单双极性SPWM单相桥电压型逆变电路课程设计单极性

单双极性SPWM单相桥电压型逆变电路课程设计单极性

单极性PWM控制方式

调制信号ur为正弦波，载波uc在ur的正半周为正极性的三角波，在ur的负半周为负极性的三角波。

在ur的正半周，V1保持通态，V2保持断态。 当ur>uc时使V4导通，V3关断，uo=Ud。 当ur<uc时使V4关断，V3导通， uo=0。 在ur的负半周，V1保持断态，V2保持通态。

当ur<uc时使V3导通，V4关断uo=-Ud。

当ur>uc时使V3关断，V4导通， uo=0。

主电路在每个开关周期内输出电压在正和零（或负和零）间跳变，正、负两种电平不会同时出现在一个开关周期内，故称为单极性SPWM。

七、单极性SPWM调制分析

载波比和调制深度的定义与双极性SPWM相同。它不适于半桥电路，而双极性SPWM在半桥、全桥电路中都可以使用。

与双极性SPWM相同，在m<=1和fc>>f的条件下，单极性SPWM逆变电路输出的基波电压u1的幅值U1m满足如下关系：

U1m=mUd 即输出电压的基波幅值随调制深度m线性变化，故其直流电压利用率与双极性时也相同。

就基波性能而言，单极性SPWM和双极性SPWM完全一致，但在线性调制情况下它的谐波性能优于双极性调制：开关次整数倍谐波消除，值得考虑的最低次谐波幅值较双极性调制时小得多，所需滤波器也较小。

八、建立单极性SPWM仿真模型

单极性SPWM触发信号产生图：

为[1 0 1]。

对脉冲电路进行封装：

触发电路中三角载波（Triangle）参数设置：“Time Values”为[0 1/fc/2 1/fc]，“Output Values”

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单极性SPWM主电路：

触发电路参数设置：Ud=300v，R=1欧，L=2mH

九、进行单极性SPWM仿真

1、 仿真时间设为0.06s 键入MATLAB语言命令：

>> subplot(4,1,1)

>> plot(b.time,b.signals(1).values)

>> subplot(4,1,2)

>> plot(b.time,b.signals(2).values) >> subplot(4,1,3)

>> plot(b.time,b.signals(3).values) >> subplot(4,1,4)

>> plot(b.time,b.signals(4).values) >> subplot(3,1,1)

>> plot(c.time,c.signals(1).values) >> subplot(3,1,2)

>> plot(c.time,c.signals(2).values) >> subplot(3,1,3)

>> plot(c.time,c.signals(3).values)

单双极性SPWM单相桥电压型逆变电路课程设计单极性

仿真结果如下：

单极性SPWM单相逆变器m=0.8，N=15时的仿真波形图 仿真结果分析：

输出电压为单极性SPWM型电压，脉冲宽度符合正弦变化规律。直流电流同样含有直流分量，2倍基频的交流分量以及与开关频率有关的更高次谐波分量。但负载电流以开关频率向直流电与回馈的情况较双极性调制时大大减少，因此直流电流的开关次谐波大大小于双极性情况。

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由图可知：

基波幅值为238.7，与式U1m=mUd 的理论值接近。即输出电压的基波幅值随调制深度m线性变化，故其直流电压利用率与双极性时也相同。谐波分布较双极性情况有明显不同，不在含有开关次即15次谐波，14和16次谐波为基波的39.6%左右。值得考虑的最低次谐波12次，其幅值为基波的17.55%。可见值得考虑的最低次谐波幅值较双极性调制时小，所需滤波器也较小。最高分析频率为3.5KHz时的THD达到72.92%。负载上交流电流的THD为8.06%。可见，在线性调制情况下单极性调制时的谐波性能优于双极性SPWM调制。

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2、 将调制深度设为0.95。

键入MATLAB语言命令：

>> subplot(4,1,1)

>> plot(b.time,b.signals(1).values) >> subplot(4,1,2)

>> plot(b.time,b.signals(2).values)

>> subplot(4,1,3)

>> plot(b.time,b.signals(3).values) >> subplot(4,1,4)

>> plot(b.time,b.signals(4).values) >> subplot(3,1,1)

>> plot(c.time,c.signals(1).values) >> subplot(3,1,2)

>> plot(c.time,c.signals(2).values) >> subplot(3,1,3)

>> plot(c.time,c.signals(3).values)

