三相电压型逆变器的仿真设计.docx

《三相电压型逆变器的仿真设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《三相电压型逆变器的仿真设计.docx（24页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、时间：2021.02.05创作：欧阳科1.1课题由来和探究的意义在近几十年的发展中，逆变电路的应用变的越来越广泛。 但是现实中如蓄电池、太阳能电池等都是直流电，而在工厂、 家庭、交通等领域所用的电中交流电占据了很大的比例，为了 能够给这些负载提供所需电源，就需要使用逆变电路匡。随着电力电子学以及微电子技术的不断创新，相对于传统 的电压型逆变电路，采用了脉冲调制技术不仅可以把直流变成 交流，同时还能够进行调压、调频。作为一个不断创新的革命 力量，凭借着可靠性、成本性能和高效节能等优势，逆变电路 拥有广阔的市场和发展前景2。可以说正是由于逆变电路的不断 发展，脉冲宽度调制技术才有了长足的发展，并在

2、电力电子技 术领域中取得了至关重要的地位。又由于大功率电子设备结构比较复杂，如果直接对装置进 行逆变实验，费用是相当昂贵而且很费时间，因此在发展的过 程中，我们需要利用计算机仿真技术，对设备的运行机制和特 点进行有效性的试验，以达到预测问题并解决问题的同时缩短 研制时间的目的。而Matlab软件拥有强大的数值计算功能以及 直观的Simulink仿真平台，使得复杂电力电子装置在建模仿真方 面成为可能。欧阳科创编2021.02.051.2研究方法和内容本课题将针对现今社会对逆变式电源的需求，按照设计思 路对逆变过程进行剖析，然后利用Matlab仿真软件对逆变系统 进行了设计、建模、Matlab的仿

3、真与谐波分析等。在此之前还 会对设计过程所需要的原理进行一定的分析，以及对所要用的 元器件的也会简要介绍一下。1.3本章小结本次设计根据选题表中的要求，对系统和最终成果进行大 体的描述。阐述了本课题的由来与研究意义以及所要实现的目 的和要求。2 SPWM逆变器原理与分析2.1 SPWM 原理在逆变电力系统中尤其是在中、小型的逆变电力系统中， PWM调制技术的使用是非常广泛的。然所谓的PWM控制技术 就是脉宽调制控制技术，其原理就是利用全控型电力电子器件 （本课题选用的是IGBT）的通断，把直流电压逆变成具有一定形 状的能够满足输出需求的电压脉冲序列，从而在惯性电路中实 现输出电压的变压、变频控

4、制的目的，同时还会在一定程度上 消除谐波，这种技术简称为PWM控制技术。其中面积等效原 则是脉冲控制技术最为基本的理论依据。当冲量相等但是形状 却不相同的窄脉冲如果加在了相同且具有惯性环节的电路上 时，其效果即输出波形基本相似。其中冲量是指窄脉冲的面积。如若用傅立叶变换对各冲量所对应的输出波形进行相关分 析，我们会发现它们是非常的接近，仅仅在高频段有略微的差 异。所谓的SPWM仅仅是在脉冲宽度调制技术的基础上以正 弦波作为调制波，从而在经过适当的滤波之后便能够得到类 似于正弦波的输出波形。其中用来控制开关通断的正弦矩形脉 冲波时往往使用的是正弦波与三角波相交的方式，以此来确定 每个矩形脉冲的宽

5、度。一般我们会使用等腰三角波作为载波， 这是因为在等腰三角波上的任意一个点的水平宽度是与其所对 应的高度成线性相关的，并且能保证波形的左右对称。当它与 任意一个幅值变化不是很大的调制波相交时，在交叉口开关电 路对其进行导通和关断，所得到的脉冲宽度与信号的振幅是成 正比例关系的，这种方法称为自然采样法3。如果使用正弦波进 行调制时，其所输出的波也就是SPWM波了。如果改变调制信 号波的频率或者幅值其电路中所要输出电压的频率或者幅值 也会发生相应的改变。2.2 SPWM逆变电路控制方法目前电源电压型SPWM逆变器使用是最广泛的，脉冲宽度 的控制方法也很多，但主要的有计算方法和调制方法两种，但 计算

