平缓变化的调制信号波相交，在交点控制器件通断，就得宽度正比于信号波幅值的脉冲，符合PWM 的要求。调制信号波为正弦波时，得到的就是SPWM 波；调制信号不是正弦波，而是其他所需波形时，也能得到等效的PWM 波。
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结合IGBT 单相桥式电压型逆变电路对调制法进行说明：设负载为阻感负载，工作时 V1 和 V2 通断互补，V3 和 V4 通断也互补。控制规律：U0正半周，V1通，V2 断，V3 和 V4 交替通断，负载电流比电压滞后，在电压u 正半周，电流有一段为正，一段为负，负载电流为正区间，V1 和V4 导通时，u0 等于ud ，V4 关断时，负载电流通过V1 和VD3 续流，u0 =0，负载电流为负区间，i0 为负，实际上从VD1 和VD4 流过，仍有u0 = Ud，V4 断，V3 通后，i0 从V3 和VD1 续流，u0 =0，u0 总可得到Ud 和零两种电平。u0 负半周，让V2 保持通，V1 保持断，V3 和V4 交替通断，u0 可得−Ud 和零两种电平。
图1-2-1 单相桥式SPWM型逆变电路
单极性PWM 控制方式（单相桥逆变）：在ur 和uc 的交点时刻控制IGBT 的通断，ur正半周，V1 保持通，V2 保持断，当ur > uc 时使V4 通，V3 断，u0 = Ud ，当ur < uc 时使V4 断，V3 通，u0 =0。ur负半周，V1 保持断，V2 保持通，当ur < uc 时使V3 通，V4 断，u0 =−Ud ，当ur > uc 时使V3 断，V4 通，u0 =0，虚线u0f 表示u0的基波分量。波形见图2-2-2。
图1-2-1 单极性PWM 控制方式波形
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同一相上下两臂的驱动信号互补，为防止上下臂直通造成短路，留一小段上下臂都施加关断信号的死区时间。死区时间的长短主要由器件关断时间决定。死区时间会给输出PWM 波带来影响，使其稍稍偏离正弦波。
计算法中一种较有代表性的方法，图2-2-2。输出电压半周期内，器件通、断各3 次（不包括0 和π），共6 个开关时刻可控。为减少谐波并简化控制，要尽量使波形 对称。首先，为消除偶次谐波，使波形正负两半周期镜对称，即：
u(ωt)=-u(ωt+π) (2-1)
其次，为消除谐波中余弦项，使波形在半周期内前后1/4 周期以π/2 为轴线对称。
u(ωt)=u(ωt-π) (2-2)
四分之一周期对称波形，用傅里叶级数表示为：
u(ωt)=∑𝑛=1,3,5,…𝛼𝑛𝑠𝑖𝑛𝑛𝜔𝑡 (2-3)
∞
图2-2-2 特定谐波消去法的输出PWM 波形
式中，αn为𝛼𝑛= 𝜋 [∫0𝑢 (𝜔𝑡) sin nωtdωt]
图2-2-2，能独立控制α1 、α2和 α3 共3 个时刻。该波形的αn 为 𝛼𝑛=𝜋 [∫01
4
𝛼𝑈𝑑
2
4
𝜋2 (𝜔𝑡) sin nωtdωt]+ ∫𝛼1（−
1
𝜋
𝛼
𝑈𝑑2
sin nωt）dωt + 𝛼3 𝑈 2（∫𝛼2𝑑 sin nωtdωt+∫𝛼
232𝑈𝑑𝑛𝜋
−
𝑈𝑑2
sin nωt）dωt]=
（1- 2cos n𝛼1+2𝑐𝑜𝑠 𝑛𝛼2−2𝑐𝑜𝑠 𝑛𝛼3） (2-4) 式中n=1,3,5,…
确定α1 的值，再令两个不同的αn=0，就可建三个方程，求得α1 、α2 和 α3 。
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消去两种特定频率的谐波：
在三相对称电路的线电压中，相电压所含的3 次谐波相互抵消，可考虑消去5 次 和7 次谐波，得如下联立方程： 𝛼1=𝛼5=𝛼7=
2𝑈𝑑𝜋2𝑈𝑑5𝜋2𝑈𝑑7𝜋
