三相pwm逆变器设计

范文一：三相pwm逆变器设计

是电流互感器检测。电流互感器检测在保持良好波形的同时还具有较宽的宽带, 电流互感器还提供了电气隔离, 并且检测电流小损耗也小。电流互感器的作用是可以把数值较大的一次电流通过一定的变比转换为数值较小的二次电流, 用来进行保护、测量等用途。

2、电压互感器

电压互感器是一个带铁心的变压器。它主要由一、二次线圈、铁心和绝缘组成。当在一次绕组上施加一个电压 U1时,在铁心中就产生一个磁通 φ,根据电磁感应定律,则在二次绕组中就产生一个二次电压 U2。改变一次或二次绕组的匝数, 可以产生不同的一次电压与二次电压比, 这就可组成不同比的电压互感器。其工作原理与变压器相同, 基本结构也是铁心和原、副绕组。特点是容量很小且比较恒定, 正常运行时接近于空载状态。电压互感器的作用是把高电压按比例关系变换成 100V 或更低等级的标准二次电压,供保护、计量、仪表装置使用。同时,使用电压互感器可以将高电压与电气工作人员隔离。

图 7 电流检测电路电压检测电路

3、给定电压

因为给定积分器比较难实现,所以电路中直接给 12V 的电压代替给定积分

器,如图 8

所示。

图 8 给定电压

、仿真与分析

Pwm 变换器电流和电压的波形

四.心得体会及建议

经过两个星期的课程设计,的确收获了很多,感觉自己对三相 pwm 逆变器

有了很深的认识。因为把平时所学的知识应用于实践真的会遇到很多问题, 当然也会发现有很多乐趣在其中。可以说整个设计中最麻烦的就是把一些课本中学到的知识在 Matlab 中进行仿真得到正确的结果。这个过程是十分繁琐的,也是很锻炼人的。通过本次课程设计, 我学会了使用 Matbal 软件仿真集成环境 Simulink 进行仿真的基本操作方法, 也对三相 pwm 逆变器的工作原理, 双闭环控制电路的工作原理,而且还学会了 Protel 99SE的使用。

此次三相 pwm 逆变器的设计中也存在一定的问题, 发现了自己的很多不足之处, 自己知识的很多漏洞, 看到了自己的实践经验还是比较缺乏, 理论联系实际的能力还需要提高。专业设计是培养学生综合应用所学知识、发现、提出、分析和解决实际问题锻炼实际能力的主要环节, 是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程, 随着科学技术发展的日新日异, 电子技术已经成为当今世界空前活跃的领域, 在生活中可以说得是无处不在。因此作为大学生来说, 掌握电子的开发技术是十分重要的。

回顾此次专业设计, 至今我仍感慨颇多, 在过去的两个星期里, 可以说是苦多于甜, 但是可以学到很多的东西, 同时不仅可以巩固了以前所学过的知识, 而且学到了很多在书本上没有学到过的知识。在设计的过程中遇到问题, 可以说是困难重重, 难免会遇到各种各样的问题, 比如有时候被一些小的、细的问题挡住看前进的步伐, 让我总是为解决它而花费很长的时间, 最后还要查阅其他的书籍才能找到解决的办法。

学海无涯, 学无止境。此次专业设计让我学到了很多专业知识, 但是还有很多地方领悟不到位, 由于 pwm 控制信号的产生比较复杂, 我查阅了很多资料, 尝试过用不同的方法产生,比如分立元件,集成芯片,最终选择了用 SG3525集成芯片, 电路接线虽然很复杂, 但是其能实现的功能很强大, 以后还需进一步学习运用。最后尝试用 protel 设计画出部分的实际电路版图。

当然最关键的还是要靠自己亲自去领会思考如何解决问题, 掌握独自面对问题分析问题的方法。不少人抱怨在大学学不到东西, 我并不这样认为。我想无论是在学习还是在生活上只有自己真正用心去学习和参与采可能有收获, 这也算是本次三相 pwm 逆变器课程设计给我知识之外的一点小小的感悟。总之本次课程设计的收获确实很多,很珍惜这样的机会,因为可以锻炼自己提升自己。

这次的课程设计终于顺利完成了, 在设计中遇到了很多问题, 最后在努力下终于迎刃而解。同时发现了还有很多工具及理论以后待学习。此次课程设计培养了我严谨科学的思维,通过它架起理论与实际的桥梁。

五、参考文献

1、陈伯时,电力拖动自动控制系统,机械工业出版社, 2000.

2、陈坚,电力电子学-电力电子变换和控制技术,高等教育出版社, 2002

3、刘志刚,电力电子学,清华大学出版社, 2004

4、薛定宇, 基于 Matlab/Simulink的系统仿真技术与应用, 清华大学出版社, 2006 六、附录

范文二：pwm逆变器matlab仿真

课程设计任务书

学生姓名: 专业班级:

指导教师: 工作单位:

题目: PWM逆变器Matlab仿真

初始条件:

输入110V直流电压;

要求完成的主要任务: (包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求)

1、得到输出为220V、50Hz单相交流电;

2、采用PWM斩波控制技术;

3、建立Matlab仿真模型;

4、得到实验结果。

时间安排:

课程设计时间为两周，将其分为三个阶段。

第一阶段:复习有关知识，阅读课程设计指导书，搞懂原理，并准备收

集设计资料，此阶段约占总时间的20%。

第二阶段:根据设计的技术指标要求选择方案，设计计算。第三阶段:完成设计和文档整理，约占总时间的40%。

指导教师签名: 年月日

系主任(或责任教师)签名: 年月日

摘要 ........................................................................ 1 1设计方案的选择与论证 ...................................................... 2 2逆变主电路设计 ............................................................ 2 2.1逆变电路原理及相关概念 ................................................ 2

2.2逆变电路的方案论证及选择 .............................................. 3 2.3建立单相桥式逆变电路的SIMULINK的仿真模型 ............................... 4

2.3.1模型假设 ........................................................... 4

2.3.2利用MATLAB/Simulink进行电路仿真 ................................... 5 3正弦脉宽调制(SPWM)原理及控制方法的SIMULINK仿真 ........................... 6

3.1正弦脉冲宽度调制(SPWM)原理 ............................................ 6 3.2 SPWM波的控制方法 ...................................................... 7

3.2.1双极性SPWM控制原理及Simulink仿真 ................................. 7

3.2.2单极性SPWM控制原理及Simulink仿真 ................................. 9 4升压电路的分析论证及仿真 ................................................. 10 4.1 BOOST电路工作原理..................................................... 10 4.2 BOOST电路的SIMULINK仿真 ............................................... 11 5滤波器设计 ............................................................... 12 6 PWM逆变器总体模型 ....................................................... 14 7心得体会 ................................................................. 17 参考文献 ................................................................... 18

PWM逆变器MATLAB仿真

摘要

随着电力电子技术，计算机技术，自动控制技术的迅速发展，PWM技术得到了迅速发展，SPWM正弦脉宽调制这项技术的特点是原理简单，通用性强，具有开关频率固定，控制和调节性好，能消除谐波使输出电压只含有固定频率的高次谐波分量，设计简单等一系列有点，是一种比较好的波形改善法。它的出现对中小型逆变器的发展起了重要的推动作用。SPWM技术成为目前应用最为广泛的逆变用PWM技术。因此，研究SPWM逆变器的基本工作原理和作用特性意义十分重大.