6、法在计算过程相当复杂，当所要输出的电压波的频率、幅 值或者相位只要有一个因素发生了变化时，其计算结果就会都 相应发生改变。而调制法就很好的克服了这个缺点，并且还拥 有设计简单等无可比拟的优势。因此，现今调制法应用的最为 欧阳科创编2021.02.05广泛。在调制方法中，一个周期内的载波与正弦波会相交两次， 在交点处控制电路会控制逆变系统中与之相应开关元件各通断 一次。而为了精确的输出SPWM波，就必须计算出这两个交汇 点的确切时间。当正弦波大于载波时开关导通，其脉冲宽度则 为开关元件的导通时间，相对应的，关断时间则称为脉冲间 隙。当载波的频率和幅值发生变化时，脉冲宽度和脉冲间隙时 间也会相应的

7、发生变化。如果使用计算机的话，当处理好调制 算法之后，时间的控制再由定时软件来完成时就会变得很方 便，一般的调制方法往往采取自然采样法或者规则采样法。自然采样法是最为基本的一种采样方法，所得到的波也是 非常接近正弦波的，但是在其求解的过程中，依然要解决复杂 的超越方程，这在采用微机控制时需要花费很多的计算时间， 因此在工程中应用的不是很广泛。而规则采样法是一种比较容 易实现并很实用的一种方法，其方法与自然采样法相似，但计 算量却大大的减少了。与自然采样法不同之处就是规则采样法 的每一个脉冲的中点都被要求与相应的三角波的中点相对称。 而对于三相桥式逆变器电路来说，就应该要形成三相的SPWM 波形

8、，一般来说三相的三角波载波是同一个载波，只是其相位 依次相差120。在PWM调制电路中，载波为接受调制的信号波，设其频 率为fc，而把想要得到的输出波形视为调制信号，设其频率为 fr，两者之比称为载波比，用N来表示。在PWM调制方式中，往往跟据载波比N的数值是否不变即载波与调制信号波同步与 否，我们将其分为异步调制和同步调制两种。2.2.1同步调制同步调节和fc，但是载波比N始终为一个常数，即为同 步调制。采用同步调制有很多优点，其中不但可以保证在输出 的电压半个周期内的矩形脉冲个数是固定不变的，还可以保证 每个周期内信号波输出的脉冲个数以及脉冲相位也基本不发生 改变。在三相PWM逆变系统中，

9、人们通常只会采用一个载 波，此时我们一般会取数值为3的整数倍作为三相PWM逆变 系统的载波比，目的是为了保证三相PWM逆变器输出的波形 是三相对称的。如果载波比为奇数时，则经过同步调制后，系 统输出的波形的正半波与负半波将会始终保持对称，且使输出 的三相波形之间保持120。的对称关系。但是当调制信号为低频 率时，相邻的两个脉冲之间的间距就会变大，谐波相应的也会 变大。若逆变器输出频率很高时，相应的载波频率又会变得过 高，开关器件就会无法正常工作，从而无法得到所要输出的波 形。2.2.2 异步调制如果采用异步调制方式就可以弥补同步调制的不足之处。 与同步调制相反，在异步调制中，在变频系统的变频范

10、围内， 载波和调制信号相异步。一般在调节调制波频率fr时我们会保 持载波频率fc为一个常数，这样在低频段时就会提高载波比。 从而在输出电压半个周期波内，脉冲个数随着调制信号的降低 欧阳科创编2021.02.05反而有所增加，相应地还会减少负载转矩的脉动及噪音，有利 于改善系统的工作性能。但异步调制方式在低频工作时，却失 去了同步调制的优点。当调制信号频率变大时，即载波比N反 而变小，半个周期内的脉冲个数就会减少，这样SPWM脉冲反 而会更加不对称，这时信号波的一个很小的变化都会引起 SPWM脉冲的波动，使得输出的SPWM波与想要输出的正弦波 相差甚远。如果是三相SPWM型逆变器，三相输出的波形

