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隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，SPWM正弦脈寬調(diào)制法正逐漸被人們熟悉，這項(xiàng)技術(shù)的特點(diǎn)是通用性強(qiáng)，原理簡單。具有開關(guān)頻率固定，控制和調(diào)節(jié)性能好，能消除諧波，設(shè)計(jì)簡單，是一種比較好的波形改善法。它的出現(xiàn)為中小型逆變器的發(fā)展起了重要的推動(dòng)作用。由于大功率電力電子裝置的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，若直接對(duì)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，且代價(jià)高費(fèi)時(shí)費(fèi)力，故在研制過程中需要借助計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，對(duì)裝置的運(yùn)行機(jī)理與特性，控制方法的有效性進(jìn)行試驗(yàn)，以預(yù)測并解決問題，縮短研制時(shí)間。
MATLAB軟件具有強(qiáng)大的數(shù)值計(jì)算功能，方便直觀的Simulink建模環(huán)境，使復(fù)雜電力電子裝置的建模與仿真成為可能。本文利用MATLAB／Simulink為SPWM逆變電路建立系統(tǒng)仿真模型，并對(duì)其輸出特性進(jìn)行仿真分析。首先介紹的是三相電壓型橋式逆變電路原理，其次闡述了SPWM逆變器的工作原理及特點(diǎn)，最后詳細(xì)介紹了三相電壓源SPWM逆變器的建模與仿真結(jié)構(gòu)，具體的跟隨小編一起了解一下。
三相電壓型橋式逆變電路如圖1所示，電壓型三相橋式逆變電路的基本工作方式也是180°導(dǎo)電方式，即每個(gè)橋臂的導(dǎo)電角度為180°，同一相上下2個(gè)橋臂交替導(dǎo)電，各相開始導(dǎo)電的角度依次相差120°。這樣，在任一瞬間，將有3個(gè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通。可能是上面一個(gè)臂下面2個(gè)臂，也可能是上面兩個(gè)臂下面一個(gè)臂同時(shí)導(dǎo)通。因?yàn)槊看螕Q流都是在同一相上下兩個(gè)橋臂之間進(jìn)行的，因此也被稱為縱向換流。當(dāng)urU》uc時(shí)，給上橋V1臂以導(dǎo)通信號(hào)，給下橋臂V4以關(guān)斷信號(hào)，則U相相對(duì)于電源假想中點(diǎn)N’的輸出電壓uUN‘=Ud／2。當(dāng)urU《uc時(shí)，給V4導(dǎo)通，給V1關(guān)斷，則uUN’=Ud／2。V1和V4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)始終是互補(bǔ)的。當(dāng)給V1（V4）加導(dǎo)通信號(hào)時(shí)，可能是V1（V4）導(dǎo)通，也可能是二極管VD1（VD4）續(xù)流導(dǎo)通。
SPWM，他是根據(jù)面積等效原理，PWM波形和正弦波是等效的，對(duì)于正弦波的負(fù)半周，也可以用同樣的方法得到PWM波形。像這種脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形，也稱SPWM波形。就是在PWM的基礎(chǔ)上改變了調(diào)制脈沖方式，脈沖寬度時(shí)間占空比按正弦規(guī)律排列，這樣的輸出波形經(jīng)過適當(dāng)?shù)臑V波就可以得到正弦波輸出。它廣泛的應(yīng)用于直流交流逆變器等。
SPWM法是一種比較成熟的，目前使用較廣泛的PWM法，SPWM法就是用脈沖寬度按正弦規(guī)律變化和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆變電路中開關(guān)器件的通斷，使其輸出的脈沖電壓面積與所希望輸出的正弦波在相應(yīng)區(qū)間內(nèi)的面積相等，通過改變調(diào)制波的頻率和幅值則可調(diào)節(jié)逆變電路輸出的電壓和幅值。
要準(zhǔn)確的生成SPWM波形，就要精確的計(jì)算出這兩個(gè)點(diǎn)的時(shí)間。開關(guān)元件導(dǎo)通時(shí)間是脈沖寬度，關(guān)段時(shí)間是脈沖間隙。正弦波的頻率和幅值不同時(shí)，這些時(shí)間也不同，但對(duì)計(jì)算機(jī)來說，時(shí)間定時(shí)器來實(shí)現(xiàn)。調(diào)制方法可以自己選擇。
SPWM逆變器具有以下特點(diǎn)：
1、電路簡單，主電路結(jié)構(gòu)和方波逆變器一樣，但只用一個(gè)半功率級(jí)就可以實(shí)現(xiàn)輸出電壓、頻率、相位的調(diào)節(jié)；
2、可以使用不可控整流橋，使系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)的功率因數(shù)與逆變器輸出電壓值無關(guān)；
3、可以同時(shí)進(jìn)行調(diào)頻、調(diào)壓，與支流環(huán)節(jié)的原件參數(shù)無關(guān)，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度無關(guān)；
4、可以獲得非常小的諧波含量，理論上諧波分布在載波兩側(cè)。 SPWM是Sine Pulse Width ModulaTIon的英文縮寫，即正弦脈寬調(diào)制，它最早來源于通信中的調(diào)制技術(shù)，其最基本原理是用一種參考波，即調(diào)制波，去和一個(gè)頻率N倍于它的三角波比較，就可以得到一組幅值相等，而脈寬按照調(diào)制波相位、幅值和頻率變化的矩形波，再用這個(gè)波形去控制開關(guān)管的開通于關(guān)斷，就可以得到同樣波形的高壓脈沖。由于參考波通常是正弦波，所以這種技術(shù)通常被稱為正弦脈寬調(diào)制技術(shù)，即SPWM技術(shù)。
1、三相電壓源SPWM逆變器的MATLAB／Simulink建模
SPWM逆變器EDMATLAB／Simulink仿真模型如圖2所示。
2、其他參數(shù)設(shè)置
逆變器的仿真建模如圖2所示，有效值測量模塊RMS設(shè)置其參數(shù)Fundamental frequency（Hz）為50 Hz，電壓設(shè)置為220 V，阻感性負(fù)載R=3，L=0．01三負(fù)載設(shè)置相同。
下面是輸出交流頻率為f=50 Hz，調(diào)制度為m=0．7時(shí)的曲線，逆變器電壓和電流輸出波形如圖3和圖4所示，A相阻感性負(fù)載的電流有效值如圖5所示。
通過上述采用Matlab／Simulink對(duì)三相SPWM逆變器進(jìn)行建模和仿真的過程證明了Matlab／Simulink有良好的用戶界面和模型結(jié)構(gòu)，尤其是Power System Broswer為電氣系統(tǒng)仿真省去了復(fù)雜的過程。它提供了極為有用的電力電子器件模塊，用戶不需要自己編程且不需推導(dǎo)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，建模過程更接近實(shí)際電路設(shè)計(jì)過程，且使用簡便，也對(duì)三相SPWM逆變器有了進(jìn)一步的理解。
在使用Matlab的Simulink進(jìn)行仿真時(shí)，很多時(shí)候波形不能夠快速正確的出現(xiàn)，這時(shí)就需要研究其深層次的原理，同時(shí)要注意Matlab的仿真的一些細(xì)節(jié)。通過適當(dāng)?shù)膮?shù)設(shè)置，選擇能夠滿足的控制方式，運(yùn)用SPWM控制技術(shù)，可以有效減小輸出電壓和輸出電流的諧波分量，改善輸出波形。
