建筑電氣與智能化畢業(yè)論文

1、安徽建筑工業(yè)學(xué)院安徽建筑工業(yè)學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)(論 文) 系系 別別 電子與信息工程學(xué)院 專專 業(yè)業(yè) 建筑電氣與智能化 班班 級(jí)級(jí) 08 建筑電氣與智能化（1）班 學(xué)生姓名學(xué)生姓名 學(xué)學(xué) 號(hào)號(hào) 設(shè)計(jì)課題設(shè)計(jì)課題 電力電子電路仿真研究 - 逆變電路（DC-AC）仿真研究 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師 20122012 年年 6 6 月月 1212 摘摘 要要 隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，可控電路直流電動(dòng)機(jī)控制，可變直流電源 等方面得到了廣泛的應(yīng)用,而這些都是以逆變電路為核心。本文建立了基于 MATLAB 的單相和三相電壓型 SPWM 逆變電路的動(dòng)態(tài)模型給出了仿真的實(shí)例與仿 真結(jié)果，驗(yàn)證了模型的正確性，并展

2、現(xiàn)了 MATLAB 仿真具有的快捷，靈活，方便， 直觀的優(yōu)點(diǎn)，從而為電力電子電力的數(shù)學(xué)及設(shè)計(jì)提供了有效的工具。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞 ： 單、三相逆變；SPWM 技術(shù)；MATLAB；SIMULINK；仿真；分析 abstract With the power electronics technology, computer technology, the rapid development ofautomatic control technology, PWM technology is developing rapidly, SPWM sine pulse width modulation prin

3、ciple of this technology is characterized by simple, versatile, with a fixed switching frequency, control and regulation performance, eliminate harmonics thatcontain only a fixed output voltage of high frequency harmonic components, simple design and a series of advantages, is a good waveform improv

4、ement Act. It was a smallinverter played an important role. SPWM technology become the most widely usedinverter with PWM technology. Therefore, the study of SPWM inverter characteristics ofthe basic working principle and the role of great significance. Key words: Sinusoidal pulse width modulation；in

5、verters；matlab simulation 目錄 第一章 緒論.1 第二章 單相電壓型 SPWM 逆變電路.4 2.1 單相電壓型 SPWM 逆變電路的基本結(jié)構(gòu)圖 .4 2.2 單相電壓型 SPWM 逆變電路的工作原理 .5 2.2.1 逆變器 SPWM 調(diào)制原理 .5 2.2.2 SPWM 控制方式.6 2.3 單相逆變器 SPWM 調(diào)制電路的 SIMULINK模型.9 2.3.1 單極性 SPWM 仿真 .9 2.3.2 雙極性 SPWM 仿真 .10 2.4 模型參數(shù)的設(shè)定模型仿真圖及其分析 .12 2.4.1 單極性 SPWM 仿真 .12 2.4.2 雙極性 SPWM 仿真

6、.13 第三章 三相電壓型 SPWM 逆變電路.16 3.1 三相逆變器 SPWM 調(diào)制電路的基本結(jié)構(gòu)圖.16 3.2.三相逆變器 SPWM 調(diào)制電路的工作原理.16 3.3 三相逆變器 SPWM 調(diào)制電路的 SIMULINK 模型.16 3.3.1 三相電壓型逆變器 SPWM 仿真的模型圖.16 3.3.2 模型參數(shù)的設(shè)定模型仿真圖及其分析.17 3.4 死區(qū)時(shí)間的影響.19 3.4.1 模型參數(shù)的設(shè)定模型仿真圖及其分析 .21 第四章 總結(jié).22 第五章 致謝.22 第六章 參考文獻(xiàn).23 第一章 緒論 20 世紀(jì) 60 年代發(fā)展起來的電力電子技術(shù)，使電能可以交換和控制，生產(chǎn) 了現(xiàn)在各種高