11、对称 性也会变的更糟，因此异步调制方式一般都工作在较高的载波 频率段中。2.3单相电压型SPWM逆变器原理分析主电路为单相全桥逆变电路如图2.1所示。它有四个桥臂，我们把桥臂T1和桥臂T4视为一对，剩下的桥臂二和T3视为 一对，每一对上的两个桥臂同时导通或者同时关断，不为一对 的桥臂是相互交替导通的，其导通宽度为180。其输出的电压 与电流波形图如图2.2所示。当负载如果为阻感性负载时，我们可以使用移相调压的方 式来改变所希望输出电压的幅值。单相全桥逆变电路如图2.1所示。绝缘栅双极型晶体管的触发信号仍然是180正偏、180。 反偏。匚与匚的栅极交替触发，但是T3的基极触发信号比匚落 后e。也

12、就是说t3、t4的栅极信号与t2、匚的栅极触发信号相 位是不同的，t3或者t4导通时，t2或者匚的导通时间向前移动 了 180 e。这样输出的电压的正负脉冲宽度变为e。只要改变 e便可以改变输出的电压数值。在纯电阻的负载时，这种移相欧阳科创编调压方式依然适用。图2.1逆变器主电路图2.2输出波形单相电压型逆变电路的特点是：直流侧为电压源或大电容，这样直流侧电压基本上就没 有波动。输出电压为等幅但不等宽的矩形波，负载的阻抗大小决 定输出的电流值。当负载为阻性或感性时需提供无用功。为了给交流侧向 直流侧反馈的无功功率提供通道，逆变桥各桥臂应并联反馈二 极管。在Simulink的元件模块中IGBT各

13、有一个续流二极管反向 与之并联。在主电路后加了一个滤波电路，其目的是用于滤除 高次谐波，消除谐波对输出电压波形、幅值的影响禹 2.4三相SPWM逆变器的原理分析作为应用最为广泛的三相逆变电路。三相SPWM桥式逆变 电路一般可以认作为是由三个单相的逆变电路所组成如图 2.3 所示。图2.3三相电压型桥式逆变电路三相电压型桥式逆变电路一般采用180。导通的工作方式， 即同一相上的两个桥臂的导通宽度都为180。，同一相位的两个 桥臂为交替导通，非同一相的桥臂导通的角度相互依次相差 120。，这样在不管何时都将会有三个桥臂同时导通。三个桥臂 的导通情况比较复杂，有可能是上面一个桥臂与下面两个桥臂 欧阳

14、科创编2021.02.05同时导通，也有可能是上面两个桥臂与下面一个桥臂同时导 通。由于都是在同一相的上下两个桥臂之间进行换流的，因此 有时也被称为纵向换流。在三相桥式逆变电路中，各晶闸管的导通次序是T1、T2、 T3、T4、T5、T6、T1每个桥臂依次相距60。触发导通。根据桥 臂的导通时间，我们将三相桥式逆变系统分为180。和120。两种 导通型。当逆变电路为180。导通型时，在任意时间点都将有三 个桥臂同时导通，导通时间宽度为180。，同一相的两个桥臂是 相互交替导通的。而在120。导通型逆变电路中，桥臂导通时间 变为120。，且每个瞬间只有两个不同相的桥臂导通，同一相上 的上下两个桥臂

