基于PWM技術(shù)的逆變器設(shè)計(jì)及Matlab仿真

刁俊濤

摘要：PWM控制技術(shù)是逆變電路中應(yīng)用最廣泛的技術(shù)，逆變電路則是PWM控制技術(shù)最為重要的應(yīng)用場(chǎng)合。課題研究基于PWM技術(shù)逆變器的原理，用Matlab軟件建立基于PWM技術(shù)逆變器的電路結(jié)構(gòu)模型，設(shè)置好相關(guān)參數(shù)，并用Matlab里的Simulink模塊進(jìn)行仿真，并對(duì)仿真結(jié)果的圖形進(jìn)行分析，利用MATLAB的可視化仿真工具Simulink建立該電路模型進(jìn)行分析，簡(jiǎn)單、直觀(guān)，適合電力電子技術(shù)的教學(xué)及其研究工作。

關(guān)鍵詞：PWM；逆變器；Simulink；仿真

一、課題來(lái)源及設(shè)計(jì)思路

PWM控制技術(shù)是逆變電路中應(yīng)用最廣泛的技術(shù)，逆變電路則是PWM控制技術(shù)最為重要的應(yīng)用場(chǎng)合。課題研究基于PWM技術(shù)逆變器的原理，用Matlab軟件建立基于PWM技術(shù)逆變器的電路結(jié)構(gòu)模型，設(shè)置好相關(guān)參數(shù)，并用Matlab里的Simulink模塊進(jìn)行仿真，并對(duì)仿真結(jié)果的圖形進(jìn)行分析，利用MATLAB的可視化仿真工具Simulink建立該電路模型進(jìn)行分析，簡(jiǎn)單、直觀(guān)，適合電力電子技術(shù)的教學(xué)及其研究工作。

二、自建注意問(wèn)題

如果要觀(guān)察模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，右鍵模塊，然后選擇Look Under Mask即可。編輯模塊封裝選擇Edit Maks。

把要封裝的東西全部用鼠標(biāo)框起來(lái)，選擇Edit中的Creat Subsystem就可以將選中的東西封裝起來(lái)了。左鍵單擊模塊，用Edit中的Mask Subsystem即可進(jìn)行模塊的封裝。同樣用Edit下的Look Under Mask即可觀(guān)察模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

三、自建模塊圖形

由圖1可知，當(dāng)調(diào)制信號(hào)的正弦波Ur大于三角載波Uc時(shí)，逆變器輸出高電平，否則，輸出低電平，可設(shè)計(jì)如圖2觸發(fā)電路，以A相電路上下橋臂為例。

圖中用了兩個(gè)邏輯比較器Relational Operator來(lái)比較兩列輸入波形的大小，Relational Operator的工作原理是，符合圖中邏輯關(guān)系時(shí)，輸出1；反之，輸出0。

當(dāng)調(diào)制比為0.8，載波比為12，仿真時(shí)間為0.04s時(shí)，有以下輸出波形，如圖第一欄為輸入的調(diào)制波和載波信號(hào)，第二欄為A相電路上橋臂開(kāi)關(guān)信號(hào)，第三欄為A相電路下橋臂開(kāi)關(guān)信號(hào)，與上橋臂反相。同時(shí)可以看到，當(dāng)調(diào)制波比三角載波大時(shí)上橋臂的開(kāi)關(guān)信號(hào)為1，開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，當(dāng)調(diào)制波比三角載波小時(shí)上橋臂的開(kāi)關(guān)信號(hào)為0，開(kāi)關(guān)管關(guān)閉，上下橋臂交替導(dǎo)通，形成逆變，如圖2。

四、載波頻率與輸出電壓頻率改變對(duì)波形的影響

1.將載波頻率設(shè)置為1080Hz，將輸出電壓的頻率設(shè)置為國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的50Hz后，所得波形如圖3所示（仿真時(shí)間設(shè)置為0.05s）。

2.將Discrete PWM Generator模塊中的載波頻率由原來(lái)的1080Hz提高至3240Hz。所得波形如圖4所示（仿真時(shí)間設(shè)置為0.05s）。

3.載波頻率為1080Hz，將輸出電壓的頻率提高為100Hz后的波形（仿真時(shí)候設(shè)置為0.05）。

圖5與圖4比較得到，改變輸出電壓后可以注意到，波紋相對(duì)于50Hz時(shí)變小了，但由于每半個(gè)周期內(nèi)的脈沖個(gè)數(shù)減小了一半，所以仿正弦的效果大大下降了，可見(jiàn)如若提高輸出電壓的頻率后，不改變載波頻率，逆變效果會(huì)打折扣。

4.載波頻率為3240Hz，輸出電壓頻率為100Hz時(shí)的仿真圖形（仿真時(shí)間設(shè)置為0.02s）。

圖6與圖3比較得到，在提高了輸出電壓頻率的同時(shí)，成比例的提高載波頻率，便可以使得仿正弦波保持原來(lái)的波形質(zhì)量。

通過(guò)仿真，比較分析，得出載波頻率與輸出電壓頻率改變對(duì)輸出的影響的結(jié)論：

在電壓輸出頻率一定的情況下，載波頻率的大小決定了每個(gè)周期內(nèi)的仿正弦的脈沖個(gè)數(shù)，即決定了正弦波形的仿制質(zhì)量。電壓輸出頻率影響紋波的大小。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳賢明，呂宏水，劉國(guó)華，劉水，朱曉東.單周控制的三相PWM逆變器仿真研究[J]，江蘇：大功率變流技術(shù)，2009，06.

[2]湯才剛，朱紅濤，李莉，陳國(guó)橋.基于PWM的逆變電路分析[J]， 山西：現(xiàn)代電子技術(shù)分析，2007，07.

[3]朱南，張理兵，葉衛(wèi)川，徐俊佩.基于MATLAB的單相PWM逆變電路的仿真研究[J]，浙江：電工研究，2009，06.