单相逆变器SPWM调制技术的仿真

课程设计(论文)任务书电气学院学院11电力牵引专业（3）班一、课程设计(论文)题目单相逆变器SPWM调制技术的仿真二、课程设计(论文)工作自2014年6月16日起至2014年6月20日止。三、课程设计(论文)地点:电气学院机房四、课程设计(论文)内容要求：1．本课程设计的目的（1）熟练掌握MATLAB语言的基本知识和技能；（2）熟悉matlab下的simulink和simpowersystems工具箱；（3）熟悉构建单相桥式逆变器SPWM单极性和双极性调制的仿真模型；（4）培养分析、解决问题的能力；提高学生的科技论文写作能力。2．课程设计的任务及要求1）基本要求：（1）要求对主电路和脉冲电路进行封装，并对调制度和载波比参数进行封装；（2）仿真参数为：E=100-300V;Ma=N=9-21;h=，其他参数自定；（3）给出调制波原理图、相电压、相电流、线电压、不同器件所承受的电压波形以及频谱图，要求采用subplot作图；（4）选取不同参数进行仿真，比较仿真结果有何变化，给出自己的结论。（5）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）创新要求：封装使仿真模型更加美观、合理3）课程设计论文编写要求（1）要按照课程设计模板的规格书写课程设计论文（2）论文包括目录、正文、心得体会、参考文献等（3）课程设计论文用B5纸统一打印，装订按学校的统一要求完成4）答辩与评分标准：（1）完成原理分析：20分；（2）完成设计过程：40分；（3）完成调试：20分；（4）回答问题：20分；5）参考文献：[1]刘凤君.现代逆变技术及应用[M].北京:科学出版社,2006.[2]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.[3]王兆安，刘进军，电力电子技术，机械工业出版社，[4]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。[5]刘卫国.MATLAB程序设计与应用（第二版）.北京：高等教育出版社，2008.6）课程设计进度安排内容天数地点构思及收集资料2图书馆编程设计与调试2实验室撰写论文2图书馆、实验室学生签名：2011年6月25日课程设计(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）翻译能力（20分）：优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）；（5）回答问题（20分）：优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）；（6）格式规范性及考勤是否降等级：是（）、否（）(7)总评分数优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）；评阅人：职称：年月日目录1.引言.....................................错误!未定义书签。2.软件介绍.................................错误!未定义书签。3.电力电子电路的仿真实验系统设计...........错误!未定义书签。实验系统总体设计.........................错误!未定义书签。电力电子电路SIMULINK仿真，具有以下特点....错误!未定义书签。4.单相逆变器SPWM调制技术的仿真............错误!未定义书签。单相逆变器SPWM调制电路的基本结构图.....错误!未定义书签。单相逆变器SPWM调制电路的工作原理.......错误!未定义书签。逆变器SPWM调制原理...................错误!未定义书签。SPWM控制方式.........................错误!未定义书签。单相逆变器SPWM调制电路的SIMULINK模型....错误!未定义书签。单极性SPWM仿真的模型图................错误!未定义书签。单极性SPWM仿真的模型图................错误!未定义书签。模型参数的设定模型仿真图及其分析........错误!未定义书签。单极性SPWM仿真........................错误!未定义书签。双极性SPWM仿真........................错误!未定义书签。5.结束语...................................错误!未定义书签。6.参考文献.................................错误!未定义书签。单相逆变器SPWM调制技术仿真的课程设计[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的数学及设计提供了有效的工具。[关键词]：单相逆变SPWM技术MATLABSIMULINK仿真分析1.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（PowerSystemBlockser）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。2.