15、不再是互补导通，而是之间有60。的时间间隔， 当某一相上下两个桥臂都没导通时，其感性电流将从该桥臂中 与晶闸管反并联的二极管中续流导通。在三相导通的SPWM桥式逆变电路中，其调制方法往往使 用的是双极性调制方法。U、V、W三相同时公用一个载波uc用 来对SPWM进行控制，三相调制信号波正弦电压波依次设为 Uru、Urv和Urw，它们的相位分别为0。、120。、240。由于U、V、 W各个相的元件的控制规律是完全相同的，现以U相为例进行简 要诠释。当UruUc时，导通T1，由于T4与其同相，是互补导通 的，所以T4是不，则以U相为基准相对于直流电源假设的中点N 的电压U就为U/2。当U UWUN

16、WNUVW二UVN-UWNU(2.1)设负载的中点为N,其与直流电源的设想中点N之间的电 压设为uun,则负载每一相的相电压分别为UUN二UUN-UNNU二U-UVNVNNNU二U-UWNWNNN(2.2)把上面的公式进行整理后，又由于三相电路三相是对称 的 Uuv+Uuw+Uvw二，我们可以得到 Uun = Uun- （Uun+Uvn+Uwn）/3。负载所输出的SPWM相电压波由（2/3）Ud、（- 2/3）Ud、（1/3）Ud、（-1/3）Ud和0五种电平所构成如图2.4所示。图2.4三相电压型桥式逆变电路的工作波形2.5逆变器的谐波分析2.5.1谐波分析伴随着电力电子技术的迅猛发展，电力

17、电子装置日益在各 欧阳科创编2021.02.05个用电领域中得到了广泛的应用，与此同时谐波所造成的危害 也随之变得更加明显，各国对谐波问题都非常的关注。谐波不 仅会降低电能在生产、传输和使用过程中的利用率，还会使电 气设备过热，减少设备的使用寿命，严重的还会导致设备的烧 毁。同样的也会使得电气设备产生振动与噪音，导致控制器件 的自启动，因此消除谐波迫在眉睫。而消除谐波的前提是要掌握谐波的特性，因此就要对其进 行分析。在电力系统的谐波分析中，人们主要采用各种谐波分 析仪对谐波进行分析。但是当而所需分析的谐波次数与基波频 率是相互联系的，当输出为低基波频率时，分析的谐波次数会 变的很高。一般应当采

18、用频带较宽，运算能力强、存储量大的 谐波分析仪表，但是在选择谐波分析仪表时，还要考虑选择合 适的传感器，而传感器的带宽也会使得输入到仪表的信号的有 效带宽与理想的有效宽带有偏差。而Matlab软件中FFT Analysis 不仅能够提供谐波分析的平台而且很好的避免了此类偏差回2.5.2 Powergui FFT 使用方法现在利用Simulink中的FFT Analysis对逆变系统的输出波形 进行谐波分析川。Powergui的功能较为丰富，但是它只能对已经 保存在工作界面(Workspace)里的数据进行分析，该格式是一种 时间结构体，所以要使用到Scope模块。按格式要求将想要进行 分析的数

19、据保存在工作空间，保存完毕后，打开Powergui FFT Analysis Tool，然后在Available Signals选项上选择将要分析的 相关量。再对Fundamental frequency、Max frequency的参数进欧阳科创编2021.02.05行设置，点击“Display”后便可以得到想要的输出频谱分析图。如果想要保存频谱分析图，只需要使用“Save as”，并且可以按 照你所要的图片格式进行保存，可以看到Powergui FFT Analysis Tool是一个非常方便的工具。2.6本章小结本章中简要的介绍了 SPWM的原理，以及单相、三相逆变 器的原理，并描述了谐

20、波分析的意义与Matlab中的FFT工具的 使用方法。为第4章的仿真提供了可靠的理论依据。3 Matlab/Simulink 与元件简介3.1 Matlab/Simulink 简介Matlab所用的是第四代计算机语言系统，其编程运算方式与进行科学运算方式是完全一致的冏。由于它在科学计算、数据 分析、系统建模与仿真等拥有很强的优势，因此目前Matlab受 到各研究领域的关注，并广泛的应用于各个领域。而Simulink 仅仅是Matlab的一个小部件，是一个对系统进行建模、仿真与 分析的软件工具包。由于它的许多功能都是基于Matlab软件平 台，而且又必须要在Matlab平台上才能运行，因此有时也