7、效節(jié)能的新型電源和交直流調(diào)速裝置，為工業(yè)生產(chǎn)，交通運(yùn)輸?shù)?提供了現(xiàn)代化的高新技術(shù)，提高了生產(chǎn)效率和人們的生活質(zhì)量，使人類社會(huì)生 活發(fā)生了巨大的變化。但是在電力電子技術(shù)中有關(guān)電能的變換與控制過程，內(nèi) 容大多涉及電力電子技術(shù)各種裝置的分析與大量計(jì)算，電能變換的波形分析， 測(cè)量與繪圖等，隨著晶閘管所處狀態(tài)的不同，系統(tǒng)的參數(shù)形式也不同，因而傳 統(tǒng)的計(jì)算機(jī)語言編程仿真程序冗長，可讀性差，調(diào)試費(fèi)時(shí)，大量的時(shí)間花在矩 陣處理和圖形的生成分析等繁瑣易錯(cuò)的細(xì)節(jié)上，而這些工作特別適合 MATLAB 的 使用。MATLAB 運(yùn)算功能強(qiáng)大，計(jì)算準(zhǔn)確又快捷；同時(shí) MATLAB 提供的動(dòng)態(tài)仿真 工具 SIMULINK 可

8、直接建立電路仿真參數(shù)，并且可以立即得到參數(shù)修改后的仿真 結(jié)果，直觀性強(qiáng)，省去了編程步驟，實(shí)體圖形化模型的仿真簡單，方便，能節(jié) 省設(shè)計(jì)時(shí)間與降低成本。MATLAB 繪制的圖形尤其準(zhǔn)確，清晰，精美。電力電子 技術(shù)領(lǐng)域通常利用 MATLAB 中的 SIMULINK 其中的電氣系統(tǒng)模塊庫（Power System Blockser）建立電力電子裝置的簡化模型并進(jìn)行控制器的設(shè)計(jì)和仿真。 現(xiàn)如今，逆變器的應(yīng)用非常廣泛，在已有的各種電源中，蓄電池， 、干電池、 天陽能電池都是直流電源，當(dāng)需要這些電源向交流負(fù)載供電時(shí)，就需要逆變。 另外，交流電機(jī)調(diào)速變頻，感應(yīng)加熱電源等使用廣泛的電力電子設(shè)備，都是以 逆變電路

9、為核心。本文利用 MATLAB 仿真軟件對(duì)單、三相電壓型逆變 SPWM 電路 進(jìn)行仿真分析，并得出正確的仿真結(jié)果。 MATLAB 環(huán)境（又稱 MATLAB 語言）是由美國 New Mexico 大學(xué)的 Cleve Moler 于 1980 年開始研究開發(fā)的，1984 年由 Cleve Moler 等人創(chuàng)立的 Math Works 公司推出的第一個(gè)商業(yè)版本。經(jīng)過幾十年 MATLAB 的發(fā)展，競(jìng)爭(zhēng)和完善， 現(xiàn)已成為國際公認(rèn)最優(yōu)秀的科技應(yīng)用軟件。MATLAB 語言的兩個(gè)最著名特點(diǎn)，即 其強(qiáng)大的矩陣運(yùn)算能力和完善的圖形可視化功能，使得它成為國際控制界應(yīng)用 最廣的首選計(jì)算機(jī)工具。在控制界，很多知名學(xué)者都

10、能為其擅長的領(lǐng)域?qū)懗隽?工具箱，而其中很多工具箱已成為該領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)。MATLAB 具有對(duì)應(yīng)學(xué)科極強(qiáng)的 適應(yīng)能力，很快成為應(yīng)用學(xué)科計(jì)算機(jī)輔助分析，設(shè)計(jì)，仿真，教學(xué)甚至科技文 字處理不可缺少的基礎(chǔ)軟件。 MATLAB 命令和矩陣函數(shù)是分析和設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)經(jīng)常采用的。MATLAB 具有 很多預(yù)定含義的函數(shù)，供用戶在求解許多不同類型的控制問題時(shí)調(diào)用。 SIMULINK 是 MATLAB 提供的一個(gè)用來對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模，仿真和分析的軟件 包。Simulink 界面友好，他為用戶提供了用方框圖進(jìn)行建模的圖形接口，用戶 建模通過簡單的單擊和拖運(yùn)就能實(shí)現(xiàn)，使得建模就像用紙和筆來畫面一樣容易。 他與傳統(tǒng)的仿真