本篇论文以IGBT构成的单相桥式逆变电路为基础，讨论SPWM波的产生原理及不同的控制方法，并借助著名的科学计算软件MATLAB/Simulink，对SPWM逆变电路进行仿真设计，以达到题目要求的性能指标，并进行结果分析。

Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。Simulink中有一个专门用于电力系统仿真的SimPowerSystems工具箱,其中囊括了几乎所有的电力电子器件的模型，通过调用这些模型可以完成对各种复杂系统的建模仿真。

关键词:逆变 SPWM MATLAB/Simulink

1设计方案的选择与论证

从题目的要求可知，输入电压为110V直流电，而输出是有效值为220V的交流电，所以这里涉及到一个升压的问题，基于此有两种设计思路第一种是进行DC-DC升压变换再进行逆变，另一种是先进行逆变再进行升压。除此之外，要得到正弦交流电压还要考虑滤波等问题，所以这两种方案的设计框图分别如下图所示:

110V直220V正PWM波直流电DC-DC升流电弦波逆变滤波压斩波

图1-1方案一:先升压再逆变

110V直220V正PWM波PWM波变压器升流电弦波逆变滤波压

图1-2方案二:先逆变，再升压

方案选择:

方案一:采用DC-DC升压斩波电路其可靠性高、响应速度、噪声性能好，效率高，但不适用于升压倍率较高的场合，另外升压斩波电路在初期会产生超调趋势(这一点将在后文予以讨论)，在与后面的逆变电路相连时必须予以考虑，我们可以采用附加控制策略的办法来减小超调量同时达到较短的调节时间，但这将增加逆变器的复杂度和设计成本。

方案二:采用变压器对逆变电路输出的交流电进行升压，这种方法效率一般可达90%以上、可靠性较高、抗输出短路的能力较强，但响应速度较慢，体积大，波形畸变较重。

从以上的分析可以看出两种方案有各自的优缺点，但由于方案二设计较为简便，因此本论文选择方案二作为最终的设计方案，但对于方案一的相关内容也会在后文予以讨论。

2逆变主电路设计

2.1逆变电路原理及相关概念

逆变与整流是相对应的，把直流电变为交流电的过程称为逆变。根据交流侧是否与交流电网相连可将逆变电路分为有源逆变和无源逆变，在不加说明时，逆变一般指无源逆变，本论文针对的就是无源逆变的情况;根据直流侧是恒流源还是恒压源又将逆变电路分为电压型逆变电路和电流型逆变电路，电压型逆变电路输出电压的波形为方波而电流型逆变电.

路输出电流波形为方波，由于题目要求对输出电压进行调节，所以本论文只讨论电压型逆变电路;根据输出电压电流的相数又将逆变电路分为单相逆变电路和三相逆变电路，由于题目要求输出单相交流电，所以本论文将只讨论单相逆变电路。

2.2逆变电路的方案论证及选择

从上面的讨论可以看出本论文主要讨论单相电压型无源逆变电路，电压型逆变电路的特点除了前文所提及的之外，还有一个特点即开关器件普遍选择全控型器件如IGBT，电力MOSFET等，有三种方案可供选择，下面分别予以讨论:

方案一:半桥逆变电路，如下图所示，其特点是有两个桥臂，每个桥臂有一个可控器件和一个反并联二极管组成。在直流侧接有两个相互串联的足够大的电容，两个电容的连接点为直流电源的中点。反并联二极管为反馈电感中储存的无功能量提供通路，直流侧电容正起着缓冲无功能量的作用。其优点为简单，使用器件少，缺点为输出交流电压的幅值仅为直流电源电压的一半，且直流侧需要两个电容器串联，工作时还要控制两个电容器电压的均衡，因此它只适用于几千瓦以下的小功率逆变电路。

Ud/2VD1

ioRLUd

Ud/2VD2V2

图2-1 半桥逆变电路

方案二:全桥逆变电路，如下图所示:其特点是有四个桥臂，相当于两个半桥电路的组合，其中桥臂1和4作为一对，桥臂2和3作为一对，成对的两个桥臂同时导通，两对

,180交替各导通，其输出矩形波的幅值是半桥电路的两倍。全桥电路在带阻感负载时还可以采用移相调压的方式输出脉冲宽度可调的矩形波。

V1V3

VD1VD3

RLioUd

VD2VD4V2V4

图2-2全桥逆变电路

方案三:带中心抽头变压器的逆变电路，其主要特点是交替驱动两个IGBT，通过变压器耦合给负载加上矩形波电压。两个二极管的作用也是给负载电感中储存的无功能量提供反馈通道，该电路虽然比全桥电路少了一半开关器件，但器件承受的电压约为2Ud，比全桥电路高一倍，且必须有一个变压器。

负载

iouo

V2UdV1

VD2VD1

图2-3带中心抽头变压器的逆变电路

方案选择:全桥电路和带中心抽头变压器的逆变电路的电压利用率是一样的，均比半桥电路大一倍。又由于全桥结构的控制方式比较灵活，所以本篇论文选择单相桥式逆变电路作为逆变器的主电路。

2.3建立单相桥式逆变电路的Simulink的仿真模型

2.3.1模型假设

1)所有开关器件都是理想开关器件，即通态压降为零，断态压降为无穷大，并认为各开关器件的换流过程在瞬间完成，不考虑死区时间。

2)所有的输入信号包括触发信号、电源电压稳定，不存在波动。

2.3.2利用MATLAB/Simulink进行电路仿真

在Simulink工作空间中添加如下元件:

Simscape/SimPower Systems /Power Electronics中的Diode、IGBT模块

Simscape/SimPower Systems /Electrical Sources/DC Voltage Source模块

Simscape/SimPower Systems /Elements/Series RLC Branch模块

Simscape/SimPower Systems /Measurements/Current Measurement模块

Simscape/SimPower Systems /Measurements/Multimeter模块

Simscape/SimPower Systems /powergui模块

Simulink/Source/Pulse Generator模块

Simulink/Sinks/Floating Scope模块

Simulink/Signal Routing/Demux模块

利用上述模块构成如下图所示的单相桥式逆变电路模型

图2-4单相桥式逆变电路模型

各个模块的参数设置如下:

“DC Voltage Source”模块幅值设为110V;“powergui”中“Simulation type”选为“continuous”，并且选中“Enable use of ideal switching device”复选框;“Pulse Generator3”中“Amplitude”设为1，由于题目要求输出电压频率为50Hz，即周期为0.02S，所以“Period”设为0.02，“Phase Delay”设为零，即初始相位为零，这一路脉冲送出去用来驱动桥臂1和3;“Pulse Generator1”的“Phase Delay”设为0.01，相当于延迟半个周期，以形成与“Pulse Generator3”互补的触发脉冲用来驱动桥臂2和4，其他参数与“Pulse Generator3”相同;“Solver”求解器算法设为ode45;仿真时间设为5S，之后便可以开始仿真了，仿真后Scope输出波形如下图所示，图中自上而下依次为负载的电压、电流、电源侧电流波形。

图2-5单相桥式逆变电路Scope输出波形

从图中可以看出波形与理论上的波形形状相同，说明此逆变电路工作正常。

3正弦脉宽调制(SPWM)原理及控制方法的Simulink仿真

3.1正弦脉冲宽度调制(SPWM)原理

PWM脉宽调制技术就是对脉冲宽度进行调制的技术。即通过对一系列脉冲宽度进行调制，来等效的获得所需要的波形(含幅值和形状)。PWM的一条最基本的结论是: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，冲量即窄脉冲面积，这就是我们通常所说的“面积等效”原理。因此将正弦半波分成N等分，每一份都用一个矩形脉冲按面积原理等效，令这些矩形脉冲的幅值相等，则其脉冲宽度将按正弦规律变化，这种脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形叫做SPWM。示意图如下图所示:

图3-1 SPWM示意图

3.2 SPWM波的控制方法

SPWM波的产生方法有计算法和调制法，计算法很繁琐，不易实现，所以在这里不作介绍，重点介绍调制法，即把希望输出的波形作为调制信号，把接受调制的信号作为载ur

波，通过信号波调制得到所期望的PWM波形。通常采用等腰三角波作为载波，因为等uc

腰三角波上任一点的水平宽度和高度呈线性关系且左右对称，当它与任何一个缓慢变化的调制信号波相交时，如果在交点时刻对电路中的开关器件进行通断控制，就可得到SPWM波，常见的SPWM控制方法有单极性SPWM控制，双极性SPWM控制。

3.2.1双极性SPWM控制原理及Simulink仿真

所谓的双极性是指在调制信号波的半个周波内三角载波有正负两种极性变化。用调制信号波与三角载波比较的方法可以产生双极性SPWM波，其仿真原理图如下图所示:

图3-2 双极性SPWM信号仿真原理图

其输出波形如下图所示:

图3-3双极性SPWM信号仿真Scope输出波形图

现用SPWM波产生模块驱动单相桥式逆变电路工作进行仿真，方法是在Simulink中选中SPWM产生电路，然后右键选择“Create Subsystem”将其放入到一个“Subsystem(子系统)”中，配置好其输入输出引脚，然后右击该模块，选择“Mask Subsystem”对其进行封装，封装后的模块名取为“PWM Subsystem”，原理图如下图所示:

图3-4 双极性PWM逆变电路仿真模型

电路中RLC皆取默认值，DC Voltage Source值取为110V，仿真后scope输出波形如下图所示:

图3-5 双极性PWM逆变电路Scope输出波形

3.2.2单极性SPWM控制原理及Simulink仿真

所谓的单极性是指在调制信号波的半个周波内三角载波有零、正或零、负一种极性变化，单极性型SPWM信号的产生比双极性复杂些，要按调制波每半个周期对调制波本身或者载波进行一次极性反转，其仿真原理图如下图所示:

图3-6 单极性SPWM信号仿真原理图

将该模块做封装后来驱动单相全桥逆变电路，为了使模型结构更加清晰，本次仿真采用Simulink库中自带的“Universal Bridge(通用桥)”代替由电力电子器件组合而成的桥式逆变电路，仿真模型如下图所示:

图3-7单极性PWM逆变电路仿真模型

在“Universal Bridge”模块的属性对话框中，令桥臂数为2即构成单相桥式逆变电路;在“DC Voltage Source”中将直流电压值设为110V;PWM发生器的调制度设为0.5，频率设为50Hz，载波频率设为基波频率的15倍，所以令，即可开始仿真，仿真后Scopef=750c

输出波形如下图所示:

图3-8 单极性PWM逆变电路Scope输出波形

4升压电路的分析论证及仿真

前文提到过升压有两种方案，一是先进行升压再进行逆变，二是先进行逆变再进行升压，这一节主要讨论先通过Boost电路升压再进行逆变的方法。

4.1 Boost电路工作原理

升压斩波电路如下图所示。假设L值、C值很大，V通时，E向L充电，充电电流恒为I1，同时C的电压向负载供电，因C值很大，输出电压uo为恒值，记为Uo。设V通

EItt的时间为，此阶段L上积蓄的能量为。V断时，E和L共同向C充电并向负载R1onon

t()UEIt,供电。设V断的时间为，则此期间电感L释放能量为，稳态时，一个周期off01off

T中L积蓄能量与释放能量相等，即

EItt=(U-E)I (4-1) 101onoff

化简得:

TUE= (4-2) 0toff

输出电压高于电源电压，故称升压斩波电路，也称之为Boost变换器。

tT与的比值为升压比，将升压比的倒数记作β，则 off

(4-3) ,,，,1

升压斩波电路能使输出电压高于电源电压的原因 :L储能之后具有使电压泵升的作用，并且电容可将输出电压保持住。 C

VDLioi1

CVREuo

图4-1 Boost电路原理图

4.2 Boost电路的Simulink仿真

在Simulink中建立Boost电路的仿真模型，如下图所示:

在“DC Voltage Source”中设置其幅值为110V;在“Pulse Generator”中设置

2Period=0.0001S，Pulse Width(占空比)=64.6%，这样才能使输出为311V(220V)。 .