21、将 Simulink称为Matlab的一个工具箱回。它能够实现动态系统建 模和仿真环境的有机结合，同时还可以根据设计及要求，对系 统进行修改与优化，从而提高系统工作的性能，实现系统的高 效开发。Simulink的中文含义是仿真与链接，是simulation与link两个单词的组合缩写10。Simulink具有如下特点：它是按照设计功能的层次性对系统进行模型分割的，能 够对复杂设计进行分割并进行有效的管理。以框图表示的系统 包含输入、输出，框图中以调用的模块作为程序，以连成的模 块模拟系统11。只要搭建系统模型，设置好仿真参数，便可启动仿真。这时Simulink会自动初始化，并将系统模型转换为数

22、学方程进 行仿真。系统运行后的结果可以直接通过仿真波形进行观察，其 效果与在实验室中利用示波器进行观察的结果是等效的。（4）系统仿真数据可以以*.Mat格式的文件保存，这样其它 相关软件也能处理。（5）模型分析和诊断工具能够保证模型与电路系统的一致 性，并指出模型中的错误所在12。3.2绝缘栅双极晶体管 IGBT介及分析绝缘栅双极晶体管IGBT是现今发展最为迅速、应用最为广 泛的第三代电压驱动型电力电子器件。晶闸管GTR由于电导调制效应使得其拥有很好的通流能力，但是它也有着双极型电流 驱动器件的相应缺陷，比如开关速度却比较慢，且所需驱动功 率也很大，电路比较复杂。而电力MOSFET与晶闸管GT

23、R的特 性是相互互补。绝缘栅双极型晶体管IGBT就是将晶闸管GTR 与电力MOSFET两者的优秀特性综合在了一起，因此其拥有简欧阳科创编2021.02.05易的驱动方式、较大的峰值电流容量、能够自行关断、开关频 率比较高等特性LI。IGBT有如下几个特性：IGBT开关速度快，开关损耗小，且无二次击穿现象。在电压以及电流为相同额定值的情况下，IGBT拥有比较 大的安全工作区，且抗脉冲电流冲击的能力也很大。IGBT在通态时的电压压降往往要比电力MOSFET要低， 尤其是在电流较大的情况下。(4) IGBT的耐压和通流能力高，开关频率也很高。(5) 高输入阻抗，类似于MOSFET的输入特性。3.3整

24、流桥模型整流桥是交流-直流变换的核心部件，在Simulink中有Universal Bridge元件模块网，该模块有4个输入端子和2个输出端子双击后会出现一个对话框，其各个参数如下：Number of bridge arms :桥臂的数量。Port configuration :端口形式，即输入与输出端口的设 置。 Snubber resistance Rs (Ohms):缓冲电阻 Rs,如若消除 缓冲电阻，可将其值设为inf。 Snubber capacitance Cs (F):缓冲电容 Cs,单位 F,以 消除缓冲电容，设为0；若设为纯电阻，则设置为inf。欧阳科创编2021.Resis

25、tance Ron (Ohms)用来设置晶闸管单元的内阻 值，单位为Q。Inductance Lon (H)用来设置晶闸管单元的内电感值， 单位为H。Forward voltage Vf (用来设置晶闸管单元的正向管 压降，单位为V。3.4 PWM发生器PWM发生器是采用PWM技术的控制电路的核心部件。PWM发生器有一个输入端和一个输出端，其功能如下：Signal :s当调制信号作为内部产生模式时，此端子不需 要连接；当作为外部产生模式时，此端子则需连接由用户定义 的调制信号。Pulses主要根据主电路桥臂的结构进行选择，定向的 产生2、4、6、12路的PWM脉冲。双击PWM发生器模块会出现一