11、軟件包相比，具有更直觀，方便，靈活的優(yōu)點(diǎn)。SIMULINK 允許 用戶定制和創(chuàng)建自己的模塊。 SIMULINK 模塊庫內(nèi)資源相當(dāng)豐富，基本模塊庫包括連續(xù)系統(tǒng)，離散系統(tǒng)非 線性系統(tǒng)，信號(hào)與函數(shù)，輸入模塊，接收模塊等等，使用方便。由基本模塊又 形成了其他的一些專業(yè)庫，使仿真起來簡單快捷，尤其是其中的電氣系統(tǒng)模塊 庫（Power System Blockser） ，可以使電力電子技術(shù)的仿真變得更加容易。 在建成模型結(jié)構(gòu)后，就可以啟動(dòng)系統(tǒng)仿真功能來分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。電 力電子電路實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的 Simulink 仿真，具有以下特點(diǎn)：（1）仿真研究方法簡 單、靈活、多樣。該仿真實(shí)驗(yàn)在仿真時(shí)還可以任意參數(shù)調(diào)

12、整，體現(xiàn)了仿真研究 和數(shù)學(xué)的方便性和靈活性（2）仿真結(jié)果直觀。通過仿真研究可以得到有關(guān)系統(tǒng) 設(shè)計(jì)的大量、充分而且直觀的曲線與數(shù)據(jù)，方便對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析、改進(jìn)。 第二章第二章 單相電壓型單相電壓型 SPWMSPWM 逆變電路逆變電路 2.12.1 單相電壓型單相電壓型 SPWMSPWM 逆變逆變電路電路的基本結(jié)構(gòu)圖的基本結(jié)構(gòu)圖 單相橋式逆變器有四個(gè)帶反并聯(lián)續(xù)流二極管的 IGBT 組成，分別為 VT1VT4，直流側(cè)由兩個(gè)串聯(lián)電容，他們共同提供直流電壓 Ud，負(fù)載為阻感負(fù) 載，調(diào)制電路分別由單相交流正弦調(diào)制波形和三角載波組成，其中三角載波和 正弦調(diào)制波的幅值和頻率之比分別被稱為調(diào)制度和載波頻率，這是

13、SPWM 調(diào)制中 的兩個(gè)重要參數(shù)。三角載波和正弦調(diào)制波相互調(diào)制產(chǎn)生四路脈沖信號(hào)分別給六 個(gè) IGBT 提供觸發(fā)信號(hào)。 圖 1 單相橋式 SPWM 型逆變電路 2.22.2 單相電壓型單相電壓型 SPWMSPWM 逆變電路的工作原理逆變電路的工作原理 2.2.1 逆變器逆變器 SPWM 調(diào)制原理調(diào)制原理 PWM 控制技術(shù)在逆變電路中的應(yīng)用十分廣泛，目前中小功率的逆變電路幾 乎都采用了 PWM 技術(shù)。常用的 PWM 技術(shù)主要包括：正弦脈寬調(diào)制(SPWM)、選擇 諧波調(diào)制（SHEPWM） 、電流滯環(huán)調(diào)制（CHPWM）和電壓空間矢量調(diào)制（SVPWM） 。 PWM（Pulse Width Modulat

14、ion）控制就是對(duì)脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)， 即通過對(duì)一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來等效地獲得所需要的波形。PWM 控制 技術(shù)的重要理論基礎(chǔ)是面積等效原理，即：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在 具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同。圖 1 中各個(gè)形狀的窄脈沖在作用到逆 變器中電力電子器件時(shí)，其效果是相同的，正是基于這個(gè)理論。 a)矩形脈沖 b)三角脈沖 c)正弦半波脈沖 d)單位脈沖函 圖 2 形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖 圖 2 分析如何用一系列等幅不等寬的脈沖來代替一個(gè)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 個(gè)彼此相連的脈沖序列所組成的波 形。如果把這些脈沖序列用相同