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仿真结果如下：

单极性SPWM单相逆变器m=0.95，N=15时的仿真波形图

仿真波形分析：交流电压的中心部分加宽。

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对输出的交流电压进行FFT分析，可得频谱图：

由图可知：

基波幅值增加到283.5V。输出电压中依然不含15次谐波，但12次谐波有所增加，为基波的20.71%；14和16次谐波有所降低，为基波的23.45%。交流电压THD降为54.15%。交流电流的THD也降到5.95%。

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对输出的交流电流进行FFT分析，可得频谱图：

3、 将载波频率设为1050Hz,即N=21。

键入MATLAB语言命令：

>> subplot(4,1,1)

>> plot(b.time,b.signals(1).values) >> subplot(4,1,2)

>> plot(b.time,b.signals(2).values)

>> subplot(4,1,3)

>> plot(b.time,b.signals(3).values) >> subplot(4,1,4)

>> plot(b.time,b.signals(4).values) >> subplot(3,1,1)

>> plot(c.time,c.signals(1).values) >> subplot(3,1,2)

>> plot(c.time,c.signals(2).values) >> subplot(3,1,3)

>> plot(c.time,c.signals(3).values)

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仿真结果如下：

单极性SPWM单相逆变器m=0.95，N=21时的仿真波形图

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对输出的交流电压进行FFT分析，可得频谱图：

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由图可知：

SPWM逆变器的谐波特性也与载波特性有着密切关系。值得考虑的最低次谐波增加到18次，其幅值为基波的20.62%，但较双极性调制时小。开关次整数倍谐波消除，不含21次谐波。20和22次谐波为基波的23%左右。 同双极性SPWM一样，载波比越高，最低次谐波离基波便越远。交流电压的THD减为51.42%，交流电流的THD只有4.13%，其正弦度更好。同双极性SPWM一样，若进一步提高载波频率，则负载电流更加接近于正弦波形。

对输出的交流电流进行FFT分析，可得频谱图：

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十、总结

PWM控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术，即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。PWM控制技术在逆变电路中的应用最为广泛，对逆变电路的影响也最为深刻，现在大量应用的逆变电路中，绝大部分都是PWM型逆变电路。

采用正弦调制（SPWM）的的单相全桥逆变电路，当载波频率远高于输出电压基频且调制深度m<=1时，可知基波电压U1的幅值满足关系：U1m=mUd。它表明在m<=1和fc>>f的条件下，SPWM逆变器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。在线性调制区内，m=1时输出电压的基波幅值达到最大，即Ud。与单相方波逆变器相比，SPWM逆变器的直流利用率只有其0.7854倍。

SPWM逆变电路可以使输出电压、电流较方波逆变电路跟接近正弦波，但由于使用了载波对正弦信号波调制，会产生和载波有关的谐波分量。这些谐波分量的频率和幅值是衡量PWM逆变电路性能的重要指标之一。单相桥式双极性SPWM逆变电路所包含的谐波角频率为 n c k

r

式中，n=1,3,5, 时，k=0,2,4, ；n=2,4,6, 时，k=1,3,5,

其SPWM波中不含有低次谐波，只含有角频率为wc及其附近的谐波，以及2wc、3wc等及其附近的谐波。幅值最高影响最大的是角频率为wc的谐波分量。随调制深度的增加，其幅值的相对值逐渐减小。输出电压中最靠近基频的低次谐波是n=1时的下边带，由于这一边带衰减很快，值得考虑的低次谐波大致在N—2次。可见，载波比越高，最低次谐波离基波便越远，也就越容易进行滤波，故提高载波比将有效改善输出电压的质量。

单极性SPWM不适于半桥电路，而双极性SPWM在半桥、全桥电路中都可以使用。与双极性SPWM相同，在m<=1和fc>>f的条件下，单极性SPWM逆变电路输出的基波电压u1的幅值U1m满足关系：U1m=mUd。即输出电压的基波幅值随调制深度m线性变化，故其直流电压利用率与双极性时也相同。就基波性能而言，单极性SPWM和双极性SPWM完全一致，但在线性调制情况下它的谐波性能优于双极性调制：开关次整数倍谐波消除，值得考虑的最低次谐波幅值较双极性调制时小得多，所需滤波器也较小。

十一、参考文献

1、《电力电子技术》 第五版 王兆安 刘进军 主编 机械工业出版社 2、《电力电子应用技术的MATLAB仿真》 林飞 杜欣 编著 中国电力出版社

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/n39h.html