26、个对话框，各参数定义如 下：(generator Mode :根据仿真系统的主电路构成选择所对应 的桥式电路。 Carrier frequency (H载波频率，单位 Hz。(3)Internal generation of modulating signa用 来选择 调制信号产生方式，分为内产生方式和外产生方式。Modulation index (0m1)调制索引值m,为载波的欧阳科创编2021.02.05幅值与调制信号波的幅值之比，只有在内产生的方式下才可以 选择，按要求取值在0到1之间。(5) Frequency of output voltage (Hz):输出的频率，单位 Hz，只有

27、在调制信号为内产生的方式时才可以选择。(6) Phase of output voltage (degrees):输出电压的初始相 位。3.5本章小结在本章中简要的介绍了仿真所需的关键元件的相关设置， 并对Matlab进行了描述，为第4章的Matlab的建模提供理论 依据，从而便于相关参数的设置。4 SPWM逆变电路的仿真与分析4.1单相SPWM逆变电路的仿真与分析单相SPWM逆变电路的仿真模型如图4.1所示。图4.1单相SPWM逆变电路的仿真模型相关参数的设定：电路的输入直流电压为100V，输出交流 电的频率为50Hz,电阻R=1Q,电感为1e-6H。使直流电压为 100V,调制信号频率为5

28、0Hz,载波比N=30,其仿真波形如图 4.2所示。图4.2仿真波形图当频率为50Hz时，其一个周期的时间为0.02s,本文中为了 方便观察对比，取时间为0.06s,也就是三个周期，由仿真图我 们可以看出，其电压电流输出波形正好为三个周期，仿真与理论相符。直流电压为100V，调制信号频率设为50Hz，载波比 N=60，其仿真波形图如图4.3所示。图4.3仿真波形图直流电压为200V，调制信号频率为50Hz，载波比N=30， 其仿真波形图如图4.4所示。图4.4仿真波形图直流电压为100V，调制信号频率为100Hz，载波比N=30， 其仿真波形图如图4.5所示。-100 I1111100.010

29、.020.040.050.06时间(s)图4.5仿真波形图从上面的波形图的对比我们不难发现，输出的交流电压的 幅值与输入的直流电压的值成正相关，而与载波比无关。输出 的交流频率由调制信号的频率决定，输出的交流电流与输入的 电压、电感、电阻有关。而载波比决定输出交流电的精度，载 波比越大交流电的精度越好。一方面，由于LC滤波电路的电阻上存在压降，开关管也有 一定的电压降，所以得出的电压幅值要小于期望值。另一方 面，又由于采用SPWM电压型逆变电路中的晶闸管的导通时间 一般都会小于关断时间，于是为避免同一桥臂上的两管子发生 同时导通的事故，通常会将理想SPWM驱动信号过零点时的上 升沿延迟一段时间

30、，但是这样又会产生死区效应15。因此逆变 器的实际输出电压波形与理论上的电压波形相比会有一定的偏 差。当调制索引值即m=0.7，载波比N=30时的谐波如图4.6所 示。我们可以看到，基次谐波的的幅值最大，谐波随着次数的 变大幅值越来越小，在15次谐波的幅值会突然变大，对系统中 的元器件会有很大的干扰，THD（谐波失真）值为94.84%。图4.6谐波分析图当调制索引值即m = 1，载波比N=60时如图4.7所示。图4.7谐波分析图我们可以看见奇次谐波变大了，其他规律没有发生太大的 变化。但是其THD（谐波失真）变为92.31%，可见随着载波比的变 大，谐波失真越来越小，即输出的交流波形精度越来越

31、好，与 之前的波形图分析的结论相一致。当调制索引值即m = 1，载波比N=30时其谐波分析图4.8所 示。图4.8谐波分析图我们就会发现其中的THD变成53.48%，谐波失真变小了。所以调制索引值、载波比对SPWM逆变器的谐波特性有很大的 影响。提高调制深度和载波比都可以很好的改善逆变器的输出 的波形。但是由于载波比的提高的前提是要开关器件的开关速 度能够承受的住，当载波比太高时，系统将会无法正常工作。 另外再加上开关的损耗等因素，开关频率不会太高。4.2三相SPWM逆变器的仿真与分析三相SPWM逆变电路的仿真模型如图4.9所示。图4.9三相逆变电路主电路在仿真电路图中，双击元件，可以对相关元