15、數(shù)量的等幅不等寬的矩形脈沖代替，使矩形脈 沖的中點(diǎn)和相應(yīng)正弦波部分的中點(diǎn)重合，且使矩形脈沖和相應(yīng)的正弦波部分面 積（沖量）相等，就可得到圖 2 所示的脈沖序列，這就是 PWM 波形。像這種脈 沖的寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的 PWM 波形，也稱為 SPWM 波。SPWM 調(diào)制技術(shù)才孕育而生。 O t Ud - U d 圖 3 單極性 SPWM 控制方式波形 上圖所示的波形稱為單極性 SPWM 波形，根據(jù)面積等效原理，正弦波還可等 效為圖 3 中所示的 PWM 波，這種波形稱為雙極性 SPWM 波形，而且這種方式在實(shí) 際應(yīng)用中更為廣泛。 O t Ud -Ud 圖 4 雙極性 SPWM 控制

16、方式波形 2.2.2 SPWM 控制方式控制方式 (a)SPWM(a)SPWM 包括單極性和雙極性兩種調(diào)制方法，包括單極性和雙極性兩種調(diào)制方法， （1）如果在正弦調(diào)制波的半個(gè)周期內(nèi)，三角載波只在正或負(fù)的一種極性 圍內(nèi)變化，所得到的 SPWM 波也只處于一個(gè)極性的范圍內(nèi)，叫做單極性控制方式。 （2）如果在正弦調(diào)制波半個(gè)周期內(nèi)，三角載波在正負(fù)極性之間連續(xù)變化， 則 SPWM 波也是在正負(fù)之間變化，叫做雙極性控制方式. (b)(b)單極性單極性SPWMSPWM法法: : (1)調(diào)制波和載波：SPWM采用的調(diào)制波為頻率為fs的正弦波 載波uc是幅值為Ucm,頻率為fc的三角波.調(diào)制波每半個(gè)周期對(duì)載波進(jìn)

17、行一次極性 反轉(zhuǎn),載波為單極性不對(duì)稱三角波.如圖5所示為批p=15時(shí)的單相全橋單極性SPWM 基本波形. 圖 5 單極性 SPWM 示意圖 (2)單極性調(diào)制的工作特點(diǎn)：每半個(gè)周期內(nèi)，逆變橋同一橋臂的兩個(gè)逆變器件 中，只有一個(gè)器件按脈沖系列的規(guī)律時(shí)通時(shí)斷地工作，另一個(gè)完全截止；而在 另半個(gè)周期內(nèi)，兩個(gè)器件的工況正好相反，流經(jīng)負(fù)載 ZL 的便是正、負(fù)交替的交 變電流。 其中：載波比載波頻率 fc 與調(diào)制信號(hào)頻率 fs 之比 p，即 p = fc / fs； 調(diào)制深度調(diào)制波幅值 Usm 與載波幅值 Ucm 之比，即 mUsm/Ucm. (c)(c)雙極性雙極性SPWMSPWM法法 (1)調(diào)制波和載波

18、：SPWM采用的調(diào)制波為頻率為fs的正弦波 載波uc是幅值為Ucm,頻率為fc的三角波.如圖6所示為批p=15時(shí)的單相全橋雙極 性SPWM基本波形. 圖 6 雙極性 PWM 示意圖 (2)雙極性調(diào)制的工作特點(diǎn)：逆變橋在工作時(shí)，同一橋臂的兩個(gè)逆變器件總 是按相電壓脈沖系列的規(guī)律交替地導(dǎo)通和關(guān)斷，毫不停息，而流過負(fù)載ZL的是 按線電壓規(guī)律變化的交變電流。 其中：載波比載波頻率 fc 與調(diào)制信號(hào)頻率 fs 之比 p，即 p = fc / fs； 調(diào)制深度調(diào)制波幅值 Usm 與載波幅值 Ucm 之比，即 mUsm/Ucm。 2.32.3 單相逆變器單相逆變器 SPWMSPWM 調(diào)制電路的調(diào)制電路的 S