图4-2 Boost电路仿真模型

仿真后Multimater输出波形如下图所示:

Ub: R

500

400

300

200

100

000.020.040.060.080.10.120.140.160.180.2

图4-3 Boost电路Multimeter输出波形

从图中可以看出Boost响应曲线具有超调趋势，超调量的大小与L和C值的选取有关，一般希望超调量越小越好，纹波越小越好，调节时间越短越好，为了保证这几点，需要采用附加控制策略，这样使系统变得复杂，经过这样一番分析我决定采用先逆变后升压的方法，采用升压变压器，其参数设置相对简便，同时也可以的到良好的效果。

5滤波器设计

采用SPWM控制方式输出的电压波形中含有基波同时含有与载波频率整数倍及其附近的谐波，载波比越高，最低次谐波离基波便越远，也容易进行滤波。

比较常用的是LC低通滤波器，其电路图如下图所示:

图5-1 LC低通滤波器

通过适当的选取滤波器的截止频率:

1 (5-1) f=L,LC2*

使其远小于PWM电压中所含有的最低次谐波频率，同时又远大于基波频率，就可以

在输出端得到较为理想的正弦波。

可以证明上述LC低通滤波器的传递函数为:

U(s)1o (5-2) =,12U(s)2iss++12,,LL

1L1,=——LC谐振角频率，;——阻尼系数，;——滤其中,U(s),=,oLL2RCLC

波器输出电压;——滤波器输入电压;——拉普拉斯变换算子。 U(s)si

从其传递函数的形式可以看出它是一个二阶系统，我们可以用MATLAB画出其波特图，从而对LC低通滤波器的特性有一个直观的理解，其波特图如下图所示:

Bode Diagram0Gm = Inf dB (at Inf rad/s) , Pm = -180 deg (at 0 rad/s)

-10

-20

-30Magnitude (dB)

0-40

-45

Phase (deg)

-90012341010101010

Frequency (rad/s)图5-2 LC低通滤波器的波特图 .

在MATLAB中有一个二阶滤波器模型叫做“2nd-Order Filter”，我们可以直接设置其截止频率，属性页如下图所示:

图5-3 2nd-Order Filter属性页

由于本题希望输出电压频率为50Hz，根据前面所述，此处截至频率可取为100Hz。

6 PWM逆变器总体模型

在Simulink中按下图接线

图6-1 PWM总体模型

各个模型主要参数设置:“DC Voltage Source”幅值设为110V;“Universal Bridge”设置为2个桥臂;“Descrete PWM Generator”中“Generator Mode”设置为2-arm-bridge(4

pulses);“Carrier frequency(载波频率)”设置为750Hz;“Modulation index(调制深度)”:0.7，“Frequency of output voltage”设置为50Hz;“Linear Transformer(线性变压器)”变比为150/611;“2nd-Order Filter”中“Cut-off frequency”设为100Hz;“Series RLC Branch”.

-3R=50,中，;仿真时间为10s。所有参数设置完毕后可以启动仿真，仿真结束后LH=10

Scope1(与滤波器相连的示波器)的输出波形如下图所示:

图6-2 Scope1输出波形

Scope输出波形如下图所示:

图6-3 Scope输出波形

为了看的的更加清楚，在Scope1的属性页中勾选Save data to workspace(见图6-4)，将数据保存到MATLAB工作空间中，在命令窗口中调用如下命令:

>> plot(ScopeData1.time,ScopeData1.signals.values,'-r')

>> grid on

>> title('Scope1输出波形')

>> xlabel('时间/秒')

>> ylabel('幅值/伏')

可得到重新绘制的Scope输出波形见图6-5

图6-4 Scope1属性页

Scope1输出波形

300

200

100

幅值/伏-100

-200

-300

-40000.010.020.030.040.050.060.070.080.090.1时间/秒

图6-5 命令行绘制的Scope1输出波形从图中6-5中可以看出Scope1输出波形基本上为标准正弦波，周期为0.02S，频率为50Hz，从图6-1中可以看出Display显示有效值为220.2V，基本上满足设计要求。 .

7心得体会

此次课程设计首先让我明白了PWM逆变器各功能模块可以拥有不同设计方案，每种方案有其特点和适用范围。在进行课题设计的过程中，加深了我对DC-DC、逆变电路、PWM控制等知识点的理解和掌握。

这次课程设计同样也综合应用了很多以前的知识，只有能够综合应用才能做好本课程设计，同时通过本次设计也对其他知识有了一次很好的温习。其中，重点用到了MATLAB仿真、电力电子技术等等。

在今后的学习中，我会发挥积极主动的精神，把所学知识与实践结合起来，努力掌握MATLAB的使用方法，巩固电力电子技术、模电等已学知识。深刻体会到了，遇到不懂的问题要自己先找资料翻阅有关书籍。运用自己的能力解决自己所遇到的问题。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

通过课程设计，使我们在刚学完经典的理论知识之后，马上又能学以致用，使我们的知识掌握的更加的牢固，同时也激发了我们创新的思想，真是一举两得，收获不小。在设计过程中也遇到了很多的的问题，一开始拿到这道题感觉不知道从哪里下手，但经过我认真的分析，我将一个大的问题化为几个小问题逐一解决，最后完成了报告。通过这次课程设计，加强了我动手、思考和解决问题的能力。同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固等

在整个课程设计的过程中，我明白了，只要用心去做，认真去做，持之以恒，就会有新的发现，有意外的收获。

参考文献

[1] 王兆安,刘进军.电力电子技术[M].北京:机械工业出版社,2009.5.

[2] 林飞,杜欣.电力电子应用技术的MATLAB仿真[M].北京:中国电力出版社,2009.1. [3] 陈国呈.PWM逆变技术及应用[M].北京:中国电力出版社,2007.1. [4] 陈坚.电力电子学——电力电子变换和控制技术[M].北京:高等教育出版社,2004.11. [5] 俞杨威,金天均,谢文涛,吕征宇.基于PWM逆变器的LC滤波器[J].机电工程学报,2007年

5月,24(5):50-52.

[6] Muhammad H. Rashid .Power Electronics Handbook[M]. Florida: Academic Press,2001

附录

7.1清单

表3-5材料清单综合布线系统设备配置清单及报价

7.2平面布置图

范文三：三相逆变器仿真

学号: 0121111360719

题目三相逆变器仿真学院自动化学院专业自动化班级自动化1103班姓名黄诚指导教师吴勇

2014 年 1 月 9 日

武汉理工大学《电力电子技术》课程设计说明书

1 概述及设计要求 ............................................ 1 1.1 概述 .................................................................. 1 1.2 设计要求 .............................................................. 1 2 方案比较及认证 ............................................ 2 2.1 升压电路模块方案选择 .................................................. 2 2.2 逆变电路方案选择 ...................................................... 2 2.3 闭环反馈电路设计 ...................................................... 2 2.4 总体电路方案设计 ...................................................... 2 3 系统原理说明 .............................................. 4 3.1 升压斩波电路 .......................................................... 4 3.2 三相电压型桥式逆变电路 ................................................ 4 3.3 SPWM逆变器的工作原理 .................................................. 5 3.4 SIMULINK仿真环境 ....................................................... 5 4 仿真建模 .............................................. 7 4.1 升压斩波电路仿真建模 .................................................. 7 4.2三相桥式PWM逆变电路仿真建模........................................... 8 4.3闭环反馈电路仿真建模................................................... 8 4. 4三相逆变电源总体电路仿真建模 .......................................... 9 5仿真结果 .................................................. 11 5.1直流升压斩波电路仿真结果.............................................. 11 5.2三相桥式PWM逆变电路仿真实现结果...................................... 11 5.3闭环反馈电路仿真实现结果.............................................. 12 5.4 三相逆变电源总体仿真实现结果 ......................................... 13 6 总结 ..................................................... 15 参考文献 ................................................... 16