32、件的特性进行 设置。改变相关的数值，运行并通过Scope模块来显示各个量 的波形变化，以便比较和研究。相关参数的设定如图4.10、图 4.11所示。图4.10 LC滤波器图 4.11 PWM IGBT Inverter 参数设置三相SPWM逆变器的分析方法与单相逆变器的分析方法相 似。当直流电源电压为 200V，载波比N=30，调制索引值 m=0.7,电阻R=1Q,电感L=1e-3H,调制信号的频率为 50Hz。运行Matlab仿真软件，并双击Scope即可得到实际输 出的交流电压波形和交流电流的波形如图4.12所示。图4.12三相输出波形频率为50Hz时，一个时间周期为0.02s,由此可以看

33、出三 相中的每一相的仿真图与理论相符合。再由三相依次相差欧阳科创编2021.02.05120,即一个周期的三分之一时间，约为0.007s,从上面的仿 真图的分析可以知道仿真图是与理论相符。当直流电源电压为 400V，载波比N=30，调制索引值 m=0.7,电阻R=1Q,电感L=1e-3H,调制信号的频率为50Hz 如图4.13所示。图4.13三相输出波形当直流电源电压为 200V,载波比N=30,调制索引值 m=0.7,电阻R=1Q,电感L=1e-3H,调制信号的频率为 100Hz如图4.14所示。图4.14三相输出波形由上面的波形图对比不难发现，输出的相电压的幅度有输 入的直流值决定，而输出

34、的交流频率由调制信号决定。当其他参数不变是，载波比变为N=60如图4.15所示。图4.15三相输出波形同图4.14对比，变化不是很明显，于是我们利用Powergui 中的FFT分析。由于三相逆变器各相的是对称的，每一相分析 的结果是一样的，我们就单一从U相着手。当载波比N=30,调制索引值=0.7时的谐波分析如图4.16 所示。图4.16谐波分析当载波比N=60,调制索引值=0.7时谐波分析如图4.17所 示。图4.17谐波分析欧阳科创编2021.02.05从谐波分析中我们可以发现，随着载波比值的变大，谐波 失真THD值变小，即精度变好。当其他参数不变，调制索引值m = 1时如图4.18所示。

35、图4.18谐波分析对比图4.16,我们会发现随着调制索引值m的增大，谐波 失真THD会不断变小。所以谐波失真THD与载波比N、调制 索引值m成负相关。与单相SPWM逆变系统的结论相一致。从上面的谐波分析可知，当逆变电路工作在足够高的载波 比的情况下，利用正弦信号波对三角波载波进行调制时，所得 到的SPWM波中就不会含有低次谐波，只含有与载波频率成整 数倍的高次谐波。在输出的波形中往往用所含有的谐波的多少 来衡量SPWM控制方法好坏，但这却不是唯一的，比如直流电 压利用率、开关次数的多少也都是很重要的标准。4.3本章小结本章通过Matlab对单相、三相逆变电路的输出电压波形进 行是仿真，并通过改

36、变相关参数的数值后进行波形对比，同时 还对波形进行了谐波失真分析，从而得出哪些因素对输出波形 有哪些影响的结论。使得理论与实际相结合，用实践去检验理 论。由于正弦调制信号的幅值受到三角波的幅值的影响，只能 小于等于三角波的幅值。而且在实际电路的工作中，还需要考 虑功率器件的开通和关断所需要的时间，因此在不采取其他的 修正措施的情况下，调制索引值是不可能达到1的。因此在使 欧阳科创编2021.02.05用正弦波与等腰三角波相比较的调制方法时，实际上所得到的 直流电压利用率往往都会比较低。结束语本课题的仿真设计是在利用Matlab软件的基础上进行的， 当使用了 Matlab软件后，SPWM逆变电路