19、imulinkSimulink 模型模型 2.3.12.3.1 單極性單極性 SPWMSPWM 仿真仿真的模型的模型 (1)(1)單極性單極性 SPWMSPWM 仿真的主電路仿真的主電路: : 圖 7 單極性 SPWM 仿真的主電路 (2)(2)單極性單極性 SPWMSPWM 仿真的觸發(fā)脈沖電路仿真的觸發(fā)脈沖電路: : 全橋電路兩個(gè)橋臂之一,例如 S1 和 S4 組成方向臂,當(dāng)調(diào)制信號(hào) us0 時(shí),S1 導(dǎo)通而 S4 關(guān)斷,輸出的平均電壓大于零,當(dāng)調(diào)制信號(hào) usuc 時(shí),S3 導(dǎo)通而 S2 關(guān)斷,當(dāng) usuc 時(shí),功率開關(guān) S1,S3 導(dǎo) 通,逆變電路輸出電壓 uo=ud;當(dāng) usfs，且調(diào)制

20、深度 0m1 時(shí)，基波 電壓幅值與直流側(cè)電壓滿足一下關(guān)系：。仿真電路中，m=0.5 時(shí)，輸 d umu* 1 出電壓基波約為 150v，m=1 時(shí)，輸出電壓基波約為 300v，它表明 SPWM 逆變輸 出電壓的基波幅值與調(diào)制深度成線性變化。因此通過調(diào)節(jié)控制信號(hào)，可以方便 的調(diào)節(jié)逆變器的輸出電壓的頻率和幅值。 2.4.22.4.2 雙極性雙極性 SPWMSPWM 仿真仿真 （1 1）頻率為）頻率為 50Hz,50Hz,載波比為載波比為 15,15,調(diào)制深度為調(diào)制深度為 0.50.5 仿真仿真: : 調(diào)制深度 m 設(shè)為 0.5，輸出基波頻率設(shè)為 50Hz，載波頻率設(shè)為基頻的 15 倍， 即 750

21、Hz。將仿真時(shí)間設(shè)為 0.06 是，在 powergui 中設(shè)置為離散仿真模式，采 樣時(shí)間為 0.00001 秒，運(yùn)行后可得仿真結(jié)果，輸出交流電壓、交流電流和直流 電流波形如圖 13 所示。 圖 13 雙極性 SPWM 單向逆變器 m=0.5 時(shí)的仿真波形圖 輸出電壓為雙極性 PWM 型電壓，脈沖寬度符合正弦變化規(guī)律。交流電流較 方波逆變器更接近正弦波形。直流電流除含直流分量外，還還有兩倍基頻的交 流分量以及與開關(guān)頻率有關(guān)的更高次諧波分量。其中的直流部分是向負(fù)載提供 有功功率，其余部分使得直流電源周期性吞吐能量，為無功電流。 （2 2）頻率為頻率為 50Hz,50Hz,載波比為載波比為 15,

22、15,調(diào)制深度為調(diào)制深度為 1 1 仿真仿真: : 將調(diào)制深度設(shè)為 1，則仿真波形如圖 14 所示。交流電壓的中心部分明顯加 寬。如前所述，PWM 逆變器的諧波特性與載波頻率有著密切關(guān)系。若將載波頻 率提高到 1500Hz,則仿真波形如圖示。若進(jìn)一步提高載波頻率，則負(fù)載電流更 加接近正弦波性。 圖 14 SPWM 方式下的雙性逆變電路輸出波形 由上面變載波比，變調(diào)制深度可以有下述結(jié)論： 輸出電壓基波幅值與調(diào)制深度成正比。當(dāng)載波比一定，變化調(diào)制深度時(shí)， 當(dāng)載波頻率遠(yuǎn)大于輸出電壓基波頻率即 fcfs，且調(diào)制深度 0mUc 時(shí)，s1 導(dǎo)通 s4 關(guān)斷，當(dāng) UsaUc 時(shí)，s4 導(dǎo)通 S1 關(guān) 斷，b

23、 相和 c 相類似。如圖示為載波比 p=3 時(shí)的三相 SPWM 逆變電路基本波形。 由于各相上下橋壁功率器件以互補(bǔ)方式輪流導(dǎo)通，故各相對(duì) N 點(diǎn)的電壓為 雙極性 SPWM 波形，該波形與各相上下橋壁器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)同步變化。輸出的線 電壓可由相應(yīng)兩相對(duì) N 點(diǎn)的電壓相減而得，線電壓在正負(fù) Ud 和 0 之間變動(dòng)，總 體呈現(xiàn)單極性形狀。星型連接負(fù)載的相電壓較為復(fù)雜，可能的電平為 0、正負(fù) Ud/3 和正負(fù) 2Ud/3。 逆變電路輸出相電壓的基波與調(diào)制波同相位，線電壓與之相差 30 度。為了 保證三相之間的相位差，載波比應(yīng)為 3 的整數(shù)倍。而且為了保證雙極性調(diào)制時(shí) 每相波形的正負(fù)半波對(duì)稱,上述倍數(shù)須