武汉理工大学《电力电子技术》课程设计说明书

三相逆变器仿真

1 概述及设计要求

1.1 概述

电力电子技术是一门新兴的应用于电力领域的电子技术，就是使用电力电子器件(如晶闸管，GTO，IGBT等)对电能进行变换和控制的技术。电力电子技术的应用范围十分广泛，它不仅用于一般工业，也广泛用于交通运输、电力系统、通信系统、计算机系统、新能源系统等，在照明、空调等家用电器及其他领域中也有着广泛的应用。

PWM控制技术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，来等效的获得所需要的波形(含形状和幅值);面积等效原理是PWM技术的重要基础理论。

本文主要通过对逆变电源的Matlab仿真，研究逆变电路的输入输出及其特性，以及一些参数的选择设置方法。Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具，是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。 1.2 设计要求

本设计要求输入200V直流电压，采用PWM斩波控制技术，得到输出为380V、50HZ三相交流电，并且建立Matlab仿真模型，得到实验波形。

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2 方案比较及认证

2.1 升压电路模块方案选择

方案一:可以利用变压器对输入的200V直流电压直接升压，接着逆变和滤波，但是此种方案不方便对升压环节进行控制，所以放弃此方案。

方案二:通过斩波电路来提高电压，然后进行逆变和滤波，在本次设计中采用此方案，即通过升压斩波电路来控制输出的直流电压，这样可以达到便于控制的目的。

方案三:先进行逆变，然后进行斩波电路升压，由于本次设计需要产生的是三相交流电压输出，逆变之后的升压就会涉及到三个直流升压电路，所以也放弃此方案。

方案四:也是先进行逆变，然后通过变压器升压，同样的，也是不能方便的对升压环节进行输出电压值的控制，而且会用到三个变压器，比较麻烦。

本次设计中采用方案二，经过升压斩波电路升压，然后进行逆变和滤波。 2.2 逆变电路方案选择

逆变电路采用课本上的三相桥式PWM逆变电路，根据直流侧电源性质不同，逆变电路可分为电压型逆变电路和电流型逆变电路，这里的逆变电路属电压型。采用等腰三角波作为载波，用SPWM进行双极性控制。该电路的输出含有谐波，需要专门的滤波电路进行滤波。滤波电路采用RC滤波电路。经过逆变电路和滤波电路就可以在三相电压输出侧得到题目要求的380V、50Hz三相交流电，不过容易受负载影响输出电压的值。 2.3 闭环反馈电路设计

为了让输出电压更加稳定和准确，所以在本次设计仿真建模中很有必要进行闭环反馈电路的设计，在三相电压输出侧进行电压采集，经过整流得到电压幅值，将采集到的电压值与理想输出电压值进行比较，接着将差值经过PI环节，然后再与等腰三角波比较输出，此处采用的是单极性PWM波控制方式，产生我们所需要的进行升压斩波的PWM波，对直流斩波电路中IGBT的通断控制进而产生理想的输出电压值。

2.4 总体电路方案设计

整体方案设计为直流斩波电路采用PWM斩波控制的升压斩波电路，输出的直流电送往逆变电路。逆变采用三相桥式PWM逆变电路，采用SPWM作为调制信号，输出PWM波形，再经过滤波电路得到380V、50Hz三相交流电，在电压输出侧进行电压采样进而与理想输出值比较转换之后产生所需要的PWM波，控制输出的稳定和准确。系统总体框图如图1所示。

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图1 系统总体框图

武汉理工大学《电力电子技术》课程设计说明书 3 系统原理说明

3.1 升压斩波电路

假设L值、C值很大。V通时，E向L充电，充电电流恒为I，同时C的电压向负载1供电，因C值很大，输出电压u为恒值，记为U。设V通的时间为t，此阶段L上积蓄ooon的能量为EIt。V断时，E和L共同向C充电并向负载R供电。升压斩波电路能使输出1on

电压高于电源电压的原因 :L储能之后具有使电压泵升的作用，并且电容C可将输出电压保持住。

图2 升压斩波电路原理图

3.2 三相电压型桥式逆变电路

u该电路采用双极性控制方式，U、V和W三相的PWM控制通常公用一个三角载波，c

uuu三相的调制信号、和一次相差120?。U、V和W各相功率开关器件的控制rVrUrW

uuVV规律相同，现以U相为例来说明。当>时，给上桥臂以导通信号，给下桥臂以rUc41

uuu=U/2关断信号，则U相相对于直流电源假想中点的输出电压。当<时，给n'rucun'dvvvvu=-u>

VVVVVV给()加导通信号时，可能是()导通，也可能是二极管()续流导通，4411D1D4这要由阻感负载中电流的方向来决定。V相和W相的控制方式都和U相相同。

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图3 三相桥式逆变电路原理图

3.3 SPWM逆变器的工作原理

由于期望的逆变器输出是一个正弦电压波形，可以把一个正弦半波分作N等分。然后把每一等分的正弦曲线与横轴所包围的面积都用个与此面积相等的等高矩形脉冲来代替，矩形脉冲的中点与正弦波每一等分的中点重合。这样，由N个等幅不等宽的矩形脉冲所组成的波形为正弦的半周等效。同样，正弦波的负半周也可用相同的方法来等效。

这一系列脉冲波形就是所期望的逆变器输出SPWM波形。由于各脉冲的幅值相等，所以逆变器可由恒定的直流电源供电，也就是说，这种交一直一交变频器中的整流器采用不可控的二极管整流器就可以了。逆变器输出脉冲的幅值就是整流器的输出电压。当逆变器各开关器件都是在理想状态下工作时，驱动相应开关器件的信号也应为与形状相似的一系列脉冲波形，这是很容易推断出来的。

3.4 Simulink仿真环境

Simulink是Matlab的仿真集成环境，是一个实现动态系统建模、仿真的集成环境。它使Matlab的功能进一步增强，主要表现为:?模型的可视化。在Windows环境下，用户通过鼠标就可以完成模型的建立与仿真;?实现了多工作环境间文件互用和数据交换;?把理论和工程有机结合在一起。利用Matlab下的Simulink软件和电力系统模块库(SimPowerSystems)进行系统仿真是十分简单和直观的，用户可以用图形化的方法直接建立起仿真系统的模型，并通过Simulink环境中的菜单直接启动系统的仿真过程，同时将结果在示波器上显示出来。本文主要通过对逆变电源的Matlab仿真，研究逆变电路的输入输

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出及其特性，以及一些参数的选择设置方法，从而为以后的学习和研究奠定基础，同时也学习使用Matlab软件的Simulink集成环境进行仿真的相关操作。