（1- 2cos 𝛼1+2𝑐𝑜𝑠 𝛼2−2𝑐𝑜𝑠 𝛼3） （2-5） （1- 2cos 5𝛼1+2𝑐𝑜𝑠 5𝛼2−2𝑐𝑜𝑠 5𝛼3）=0 （2-6） （1- 2cos 7𝛼1+2𝑐𝑜𝑠 7𝛼2−2𝑐𝑜𝑠 7𝛼3）=0 （2-7） 给定𝛼1，解方程可得𝛼1 、𝛼2 和𝛼3 。𝛼1 变，𝛼1 、𝛼2 和𝛼3也相应改变。 一般，在输出电压半周期内器件通、断各k 次，考虑PWM 波四分之一周期对称，k 个开关时刻可控，除用一个控制基波幅值，可消去k－1 个频率的特定谐波， k 越大，开关时刻的计算越复杂。
1.3 SPWM 控制方式
（1）如果在正弦调制波的半个周期内，三角载波只在正或负的一种极性范围内变化，所得到的SPWM 波也只处于一个极性的范围内，叫做单极性控制方式。
（2）如果在正弦调制波半个周期内，三角载波在正负极性之间连续变化，则SPWM波也是在正负之间变化，叫做双极性控制方式。
1.3.1 单极性SPWM法
(1)调制波和载波：红线是正弦调制波，其周期决定于需要的调频比Kf，振幅值决定于Ku,黑线是采用等腰三角波的载波，其周期决定于载波频率，振幅不变，等于Ku=1 时正弦调制波的振幅值，每半周期内所有三角波的极性均相同(即单极性)。调制波和载波的交点，决定了SPWM 脉冲系列的宽度和脉冲音的间隔宽度，每半周期内的脉冲系列也是单极性的。
(2)单极性调制的工作特点：每半个周期内，逆变桥同一桥臂的两个逆变器件中，只有一个器件按脉冲系列的规律时通时通时断地工作，另一个完全截止；而在另半个周期内，两个器件的工况正好相反，流经负载ZL 的便是正、负交替的交变电流。
1.3.2 双极性SPWM法
(1)调制波和载波： 调制波仍为正弦波，其周期决定于Kf，振幅决定于Ku,载波为双极性的等腰三角波，其周期决定于载波频率，振幅不变，与Ku=1时正弦波的振幅值相等。 调制波与载波的交点决定了逆变桥输出相电压的脉冲系列，此脉冲系列也是双极性的，但是，由相电压合成为线电压(Uab=Ua-Ub; Ubc=Ub-Uc; Uca=Uc-Ua)时，所得到的线电压脉冲系列却是单极性的。
(2)双极性调制的工作特点：逆变桥在工作时，同一桥臂的两个逆变器件总是按相电压脉冲系列的规律交替地导通和关断，毫不停息，而流过负载ZL的是按线电压规律变化的交变电流。 如下图所示
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图1-3-1 单极性PWM 控制方式
图1-3-2 双极性PWM 控制方式
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其中：载波比——载波频率 fc 与调制信号频率 fs 之比N，既 N = fc / fs
调制度――调制波幅值Ar 与载波幅值Ac 之比，即m＝As/Ac 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。
❉ 基本同步调制方式，fs 变化时 N 不变，信号波一周期内输出脉冲数固定； ❉ 三相电路中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； ❉ fs 很低时，fc 也很低，由调制带来的谐波不易滤除； ❉ fs 很高时，fc 会过高，使开关器件难以承受。 异步调制***——载波信号和调制信号不同步的调制方式。 ❉ 通常保持 fc 固定不变，当 fs 变化时，载波比 N 是变化的；
❉ 在信号波的半周期内，PWM 波的脉冲个数不固定，相位也不固定，正负半周期的脉冲不对称，半周期内前后1/4 周期的脉冲也不对称；
❉ 当 fs 较低时，N 较大，一周期内脉冲数较多，脉冲不对称产生的不利影响都较小；
❉ 当 fs 增高时，N 减小，一周期内的脉冲数减少，PWM 脉冲不对称的影响就变大。