24、為奇數(shù),這樣在信號(hào)波的 180 度處,載波的 正負(fù)半周恰好分布在兩側(cè).由于波形的左右對(duì)稱,就不會(huì)出現(xiàn)偶次諧波.但實(shí)際中 載波頻率往往遠(yuǎn)高于調(diào)制波頻率,此時(shí)載波的不對(duì)稱對(duì)輸出電流的影響甚微,可 忽略不計(jì). 3.33.3 三相逆變器三相逆變器 SPWMSPWM 調(diào)制電路的調(diào)制電路的 SimulinkSimulink 模型模型 3.3.1 三相電壓型逆變器三相電壓型逆變器 SPWM 仿真的模型圖仿真的模型圖 (1)(1)三相電壓型三相電壓型 SPWMSPWM 仿真的主電路仿真的主電路: : 圖 16 三相電壓型 SPWM 仿真的主電路 (2)(2)三相電壓型三相電壓型 SPWMSPWM 仿真的觸發(fā)脈

25、沖電路仿真的觸發(fā)脈沖電路: : 圖 17 三相電壓型 SPWM 仿真的觸發(fā)脈沖電路 3.3.2 模型參數(shù)的設(shè)定模型仿真圖及其分析模型參數(shù)的設(shè)定模型仿真圖及其分析 (1)(1) 頻率為頻率為 50Hz,50Hz,載波比為載波比為 30,30,調(diào)制深度為調(diào)制深度為 1 1 仿真仿真: : 圖 18 SPWM 方式下的三相逆變電路輸出波形 調(diào)制深度 m 設(shè)為 1，輸出基波頻率為 50Hz,載波頻率設(shè)為基頻的 30 倍，即 1500Hz。將仿真時(shí)間設(shè)為 0.06s，在 powergui 中設(shè)置為離散仿真模式，采樣時(shí) 間為 0.s，運(yùn)行后可得仿真結(jié)果，交流相電壓、相電流、線電壓和直流電流波 形如圖示。當(dāng)

26、 m=1 時(shí)，輸出線電壓的幅值為 0.866Ud.若進(jìn)一步提高開關(guān)頻率， 則電流波形更接近正弦波。 3.43.4 死區(qū)時(shí)間的影響死區(qū)時(shí)間的影響 橋式電路是大量實(shí)際逆變電路的基本結(jié)構(gòu)，在理想情況下，每個(gè)橋壁的上 下開關(guān)管嚴(yán)格輪流導(dǎo)通和關(guān)斷。但實(shí)際情況是每個(gè)開關(guān)管的通斷都需要一定時(shí) 間，尤其是關(guān)斷時(shí)間比導(dǎo)通時(shí)間更長。在一個(gè)開關(guān)管的關(guān)斷過程中，若另一個(gè) 開關(guān)管已經(jīng)導(dǎo)通，則必然引起橋壁短路。為了防止這種情況發(fā)生，通常都讓觸 發(fā)信號(hào)推遲一段時(shí)間，稱為死區(qū)時(shí)間。在此期間內(nèi)，橋壁上下開關(guān)管都沒有觸 發(fā)信號(hào)，該峭壁的工作狀態(tài)將取決于兩個(gè)續(xù)流二極管和該相電流的方向。 在圖 19 中,Ug*1 和 Ug*4 分別