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4 仿真建模

根据系统总体框图，可将其分为升压斩波电路，三相逆变电路(含滤波电路)和闭环反馈电路，下面分别对其进行仿真建模，然后再进行总体电路的仿真建模。 4.1 升压斩波电路仿真建模

升压斩波电路可以选用基本的升压斩波电路，升压斩波电路原理图如图4所示。该电路的基本工作原理是:假设L和C值很大，当V处于通态时，电源E向电感L充电，充电电流基本恒定为I，同时电容C上的电压向负载R供电，因为C值很大，基本保持输出电压Uo恒定。当V处于断态时，电源E和电感L同时向电容C充电，并向负载提供能量。输出电压高于电源电压，关键有两个原因:一是L储能之后具有使电压泵生的作用，二是电容C可将输出电压保持住。电路输出的电压还要经逆变后滤波，故对波形的要求不是很高，与负载电容C取很大，就可以达到滤波的目的，因此不需另外添加滤波电路。

图4 直流升压斩波电路原理

由于本次设计着重于在Matlab中进行仿真建模，所以对于各种元器件的查找和仿真使用就显得尤为重要。可以先打开SimulinkLibraryBrowser，在分类菜单中查找所需元件，也可以直接在查找栏中输入元件名称，双击查找。在最开始的时候没有找到电阻、电容和电感，后来经过多方努力终于知道了方法，选择SimPowerSystems下拉菜单Elements类别中的Series RLCBranch，放入窗口后，双击该图标，在BranchType中选择相应类型，如果是电阻就选择R，如果是电感就选择L，选择完毕后单击OK按钮。在仿真中控制IGBT的波形由PWM脉冲生成器PulseGenerator产生，可以双击PulseGenerator对占空比进行修改，这是一种很简单的方法来控制输出电压的值。当把元件找齐之后，按照升压斩波电路原理图连接电路，为了方便观察输出，应在输出端加上电压测量装置VoltageMeasurement，并通过示波器Scope来观测输出电压的波形。所构成的直流升压斩波电路仿真模型，如图5

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所示。

图5 升压斩波电路仿真模型

4.2三相桥式PWM逆变电路仿真建模

三相桥式PWM型逆变电路的模型可参考Marlab—>Help—>Demos—>Simulink—>SimPowerSystems—>General Demos中的Three-Phase Two-Level PWM Voltage Source Converters。此电路采用了三相逆变桥集成块Universal Bridge 3 arms，滤波电路也已由Three-Phasse Parallel RLC Load模块构成，不需另加滤波电路。在此电路的基础上稍作修改，即构成三相桥式PWM型逆变电路模型，如图6所示。其中变压器仅起隔离作用，不对电压进行升降。

图6三相桥式PWM型逆变电路模型

4.3闭环反馈电路仿真建模

闭环反馈电路的设计是为了让输出电压更加稳定和准确，通过上面的方案论证决定在

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三相电压输出侧进行电压采集，经过整流得到电压幅值，将采集到的电压值与理想输出电压值进行比较，接着将差值经过PI环节，然后再与特定的PWM输出值比较后与等腰三角波比较输出，此处采用的是单极性PWM波控制方式，产生我们所需要的进行升压斩波的PWM波，对直流斩波电路中IGBT的通断控制进而产生理想的输出电压值。

其仿真模型电路图如图7所示。

图7 闭环反馈电路仿真模型

4. 4三相逆变电源总体电路仿真建模

本次设计的三相逆变电源总体电路包括直流升压斩波电路，三相桥式PWM逆变电路和闭环反馈电路，将升压斩波电路的输出接到逆变电路的输入，接着在逆变电路输出端接上反馈电路，经过处理后产生的PWM波连接到直流升压斩波电路的开关器件IGBT的控制端，这样就得到本次设计的逆变电源的总体仿真模型，如图8所示。

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图8 逆变电源总体电路仿真

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5仿真结果

5.1直流升压斩波电路仿真结果

分析直流升压斩波电路的原理，并根据参考资料设置各项初始参数，输入直流电设置为200V，开关器件IGBT和二极管Diode使用默认参数，其他器件的参数可以通过调试和参考资料进行设置。如果改变开关器件IGBT的占空比的值，可以改变其输出电压值，在仿真过程中能够得到很好的体现，符合直流升压斩波电路的原理。经过多次调节各元件参数发现，增大PWM波形的占空比或增大电感值，输出电压稳定值增大。电容的作用主要是使输出电压保持住，电容值过小输出波形会持续震荡，应取较大，但过大的电容值会使输出电压稳定的时间太长。根据以上规律反复改变各元件参数，直到得到满意的结果。如下图即为当占空比为50%的时候，仿真建模得到的输出波形，该波形是在Scope中观察到的。

图9 直流升压斩波电路仿真波形

很显然，当占空比为50%时输出电压应该为200V的两倍，即为400V，在仿真得到的波形中可以看到在0.038s后输出稳定的直流电压400V，效果比较好，满足要求。 5.2三相桥式PWM逆变电路仿真实现结果

这里说的三相桥式PWM逆变电路包括了滤波电路在进行逆变电路的仿真中，交流电的输出波形很容易受到一些参数的影响，要想得到稳定且波形较好的380V，50Hz的交流电，必须经过多次调试和研究，将各项参数设定好。在设计中要求输出交流电为380V，此值为线电压，则每相电压有效值为220V，每相电压有效值为220V，输出的正弦波幅值为

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离散PWM生成器的调制参数m=0.98时输出电压满足要求。

此时逆变电路的输出波形如图10三相桥式PWM逆变电路仿真波形所示。

图10 三相桥式PWM逆变电路仿真波形

5.3闭环反馈电路仿真实现结果

经过闭环反馈电路得到的输出PWM波形(占空比为71.1%)如图11所示:

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图11 闭环反馈电路产生PWM波形

5.4 三相逆变电源总体仿真实现结果

首先应该将升压斩波电路的输出电压调到689.85V左右，再对逆变电源进行仿真。反复调节参数知当直流升压斩波电路中PWM脉冲生成器的占空比达到71.1%时，输出的直流电压约为690V，此时的波形如图12三相逆变电源升压斩波电路输出波形所示，输出电压先大幅震荡，大约0.038s后，稳定在690V左右。

三相逆变电源的最终输出电压波形如下图13所示，由图中可以清楚地看出三相电压的最大值均为311V，满足输出线电压为380V的要求，且周期也都是0.02s，也就是符合输出交流电为50Hz的要求，同时三相电压依次相差120?，输出的波形也比较好。同时由于反馈电路的存在，使其抗干扰能力也大为提高，受负载的影响也较小。