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2．单相逆变器的SPWM 控制仿真设计
2.1 单相逆变主电路的拓扑图
单相桥式逆变器有四个带反并联续流二极管的IGBT 组成，分别为VT1—VT4,
直流侧有两个串联电容，它们共同提供直流电压Ud，负载为阻感负载，调制电路分别为单相交流正弦调制波形和三角载波组成，其中三角载波和正弦调制波的幅值和频率之比分别被称为调制度Ma 和载波比N，这是SPWM 调制中的两个重要参数。三角载波和正弦调制波相互调制产生四路脉冲信号分别给四个IGBT 提供触发信号。
图2-1-1 单相桥式SPWM 逆变电路
但是在本次设计中并不是采用四个带有反并联续流二极管的IGBT 构成单相桥式 逆变器，而是采用Matlab 软件下SimPowerSystems 中Power Electronics Universal Bridge，这样就对设计来说比较简单方便了。
2.2 单相逆变器双极性SPWM 仿真设计
SPWM 采用的波为频率为fs 的正弦波载波uc 是幅值Ucm，频率为fc 的三角波。载波信号频率fc 与调制信号频率fs 之比称为载波比，可用N 来表示，即N=fc/fs，正弦调制信号与三角载波信号的幅值之比可以定义为调制深度Ma，即Ma=Asm/Acm。
通常采用 us 与uc 相比较的方法生成PWM 信号：当us>uc 时 ,功率开关VT1，VT3导通，逆变电路输出电压uo 等于Ud；当us 通时，uo 等于-Ud。随着开关管以载波频率fc 轮番导通，逆变器输出电压uo 不断在正负Ud 间切换。由于在这种调制方式下，每个开关周期内输出电压波形都会出现正负两种电平，因此成为双极性SPWM。 图2-2-1 双极性示意图 工程上对SPWM 逆变器常采用电压平均值模型进行输出电压的计算。当载波频率远高于输出电压基频且调制深度m 小于等于1 时，可知基波电压u1 的幅值U1m 满足关系式：U1m=mUd,这表明在m 小于等于1 和fc》fs 的条件下，SPWM 逆变输出电压的基波幅值随调制深度m 线性变化。因此通过控制调制信号，可方便地调节逆变器输出电压的频率和幅值。 （1）双极性SPWM 设计过程 设计中不采用IGBT 元件模型，而是采用“Universal Bridge”模块，在对话框中选择桥臂数为2，即可构成单相全桥电路，开关器件选反并联二极管的IGBT；阻感负载分别设为1 Ω 和2mH，直流电压模块设置为E=200V—300V。其模块设置如下图所示 10 图2-2-1 双极性SPWM 模块对话示意图 图2-2-2 三角载波模块设置对话框 11 图2-2-3 双极性SPWM 信号的Simulink 产生图 为了使仿真界面简介，仿真参数易于修改，可以对图3-2-3 进行封装，使其成为一个便于调用的模块。用鼠标选中图中的所有部分，单击右键并选择“Create Subsystem”，则选中的部分全部放入一个子系统模块，只保留了对外的输入输出接口。 右键单击该模块，选择“Mask Subsystem”可对其进行封装。设置Ma，fs 和fc 三个参数并确定后，再单击盖该系统模块则会出现所示的对话框，此时可根据仿真需要填写参数的具体数值。具体所示如下图 图2-2-4 双极性SPWM 模块对话框示意图 12 图2-2-5 双极性SPWM 模块封装设置示意图 （2）分析仿真结果 当E=300V，m=0.9，N=9（即fc=450Hz，fs=50Hz），将仿真时间设置为0.04s，在powergui 中设置为离散仿真模式，采样时间为10−5s，运行后课的仿真结果，输出的交流电压，交流电流和直流电流波形如图3-2-6 所示。输出电压为双极性PWM 型电压，脉冲宽度符合正弦变化规律。就留电流交方波逆变器更接近正弦波。直流电流除了含有直流分量外，还含有两倍基频的交流分量以及与开关频率有关的更高层次的谐波分量。