软件介绍MATLAB环境（又称MATLAB语言）是由美国NewMexico大学的CleveMoler于1980年开始研究开发的，1984年由CleveMoler等人创立的MathWorks公司推出的第一个商业版本。经过几十年ATLAB的发展，竞争和完善，现已成为国际公认最优秀的科技应用软件。ATLAB语言的两个最着名特点，即其强大的矩阵运算能力和完善的图形可视化功能，使得它成为国际控制界应用最广的首选计算机工具。在控制界，很多知名学者都能为其擅长的领域写出了工具箱，而其中很多工具箱已成为该领域的标准。MATLAB具有对应学科极强的适应能力，很快成为应用学科计算机辅助分析，设计，仿真，教学甚至科技文字处理不可缺少的基础软件。MATLAB命令和矩阵函数是分析和设计控制系统时经常采用的。MATLAB具有很多预定含义的函数，供用户在求解许多不同类型的控制问题时调用。SIMULINK是MATLAB提供的一个用来对动态系统进行建模，仿真和分析的软件包。Simulink界面友好，他为用户提供了用方框图进行建模的图形接口，用户建模通过简单的单击和拖运就能实现，使得建模就像用纸和笔来画面一样容易。他与传统的仿真软件包相比，具有更直观，方便，灵活的优点。SIMULINK允许用户定制和创建自己的模块。SIMULINK模块库内资源相当丰富，基本模块库包括连续系统，离散系统非线性系统，信号与函数，输入模块，接收模块等等，使用方便。由基本模块又形成了其他的一些专业库，使仿真起来简单快捷，尤其是其中的电气系统模块库（PowerSystemBlockser），可以使电力电子技术的仿真变得更加容易。在建成模型结构后，就可以启动系统仿真功能来分析系统的动态特性。启动仿真后，SIMULINK通过鼠标操作就可以实现在线修改参数，改变仿真算法，暂停/继续或停止仿真，不需要其他的复杂操作。3.电力电子电路的仿真实验系统设计实验软件中提供了典型电力电子电路（如整流电路、触发电路、有源逆变电路、交流变换电路、直流斩波电路等）的数学模型，可供实验使用，同时也可以自己设计模型完成不同功能的实验任务。实验系统总体设计电力电子电路的Simulink仿真流程如下：数学建模阶段——模型转换阶段——运行仿真阶段——分析仿真结果数学建模阶段：将实际对象的动态特性用微分方程、传递函数、状态方程或结构图等方式描述出来。模型转换阶段：在Matlab环境下选择仿真算法将数学模型转化成能被计算机接受的离散化模型，即仿真模型。建立模型后，设定每个模块参数。运行仿真阶段：在Simulink环境下设置仿真参数，包括仿真时间，仿真步长，误差值等，采取快速仿真算法，既能达到实时仿真的目的，又能满足一定的精度要求。分析仿真结果：使用Scopes可以观察仿真结果。并且能在仿真运行过程中随时改变参数，观察变化情况。电力电子电路Simulink仿真，具有以下特点电力电子电路实验系统的Simulink仿真，具有以下特点：（1）仿真研究方法简单、灵活、多样。该仿真实验在仿真时还可以任意参数调整，体现了仿真研究和数学的方便性和灵活性（2）仿真结果直观。通过仿真研究可以得到有关系统设计的大量、充分而且直观的曲线与数据，方便对系统进行分析、改进。4.单相逆变器SPWM调制技术的仿真单相逆变器SPWM调制电路的基本结构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，直流侧由两个串联电容，他们共同提供直流电压Ud，负载为阻感负载，调制电路分别由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和载波频率，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六个IGBT提供触发信号。图1单相桥式SPWM型逆变电路单相逆变器SPWM调制电路的工作原理4.2.1逆变器SPWM调制原理PWM控制技术在逆变电路中的应用十分广泛，目前中小功率的逆变电路几乎都采用了PWM技术。常用的PWM技术主要包括：正弦脉宽调制(SPWM)、选择谐波调制（SHEPWM）、电流滞环调制（CHPWM）和电压空间矢量调制（SVPWM）。PWM（PulseWidthModulation）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的波形。PWM控制技术的重要理论基础是面积等效原理，即：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。图1中各个形状的窄脉冲在作用到逆变器中电力电子器件时，其效果是相同的，正是基于这个理论。a)矩形脉冲b)三角脉冲c)正弦半波脉冲d)单位脉冲函图2形状不同而冲量相同的各种窄脉冲图2图3分析如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波。把正弦半波分成N等分，就可以把正弦半波看成由N个彼此相连的脉冲序列所组成的波形。如果把这些脉冲序列用相同数量的等幅不等宽的矩形脉冲代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点重合，且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积（冲量）相等，就可得到图2所示的脉冲序列，这就是PWM波形。像这种脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形，也称为SPW