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图12三相逆变电源升压斩波电路输出波形

图13三相逆变电源仿真结果图

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6 总结

在课程设计中，我认识到对生活当中具体事物的抽象概括和数学推理能力的重要性，当我们面对一个陌生的事物，如何将转化为我们所学的知识，这种能力是很重要的。可以说整个设计中最麻烦的就是把一些在课本中学到的知识在Matlab中进行仿真得到正确的结果。这个过程是十分繁琐的，也是很锻炼人的。通过本次课程设计，我学会了使用Matlab软件仿真集成环境Simulink进行仿真的基本操作方法，也对直流斩波电路、逆变电源的原理和闭环控制的思想都有了进一步的理解。

在使用Matlab的Simulink进行仿真时，很多时候波形不一定能够快速正确的出现，这个时候就要好好研究其深层次的原理，同时要注意Matlab的仿真的一些细节，例如哪里可以接线哪里不行，电路接不接地，仿真时间的设定，采用自动定标器Autoscale观察波形等。这些软件的使用技巧在仿真的时候显得尤为重要～以后自己一定要多多注重培养自己的实践能力，对于一些常用的软件也要更加努力的学习，以求熟练掌握使用。

这次课程设计使我认识到学好一门技术的重要性。我们既要牢固掌握课本的基本知识，又要掌握基本的操作技能，这两者是密不可分的。以后的学习生活中一定要更加努力的学习、体验、提高，从各方面充实自己。

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参考文献

[1] 王兆安等. 电力电子技术. 北京:机械工业出版社，2009.5

[2] 薛定宇. 基于Matlab/Simulink的系统仿真技术与应用. 北京:清华大学出版社，2006 [3] 王丹力等. Matlab控制系统设计、仿真、应用. 北京:中国电力出版社, 2007 [4] 周建兴等. MATLAB从入门到精通. 北京:人民邮电出版社，2008 [5] 陈国呈. PWM逆变技术及应用. 北京:中国电力出版社, 2007

本科生课程设计成绩评定表

姓名黄诚性别男

专业、班级自动化1103班

课程设计题目:三项逆变器仿真

课程设计答辩或质疑记录:

成绩评定依据:

序号

选题合理，目的明确(10分) 1

设计方案正确，具有可行性、创新性(20分) 2

设计结果(例如:硬件成果、软件程序)(25分) 3

态度认真、学习刻苦、遵守纪律(15分) 4

设计报告的规范化、参考文献充分(不少于5篇)(10分) 5

答辩(20分) 6

总分

最终评定成绩(以优、良、中、及格、不及格评定)

指导教师签字:

2014 年 1 月 9 日

范文四：三相逆变器仿真

课程设计

题目

学院

专业

班级

姓名指导教师

三相逆变器仿真自动化学院自动化自动化1103班黄诚

吴勇

2014 年 1 月 9 日

1 概述及设计要求 ............................................ 1

1.1 概述 .................................................................. 1

1.2 设计要求 .............................................................. 1 2 方案比较及认证 ............................................ 2

2.1 升压电路模块方案选择 .................................................. 2

2.2 逆变电路方案选择 ...................................................... 2

2.3 闭环反馈电路设计 ...................................................... 2

2.4 总体电路方案设计 ...................................................... 2 3 系统原理说明 .............................................. 4

3.1 升压斩波电路 .......................................................... 4

3.2 三相电压型桥式逆变电路 ................................................ 4

3.3 SPWM逆变器的工作原理 .................................................. 5

3.4 SIMULINK仿真环境 ....................................................... 5

4 仿真建模 .................................................. 7

4.1 升压斩波电路仿真建模 .................................................. 7

4.2三相桥式PWM逆变电路仿真建模 .......................................... 8

4.3闭环反馈电路仿真建模 .................................................. 8 4. 4三相逆变电源总体电路仿真建模 .......................................... 9

5仿真结果 .................................................. 11

5.1直流升压斩波电路仿真结果 ............................................. 11

5.2三相桥式PWM逆变电路仿真实现结果 ..................................... 11

5.3闭环反馈电路仿真实现结果 ............................................. 12

5.4 三相逆变电源总体仿真实现结果 ......................................... 13 6 总结 ..................................................... 15

参考文献 ................................................... 16

三相逆变器仿真

1 概述及设计要求

1.1 概述

电力电子技术是一门新兴的应用于电力领域的电子技术，就是使用电力电子器件（如晶闸管，GTO，IGBT等）对电能进行变换和控制的技术。电力电子技术的应用范围十分广泛，它不仅用于一般工业，也广泛用于交通运输、电力系统、通信系统、计算机系统、新能源系统等，在照明、空调等家用电器及其他领域中也有着广泛的应用。

PWM控制技术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，来等效的获得所需要的波形（含形状和幅值）；面积等效原理是PWM技术的重要基础理论。

本文主要通过对逆变电源的Matlab仿真，研究逆变电路的输入输出及其特性，以及一些参数的选择设置方法。Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具，是一种基于

MATLAB的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。

1.2 设计要求

本设计要求输入200V直流电压，采用PWM斩波控制技术，得到输出为380V、50HZ三相交流电，并且建立Matlab仿真模型，得到实验波形。

2 方案比较及认证

2.1 升压电路模块方案选择

方案一：可以利用变压器对输入的200V直流电压直接升压，接着逆变和滤波，但是此种方案不方便对升压环节进行控制，所以放弃此方案。

方案二：通过斩波电路来提高电压，然后进行逆变和滤波，在本次设计中采用此方案，即通过升压斩波电路来控制输出的直流电压，这样可以达到便于控制的目的。

方案三：先进行逆变，然后进行斩波电路升压，由于本次设计需要产生的是三相交流电压输出，逆变之后的升压就会涉及到三个直流升压电路，所以也放弃此方案。

方案四：也是先进行逆变，然后通过变压器升压，同样的，也是不能方便的对升压环节进行输出电压值的控制，而且会用到三个变压器，比较麻烦。

本次设计中采用方案二，经过升压斩波电路升压，然后进行逆变和滤波。

2.2 逆变电路方案选择

2.3 闭环反馈电路设计

2.4 总体电路方案设计

图1 系统总体框图

3 系统原理说明

3.1 升压斩波电路

假设L值、C值很大。V通时，E向L充电，充电电流恒为I1，同时C的电压向负载供电，因C值很大，输出电压uo为恒值，记为Uo。设V通的时间为ton，此阶段L上积蓄的能量为EI1ton。V断时，E和L共同向C充电并向负载R供电。升压斩波电路能使输出电压高于电源电压的原因：L储能之后具有使电压泵升的作用，并且电容C可将输出电压保持住。

图2 升压斩波电路原理图

3.2 三相电压型桥式逆变电路

该电路采用双极性控制方式，U、V和W三相的PWM控制通常公用一个三角载波uc，三相的调制信号urU、urV和urW一次相差120°。U、V和W各相功率开关器件的控制规律相同，现以U相为例来说明。当urU>uc时，给上桥臂V1以导通信号，给下桥臂V4以关断信号，则U相相对于直流电源假想中点N'的输出电压uUN'=Ud/2。当urU