其中的只留部分是想负载提供有功功率，其余部分是的直流电源周期性吞吐能量，为无功电流。 13 图2-2-6 双极性SPWM 单相逆变器E=300V，m=0.9，N=15 时的仿真波形图 图2-2-7 双极性SPWM 单相逆变器E=300V，m=0.9，N=15 的Ub 谐波分析图 14 对输出的交流电压进行FFT 分析，可得频谱图如图3-2-7 所示，基波幅值为269.6V,与公式U1m=mUd 的理论值相差不大，最严重的15 次谐波分量达到极基波的79.18%，值的考虑的是13 次谐波，幅值为基波的30.04%，最高分析频率为3.5KHz 时的THD达到111.76%。当载波为奇数时，不含偶次谐波。由于感性负载的滤波作用，负载上交流电流的THD 为14.39%。 其交流电流的谐波分析图为如下所示: 图2-2-8 双极性单相逆变器E=300V，m=0.9，N=15 Ib 的谐波分析图 图2-2-9 双极性SPWM 单相逆变器交流电流Ib 的谐波分析图 15 图2-2-10 双极性单相逆变器E=300V，m=0.95，N=15 时的仿真波形图 图2-2-11 双极性单相逆变器E=300V，m=0.95，N=15 时Ub,Ib 的谐 波分析图 16 图2-2-12 双极性单相逆变器E=300V，m=0.95，N=18 时的仿真波形图 图2-2-13 双极性SPWM 单相逆变器E=300V，m=0.95，N=18 时Ub,Ib 的谐波分析图 17 由上面变载波比，变调制深度可以有下述结论： 1）输出电压基波幅值与调制深度成正比。当载波比一定，变化调制深度时，当载波频率远大于输出电压基波频率即fc>>fs，且调制深度0 2.3 单相逆变器单极性SPWM的仿真设计 （1）单极性SPWM 设计过程 图2-3-1 单极性SPWM 信号的Simulink 产生图 18 图2-3-2 单极性SPWM 模块封装设置示意图 图2-3-3 单极性SPWM 单相逆变器E=300V，m=0.9，N=15 时的仿真波形图 19 图2-3-4 单极性SPWM 单相逆变器E=300V，m=0.9，N=15 时的仿真波形图2 图2-3-5 单极性SPWM 单相逆变器E=300V，m=0.9，N=15 时Ub,Ib 的谐波分析图 对输出的交流电压进行FFT 分析，谐波分布较双极性情况有明显不同，不再含有开关频率次即15 次谐波，14 次和16 次谐波分别为基波的28.31%和28.36%，值的考虑的最低次谐波为12 次，幅值为基波的19.62%，最高分析频率为3.5KHz 20 的THD 达到60.03%。负载上的交流电流的THD 为8.70%。可见，单极性调制时的谐波性能要优于双极性SPWM。 图2-3-6 单极性 SPWM 单相逆变器E=300V，m=0.95，N=15 时的仿真波形图 21 图2-3-7 单极性SPWM 单相逆变器E=300V，m=0.95， N=15 时Ub,Ib 的谐波分析图 图2-3-8 单极性SPWM 单相逆变器E=300V，m=0.95，N=18 时的仿真波形图 22 图2-3-9 单极性SPWM 单相逆变器E=300V，m=0.95，N=18 时Ub,Ib 的谐波分析图 （2）比较及结论 由上面变载波比，变调制深度可以有下述结论: 1 ) 输出电压基波幅值与调制深度成正比。当载波比一定，变化调制深度时，当 载波频率远大于输出电压基波频率即fc>>fs，且调制深度0＜m≤1 时，基波电压幅值与直流侧电压满足一下关系：Uim=mUd。仿真电路中，m=0.9 时，输出电压基波约为269.8V，m=0.95 时，输出电压基波约为283.8V，它表明，SPWM 逆变输出电压的基波幅值与调制深度成线性变化。因此通过调节控制信号，可以方便的调节逆变器的输出电压的频率和幅值。 