SPWM变频器 Matlab仿真
2011-2012学年第二学期 工作室项目研究报告 研究题目：SPWM变频器Matlab仿真 班级： 姓名： 指导教师： 2012年6月10日 1、 前言 随着现代电力电子技术的发展，变频器输出电压通过调节直流电压范围(PAM)位于输出电压调宽不调幅度的控制模式(PWM)控制方法。 所谓脉宽调制(Pulse Width Modulation—PWM)该技术是指利用全控制电力电子设备的引导和关闭，将直流电压变成一定形状的电压脉冲序列，实现变压、变频控制和消除谐波的技术。 1946年，德国的A.Schonung等人率先提出了脉宽调制变频的思路。他们将通信系统中的调制技术应用于变频调速，为现代交流调速技术的发展和实用开辟了新的道路。40多年来，PWM控制技术经历了一个不断创新和的过程。 目前主要用于实际工程PWM技术是正弦PWM(SPWM)，这是因为变频器输出的电压或电流波形更接近正弦波形。SPWM各种方案可分为电压SPWM、电流SPWM和磁通SPWM电压等三种基本类型SPWM和电流SPWM从电源的角度出发SPWM，磁通SPWM从电机的角度出发SPWM方法。 SPWM变频器的主要特点是： 1、 主电路只有一个可控的功率节，开关元件少，控制线路结构简化； 2、 不可空整流器用于整流侧，电网功率因数与逆变器输出电压无关，基本接近1； 3、 VVVF(Variable Voltage Variable Frequency) 实现同一环节，与中间储能元件无关，变频器的动态响应加快； 4、 通过对SPWM控制模式的控制可以有效地抑制或消除低谐波。 熟悉这篇文章SPWM在变频器工作原理的基础上，通过MATLAB 仿真环境下，运用SIMULINK 电力系统工具箱的各种元件模型建立SPWM变频器电路的模拟模型型进行测试和分析。 熟悉这篇文章SPWM在变频器工作原理的基础上，通过MATLAB 在模拟环境中使用SIMULINK 建立电力系统工具箱各部件模型SPWM变频器电路的模拟模型型进行测试和分析。 可视化图形仿真功能是Simulink在环境中进行。进入Matlab系统打开模块库浏览窗口后，用鼠标左键双击Power SystemBlocks可弹出电力系统工具箱模块库，包括连接元件库(Connectors)，电源库(Electrical Sources)，基本元件库(Elements)，其它元件库(Extra Library)，电机元件库(Machines)，测量元件库(Lvbasure ments)和电力电子元件库(Power Electronics)。这些模块库包含大多数常用电力系统元件的模块。这些模块库包含了大多数常用电力系统元件的模块。使用这些图书馆模块和其他图书馆模块，用户可以轻松直观地建立各种系统模型。 2﹑SPWM变频器的工作原理 1、 电压脉宽调制原理 电压正弦脉冲宽调制方法的基本思想是用一系列等幅不等宽的矩形脉冲波等效正弦波。具体来说，正弦半波分为n等分，然后用相同面积的矩形脉冲代替每等分正弦曲线和横轴周围的面积。矩形脉冲的振幅不变，各脉冲的中点与正弦波每等分的中点重叠。这样，由n等幅不等宽的矩形脉冲组成的波形等于正弦波的半周波形，称为SPWM波形。这样，由n等幅不等宽的矩形脉冲组成的波形等于正弦波的半周波形，称为SPWM波形。 原脉宽调制方法是以正弦波为基准调制波，其调制的信号称为载波SPWM等腰三角形常用作载波。当调制波与载波相交时，逆变器开关器件的开关时间由它们的交点决定。具体方法是当U相调制波电压时ur高于载波电压ut当使相应的开关设备IGBT当输出正脉冲电压时，1导通ur低于ut时使IGBT关闭，输出电压为零。在ur在负半周，桥臂可以通过类似的方法控制IGBT4.输出负脉冲电压序列。改变调制波的频率时，输出电压基波的频率也随之改变；降低调制波的幅值时，输出各段电压脉冲的宽度都变窄，从而使输出电压基波的幅值也相应减小。 2、 SPWM变频器主电路原理图 图1中，由于SPWM输出脉冲振幅相等，因此变频器中的逆变器可以由恒定的直流电源供电，因此交流-直交变频器中的整流器可以使用不可控的二极管整流器。 逆变部分，IGBT1—IGBT六个全空型功率开关装置是逆变器，各有一个连续二极管反并联连接。 图1 变频器工作时IGBT触发的顺序是IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4、IGBT5、IGBT6。总的工作方式和第一桥臂一样IGBT1、IGBT4。 3、 控制电路SPWM脉冲发生原理图 图2 3﹑建立模拟模型 1、 建立模拟模型 在MATLAB -Simulink在环境中建立一个Model文件，按照SPWM电力系统模型中变频器电路的原理图(SimPowerSysterms)选择所需的部件放入Model在平台上，用导线连接原件，模拟电路模型的组成如图3所示： 图3 SPWM变频器模拟模型系统电路 2、 设置模型参数 1)三相电源。对称正弦交流电，幅值为220V，频率为50Hz，Ua,Ub,Uc初始相位分别为0°，-120°，-240°。对称正弦交流电，幅值为220V，频率为50Hz，Ua,Ub,Uc初始相位分别为0°，-120°，-240°。 2)IGBT,默认设置电压测量和实时数字显示。 3)SPWM脉冲发生器调节波频率fr=1Hz，载波频率ft、设置多组幅值比。 四、三个测量模块 V-I Measurement。电压测量设置为phase-to-phase，即线电压。 5)三相负载模块：R=50Ω,L=0H。 6)设置模拟参数。模拟周期为5秒。采用数值算法ode23tb，其他使用默认参数。 4﹑模拟结果分析 为了通过软件获得正确的输出准确的电压平均值，设置SPWM脉冲发生器的调制波频率fr为1Hz，故周期为1s,在MATLAB设置模拟周期为1的整数倍，以获得准确的电压平均值。改变载波频率ft与调制波幅值与载波幅值之比M，得到如下仿真结果： 1、当ft=10，M=0.1.三相电压输出波形如图4所示UV波形如图5 图4ft=10，M=0.13相电压输出波形 Ua、b、c=218.6V 图5 ft=10，M=0.1 UV电压波形 电压UV=158.2V 2、当ft=20，M=0.1.三相输出波形如图6所示UV波形如图7 图6 ft=20，M=0.13相电压输出波形 Ua、b、c=218.8V 图7 ft=20，M=0.1 UV电压波形 电压UV=111.7V 3、 当ft=10，M=0.5时，三相输出波形如图8所示UV波形如图9 图8 ft