这要由阻感负载中电流的方向来决定。V相和W相的控制方式都和U相相同。

图3 三相桥式逆变电路原理图

3.3 SPWM逆变器的工作原理

3.4 Simulink仿真环境

Simulink是Matlab的仿真集成环境，是一个实现动态系统建模、仿真的集成环境。它使Matlab的功能进一步增强，主要表现为：①模型的可视化。在Windows环境下，用户通过鼠标就可以完成模型的建立与仿真；②实现了多工作环境间文件互用和数据交换；③把理论和工程有机结合在一起。利用Matlab下的Simulink软件和电力系统模块库(SimPowerSystems)进行系统仿真是十分简单和直观的，用户可以用图形化的方法直接建立起仿真系统的模型，并通过Simulink环境中的菜单直接启动系统的仿真过程，同时将结果在示波器上显示出来。本文主要通过对逆变电源的Matlab仿真，研究逆变电路的输入输

出及其特性，以及一些参数的选择设置方法，从而为以后的学习和研究奠定基础，同时也学习使用Matlab软件的Simulink集成环境进行仿真的相关操作。

4 仿真建模

根据系统总体框图，可将其分为升压斩波电路，三相逆变电路（含滤波电路）和闭环反馈电路，下面分别对其进行仿真建模，然后再进行总体电路的仿真建模。

4.1 升压斩波电路仿真建模

升压斩波电路可以选用基本的升压斩波电路，升压斩波电路原理图如图4所示。该电路的基本工作原理是：假设L和C值很大，当V处于通态时，电源E向电感L充电，充电电流基本恒定为I，同时电容C上的电压向负载R供电，因为C值很大，基本保持输出电压Uo恒定。当V处于断态时，电源E和电感L同时向电容C充电，并向负载提供能量。输出电压高于电源电压，关键有两个原因：一是L储能之后具有使电压泵生的作用，二是电容C可将输出电压保持住。电路输出的电压还要经逆变后滤波，故对波形的要求不是很高，与负载电容C取很大，就可以达到滤波的目的，因此不需另外添加滤波电路。

图4 直流升压斩波电路原理

所示。

图5 升压斩波电路仿真模型

4.2三相桥式PWM逆变电路仿真建模

图6三相桥式PWM型逆变电路模型

4.3闭环反馈电路仿真建模

闭环反馈电路的设计是为了让输出电压更加稳定和准确，通过上面的方案论证决定在

其仿真模型电路图如图7所示。

图7 闭环反馈电路仿真模型

4. 4三相逆变电源总体电路仿真建模

图8 逆变电源总体电路仿真

5仿真结果

5.1直流升压斩波电路仿真结果

图9 直流升压斩波电路仿真波形

很显然，当占空比为50%时输出电压应该为200V的两倍，即为400V，在仿真得到的波形中可以看到在0.038s后输出稳定的直流电压400V，效果比较好，满足要求。

5.2三相桥式PWM逆变电路仿真实现结果

2202V，约为311V。根据此要求反复调节各元件参数，发现当输入直流电压为689.85V，离散PWM生成器的调制参数m=0.98时输出电压满足要求。

此时逆变电路的输出波形如图10三相桥式PWM逆变电路仿真波形所示。

图10 三相桥式PWM逆变电路仿真波形

5.3闭环反馈电路仿真实现结果

经过闭环反馈电路得到的输出PWM波形（占空比为71.1%）如图11所示：

图11 闭环反馈电路产生PWM波形

5.4 三相逆变电源总体仿真实现结果

三相逆变电源的最终输出电压波形如下图13所示，由图中可以清楚地看出三相电压的最大值均为311V，满足输出线电压为380V的要求，且周期也都是0.02s，也就是符合输出交流电为50Hz的要求，同时三相电压依次相差120°，输出的波形也比较好。同时由于反馈电路的存在，使其抗干扰能力也大为提高，受负载的影响也较小。

图12三相逆变电源升压斩波电路输出波形

图13三相逆变电源仿真结果图

6 总结

在使用Matlab的Simulink进行仿真时，很多时候波形不一定能够快速正确的出现，这个时候就要好好研究其深层次的原理，同时要注意Matlab的仿真的一些细节，例如哪里可以接线哪里不行，电路接不接地，仿真时间的设定，采用自动定标器Autoscale观察波形等。这些软件的使用技巧在仿真的时候显得尤为重要！以后自己一定要多多注重培养自己的实践能力，对于一些常用的软件也要更加努力的学习，以求熟练掌握使用。

参考文献

[1] 王兆安等. 电力电子技术. 北京：机械工业出版社，2009.5

[2] 薛定宇. 基于Matlab/Simulink的系统仿真技术与应用. 北京：清华大学出版社，2006

[3] 王丹力等. Matlab控制系统设计、仿真、应用. 北京:中国电力出版社, 2007

[4] 周建兴等. MATLAB从入门到精通. 北京：人民邮电出版社，2008

[5] 陈国呈. PWM逆变技术及应用. 北京：中国电力出版社,

2007

本科生课程设计成绩评定表

指导教师签字：

2014 年 1 月 9 日

范文五：三相逆变器PWM仿真

三相逆变器 PWM 仿真

班级:电气 0910 学号:09292038 姓名:黄波

驱动电路:

其中 f 为基波频率, m 为调制比, mf 为载波比, a3为 3次谐波的幅值。

SPWM (没有加三次谐波)

M=0.85

时

相电压:基波幅值为 0.8545

线电压:基波幅值为 1.484

相电压:基波幅值为 0.9986

线电压:基波幅值为 1.735

相电压:基波幅值为 1.086

线电压:基波幅值为

1.884

正弦波叠加 1/6三次谐波

M=1.0

时

相电压:基波幅值为 1.001

M=1.15

线电压:基波幅值为

1.994

M=1.3

相电压:基波幅值为

1.199

线电压:基波幅值为

2.077

综上,没有加入三次谐波时, M=0.85和 M-1.0为线性调制, M=1.15为非线性调制。而加入 1/6的三次谐波之后, M=1和 M=1.15为线性调制, M=1.3为非线性调制。故加入三次谐波可以扩大线性调制区,提高电压的利用率。

正弦波叠加 1/4的三次谐波

1、数学推倒线性调制区和非线性调制区的临界调制比:

Matlab 仿真验证

M=1.122

M=1.15

通过观察可看到 1.15的正弦和三次谐波合成波形的峰值已经超过三角波的峰值, 故叠加 1/4的三次谐波缩小了线性调制区。

谐波特性对比(选取 M=1) (1)相电压叠加 1/4的三次谐波

叠加 1/6

的三次谐波

(2)线电压

叠加 1/4

的三次谐

叠加 1/6

的三次谐波

对比可以看出,叠加 1/4的三次谐波的谐波特性稍微比叠加 1/6的三次谐波的谐波特性好一些。

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