27、是無死區(qū)時(shí) a 相橋壁上下管的互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)信號(hào)， U 過和 Ug4 分別是將理想互補(bǔ)信號(hào)的各上升沿均推遲了死區(qū)時(shí)間 td 的實(shí)際 SPWM 驅(qū)動(dòng)脈沖。當(dāng)電流 ia 為負(fù)值時(shí)，電流由橋壁上管的反并聯(lián)二極管 D1 和下管 S4 承載，因此在上下脈沖都不存在的死區(qū)時(shí)間里 D1 工作，輸出電壓為正；當(dāng) ia 為負(fù)值時(shí)，電流由橋壁上管的反并聯(lián)二極管 D1 和下管 S4 承載，因此在上下脈 沖都不存在的死區(qū)時(shí)間里 D4 工作，輸出電壓為正.綜上所述，圖 20 中畫出了有 死去時(shí)的實(shí)際輸出電壓波形、對(duì)照無死區(qū)時(shí)的理想輸出電壓。定義死區(qū)對(duì)輸出 電壓的影響為死區(qū)畸變電壓 Ue = Uan - U*an 如圖 19，

28、Ue 為寬度為 td,高度為 Ud 的窄脈沖，其周期與調(diào)制波相同，符 號(hào)與電流相反，正電流時(shí) Ue 為負(fù)，負(fù)電流時(shí) Ue 為正。橋壁逆變的實(shí)際輸出電 壓即為無死區(qū)時(shí)的理想輸出電壓再加上死區(qū)畸變電壓，因此只需對(duì) Ue 進(jìn)行分析 再結(jié)合 3.3.1 理想電壓的分析結(jié)果，便可確定死區(qū)時(shí)間對(duì)逆變器輸出電壓的影 響. 在輸出電流滯后輸出電壓的情況下，死區(qū)時(shí)間降低了直流電壓利用率， 使得實(shí)際輸出電壓的基波相位超前于理想電壓基波。在輸出電流滯后角度恒定 的情況下，增加死區(qū)時(shí)間會(huì)降低實(shí)際輸出電壓的基波幅值，增加相位的超前角。 在死區(qū)時(shí)間恒定的情況下，增大電流滯后角會(huì)減少電壓幅值的損失，同時(shí)增加 相位超前角。

29、死區(qū)畸變電壓的窄脈沖可用調(diào)制波周期的矩形脈沖等效，對(duì)其進(jìn) 行傅里葉分析可知其包含 3 次、5 次、7 次等奇次數(shù)諧波，因此死區(qū)將奇次諧波 引入了 SPWM 逆變器，降低了逆變器的諧波性能。由于死區(qū)時(shí)間的影響，輸出電 流波形將出現(xiàn)失真。 圖 19 死區(qū)時(shí)間對(duì)逆變橋壁輸出的影響 3.3.2 模型參數(shù)的設(shè)定模型仿真圖及其分析模型參數(shù)的設(shè)定模型仿真圖及其分析 (1)(1)三相電壓型三相電壓型 SPWMSPWM 仿真的主電路仿真的主電路: : 如圖20所示，在PWM發(fā)生器與三相橋的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端之間插入該模塊， 通過對(duì)話框選擇上升沿滯后模式，并將死區(qū)時(shí)間設(shè)為0.00002s.仿真設(shè)置與圖18 相同，運(yùn)行

30、后可得仿真結(jié)果，交流相電壓、相電流、線電壓和直流電流波形如 圖21所示。 圖 20 三相電壓型 SPWM 仿真的主電路 (2)(2)有死區(qū)時(shí)三相有死區(qū)時(shí)三相 SPWMSPWM 逆變器的仿真波形圖逆變器的仿真波形圖: : 圖 21 有死區(qū)時(shí)三相 SPWM 逆變器的仿真波形圖 此時(shí)輸出電壓的基波幅值為426.4V，小于無死區(qū)時(shí)的459V。通過適當(dāng)?shù)膮?shù) 設(shè)置，根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)合的要求，選擇能夠滿足實(shí)際要求的控制方式，運(yùn)用PWM 控制技術(shù)，可以有效減小輸出電壓和輸出電流的諧波分量，改善輸出波形，可 以很好的實(shí)現(xiàn)逆變電路的運(yùn)行要求。 Matlab 仿真技術(shù)在這次電力電子電路仿真的設(shè)計(jì)中已經(jīng)很好的體現(xiàn)了