37、的仿真分析便变得更 加简结明了，而且还节省了很多时间。此次设计简化了 SPWM 信号的生成与驱动，只是简要的介绍了其产生的原理。而把重 点放在了逆变电路系统的设计、建模与仿真，在此基础上对仿 真结果进行了简要的分析与总结。这次历时半个学期的毕业设计对我是一次很好的磨练，我 发现了自身的很多不足之处，知识体系可谓是漏洞百出，实践 经验也是相当的缺乏，理论联系实际的能力有待提高。回顾毕 业设计的这半学期，我感慨颇多。从一开始设计的思绪全无、 举步维艰到现在的毕业设计的最终完成。我不仅巩固了以前所 学过的知识，而且还学到了很多在书本上所没有学到过的知 识。在设计的过程中可以说是困难重重，一些小小的问

38、题就能 挡住我前进的步伐，让我纠结很久。面对一次次的失败，我并 没有放弃，因为态度决定一切，只要坚持下去，就一定会成 功。而在自己看起来没错的的设计一到仿真时，可谓是漏洞百 出，得到的结果有时与预想的结果可谓是千差万别，让我哭笑 不得，正应征了那句俗话“细节决定成败”，只有把握住细节才 能取得成功。欧阳科创编2021.02.05如今，毕业设计基本完成，在设计中遇到的很多问题与挫 折，让我切身领悟到“实践是检验真理的唯一标准”这一真理。致谢本课题是在周香珍老师的精心指导下完成的。她严谨认真 的治学态度和兢兢业业的敬业精神，对我产生了非常深刻的影 响，使我不断促使自己去完成这次毕设，以更高的标准去

39、不断 要求自己。在整个毕业设计阶段，我在各方面都取得了很大的 进步。衷心的感谢导师的关心和指导。在我的毕业设计即将完成之际，我要向周老师表示深深的 致谢和敬意。同时我还要感谢在毕业期间给予我帮助的同学 们。最后，我还要感谢我的父母，是他们对我的关心和鼓励， 使我在求学的路上走的更高更远。由于本人水平有限，不妥之处还恳请老师和同学不吝赐 教。参考文献1 李允先，陈刚.电力电子技术M.北京：中国电力出版社，2007.2 王兆安，黄俊.电力电子技术M.北京：机械工业出版社，2012.3 曹长松，李曼.逆变器SPWM载波频率选取的计算方式J.电力电子技术，2012, 46(5) : 6264.4 张艺

40、东.SPWM逆变器调制方式的研究J.应用技术，2011, 100(3) : 100 - 102.5 Rashid M H. Power electronicsM. Prentice Hall,1988.6 曹立伟，吴胜华，张承胜.SPWM谐波分析的一般方法J.电力电子技术，2002, 36(4):6265.7 陆兵，刘维亭.三相SPWM逆变器的调制建模和仿真J.电子设计工程，2013, 21(1):132134.8 薛定宇，陈阳泉.基于Matlab/Simulink的系统仿真技术与应用M.北京：清华大学出版社，2002.9 黄忠霖.控制系统Matlab计算及仿真M.北京：国防工业出版社，2001.10 熊光愣，沈被娜，宋安澜.控制系统仿真及模型处理M.北京：科学出版社，1993.11 杜欣，林飞.电力电子应用技术的Matlab仿真M.北京：中国电力出版社，2009.12 黄道君，陈怀璨.控制系统CAD及Matlab语言M.北京：电子工业出社，1996.13 贺益康.交流电机调速系统计算机仿真M.杭州：浙江大学出版社，1993.14 陈坚.电力电子学M.北京：高等教育出版社，2002.15 薛向党，李国民，夏长亮.PWM逆变器的控制参数对死区效应的影响J .电气传动.1997, 19(6) ：71l.时间：2021.02.05|创作：欧阳科