2）载波比越高，最低次谐波离基波越远，也就越容易滤波。提高载波比将有效 改善输出电压的质量。 3）输出频率：50Hz，载波比N=18，调制深度m=0.95 时，单极性电压总谐波失真THD=51.75%，负载电流谐波失真THD=7.60%；双极性，电压总谐波失真THD=97.84%， 23 负载电流谐波失真THD=11.86%。可见，就基波性能而言，单极性PWM和双极性PWM 完全一致，但在线性调制的情况下单极性PWM 谐波性能明显优于双极PWM，开关次整数倍谐波消除，最低次谐波幅值比双极性调制小的多，容易滤波。 2.4 双极性SPWM与单极性SPWM总结比较 同时总结两种单相逆变器SPWM 调制方式，可以知道： 1.fs 很高时，fc 会过高，使开关器件难以承受； 2.fs 很低时，fc 也很低，有调制带来的谐波不易滤除。 3.在信号波的半周期内，PWM 波的脉冲个数不固定，相位也不固定，正负半周期的脉冲不对称，半周期内前后1/4 周期的脉冲也不对称； 4.当 fs 较低时，N 较大，一周期内脉冲数较多，脉冲不对称产生的不利影响都较小； 5.当 fs 增高时，N 减小，一周期内的脉冲数减少，PWM 脉冲不对称的影响 就变大。 3.结束语 Matlab仿真技术在这次电力电子建模仿真的设计中已经很好的体现了他在这个领域中的优点，本文通过仿真实验的出来的结果与理论分析的结果波形可以说是基本一致，这更进一步说明了Matlab在电力电子系统仿真研究的实用性和有效性。 通过这次本学期电力电子系统建模及控制课程设计，使我对本课程所学的内容有了一个连贯性，综合性的认识，通过自己的摸索和研究加深了我对理论的理解，同时也提高了我独立的动手能力和分析解决问题的能力，具体说通过本次课程设计使我更加熟练的使用Matlab软件中的Simulink和SimPowerSystem模块 24 库，熟悉掌握了基本电力电子电路的仿真方法，掌握了对电力电子器件各种参数的设定，同时也学会了运用理论知识对实验现象、结果进行分析和处理，增强了我对仿真的学习兴趣。 在这次课程设计的撰写中，我严格按照老师规定的格式，以毕业论文的要求严格的要求自己。通过这次为期一周的课设使我获益匪浅，同时也为我以后毕业论文的撰写工作打下了一定的基础。总之，此次课程设计让我受益匪浅。 4.致谢语 本课程设计是在我的指导老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。她严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。xxx老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想上给我以无微不至的关怀，在此谨向xxx老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。 25 5.参考文献 [1] 徐德鸿. 电力电子建模及控制. 北京：机械工业出版社，2005.11 [2] 刘凤君. 现代逆变技术及应用[M]. 北京: 科学出版社, 2006. [3] 伍家驹, 王文婷, 李学勇, 等. 单相SPWM逆变桥输出电压的谐波 分析[J]. 电力自动化设备, 2008, 28(4): 45-49, 52. [4] 王兆安，刘进军，电力电子技术，机械工业出版社，2009.5 [5] 汤才刚，朱红涛，李莉，陈国桥，基于PWM的逆变电路分析，《现代电子技术》2008年第1期总第264期。 [6] 刘卫国.MATLAB程序设计与应用（第二版）.北京：高等教育出版社，2008. [7] 段慧达，高玉峰. MATLAB应用技术. 北京：清华大学出版社，2007.1 26 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容