31、他在這個(gè)領(lǐng)域中的優(yōu)點(diǎn)，本文通過仿真實(shí)驗(yàn)的出來的結(jié)果與理論分析的結(jié)果波 形可以說是基本一致，這更進(jìn)一步說明了 Matlab 在電力電子系統(tǒng)仿真研究的實(shí) 用性和有效性。 第四章第四章 總結(jié)總結(jié) 經(jīng)過幾個(gè)月的努力探索和奮力拼搏，畢業(yè)設(shè)計(jì)終于完成了。在這次畢業(yè)設(shè) 計(jì)中，我鞏固了所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，并將所學(xué)知識(shí)很好的融入一定的項(xiàng)目背 景中，鍛煉了獨(dú)立解決問題的能力。雖然在畢業(yè)設(shè)計(jì)中遇到了很多問題，但是 通過自己鉆研和在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，最終都很好的解決了。這樣，大大提高了我 的學(xué)習(xí)能力，并對(duì)所學(xué)專業(yè)更加了解，這對(duì)我以后的繼續(xù)深造和工作都有很大 的幫助。 通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我可以更加熟練使用 Matlab 軟

32、件中的 Simulink 和 SimPowerSystem 模塊庫，熟悉掌握了基本電力電子電路的仿真方法，掌握了對(duì) 電力電子器件各種參數(shù)的設(shè)定，同時(shí)也學(xué)會(huì)了運(yùn)用理論知識(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、結(jié)果 進(jìn)行分析和處理，增強(qiáng)了我對(duì)仿真的學(xué)習(xí)興趣。此外，通過扎實(shí)的學(xué)習(xí)和深入 細(xì)致做課題，我的自身能力有了很大的提高，并且對(duì)問題的觀察比以前更加敏 銳了，考慮問題也更加全面了。它加深了我對(duì)論文設(shè)計(jì)所涉及東西的了解，提 高了自我學(xué)習(xí)能力和獲取新知識(shí)的能力，更考驗(yàn)了我的實(shí)際綜合能力。因此， 我覺得此次論文設(shè)計(jì)對(duì)我以后會(huì)有很大幫助，大大提高了我的適應(yīng)能力，使自 己在以后的工作學(xué)習(xí)中表現(xiàn)得更加出色。 第五章第五章 致謝致謝 在

33、此論文撰寫過程中，要特別感謝我的指導(dǎo)老師李善壽的指導(dǎo)與督促，同 時(shí)感謝他的諒解與包容。沒有李老師的幫助也就沒有今天的這篇論文。求學(xué)歷 程是艱苦的，但又是快樂的。感謝我的班主任伍超老師，謝謝他在這四年中為 我們?nèi)嗨龅囊磺?，他不求回?bào)，無私奉獻(xiàn)的精神很讓我感動(dòng)，再次向他表 示由衷的感謝。在這四年的學(xué)期中結(jié)識(shí)的各位生活和學(xué)習(xí)上的摯友讓我得到了 人生最大的一筆財(cái)富。在此，也對(duì)他們表示衷心感謝。 謝謝我的父母，沒有他們辛勤的付出也就沒有我的今天，在這一刻，將最 崇高的敬意獻(xiàn)給你們！ 本文參考了大量的文獻(xiàn)資料，在此，向各學(xué)術(shù)界的前輩們致敬! 第第 6 6 章章 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 1電力電子技術(shù)與 MATLAB 仿真.周淵深.中國電力出版社,2005 年 12 月 2電力電子技術(shù)的 MATLAB 實(shí)踐.黃忠霖等.國防工業(yè)出版社，2008 年 12 月 3電力電子變流技術(shù) 王兆安/黃俊編著機(jī)械工業(yè)出版社，2005 年 09 月 4電力電子學(xué)電力電子變換和控制技術(shù)（第二版） 陳堅(jiān)編著.高等教育 出版社2007年05月 5電力電子技術(shù)計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn).李傳琦主編.電子工業(yè)出版社.2006 年 6 月 6 基于 MATLAB/SIMULINK 的系統(tǒng)仿真技術(shù)與應(yīng)用.薛定宇/陳陽泉著.清華 大學(xué)出版社.2002 年 4 月 10 電力電子應(yīng)用的技術(shù)