SPWM逆变器的仿真与研究演示

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,1,陕西理工学院电气系自动化毕业设计（论文）,三相SPWM逆变器的仿真与研究,导师：张鹏超,答辩人：袁毛毛 黄飞,专业：自动化,2,论文框架,引言,PWM控制技术,三相桥式PWM逆变器,三相电压型SPWM逆变器的仿真,三相电压型SPWM逆变器电机调速的仿真,结果分析及研究,致谢,3,引 言,由于电力电子学和微电子技术的发展，使变频调速技术近年来获得了飞速的发展，各种变频调速控制方式、PWM脉宽调制技术以及MCU微处理器和以大规模集成电路为基础的全数字化控制技术等均在变频调速中获得了成功应用。,SPWM正弦脉宽调制法这项技术的特点是原理简单，通用性强，具有开关频率固定，控制和调节性能好，能消除谐波使输出电压只含有固定频率的高次谐波分量，设计简单等一系列优点，是一种比较好的波形改善法。它的出现为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。,4,PWM控制技术,PWM控制方式就是对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不等的脉冲。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，既可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变逆变输出频率。,面积等效原理,PWM控制技术的重要理论基础。,原理内容：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。,冲量即指窄脉冲的面积。,效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同。,如果把各输出波形用傅里叶变换分析，则其低频段非常接近，仅在高频段略有差异。,将图1.1a、b、c、d所示的脉冲作为输入，加在图1.2a所示的R-L电路上，设其电流,i(t),为电路的输出，图1.2b给出了不同窄脉冲时,i(t),的响应波形。,5,图1.1,形状不同而冲量相同的各种窄脉冲,图1.2,冲量相同的各种窄脉冲的响应波形,用PWM波代替正弦半波,幅值顶部是曲线且大小按正弦规律变化的脉冲序列组成的。,利用相同数量的等幅而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，这就是PWM波形。,正弦波的负半周，用同样的方法得到。,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SPWM。,图1.3,用,PWM,波代替正弦半波,(a)矩形脉冲 （b）三角形脉冲,（c）正弦半波脉冲（d）单位脉冲函数,6,单极性调制,图1.4,单相桥式,PWM,逆变电路,图1.5,7,u,r,u,c,u,O,w,t,O,w,t,u,o,u,of,u,o,U,d,-,U,d,双极性PWM控制方式,调制信号,u,r,和载波信号,u,c,的交点时刻控制 各开关器件的通断。,在,u,r,的一个周期内，输出的PWM波只有,U,d,两种电平。,在,u,r,的正负半周，对各开关器件的控制规律相同。,当,u,r,u,c,时，V,1,V,4,导通，,u,o,=U,d,。,当,u,r,u,c,时，V,2,V,3,导通，,u,o,=-U,d,。,图1.6,双极性,PWM,控制方式波形,8,2.2 SPWM的调制算法,三角波变化一个周期，它与正弦波有两个交点，控制逆变器中开关元件导通和关断各一次。要准确的生成SPWM波形，就要精确的计算出这两个点的时间。开关元件导通时间是脉冲宽度，关断时间是脉冲间隙。正弦波的频率和幅值不同时，这些时间也不同，但对计算机来说，时间由软件实现，时间的控制由定时器完成，是很方便的，关键在于调制算法。调制算法主要有自然采样法、规则采样法、等面积法等。,1.自然采样法,在正弦波和三角波的自然交点时刻控制功率开关器件的通断，称为自然采样法。正弦波在不同相位角时值不同，因而与三角波相交所得到的脉冲宽度不同。可知这种算法计算量比较大，需花费较多的时间，因而难以在微处理器中实现。,9,2.规则采样法,规则采样法分为对称规则采样法和不对称规则采样法。,（1）对称规则采样法,对称规则采样法是以每个三角波的对称轴（顶点对称轴或低点对称轴）所对应的时间作为采样时刻，过三角波的对称轴与正弦波的交点，做平行t轴的平行线，该平行线与三角波的两个腰的交点作为SPWM波“开”和“关”的时刻，如图所示。因为这两个交点是对称的，所以称为规则采样法。,对称规则采样法,10,（2）不对称规则采样法,对称规则采样法的数学模型非常简单，但是由于每个载波周期只采样一次，因此所形成的阶梯波，与正弦波的逼近程度仍存在较大误差。如果既在三角波的顶点对称轴位置采样，又在三角波的底点对称轴位置采样，也就是每个载波周期采样两次，这样所形成的阶梯波与正弦波的逼近程度会大大提高。不对称规则采样法生成SPWM波如图所示。由于这种采样所形成的阶梯波与三角波的交点并不对称，因此称其为不对称规则采样法。,不对称规则采样法,11,图1.7三相桥式,PWM,型逆变电路,三相桥式,PWM,逆变电路,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波载波,u,c,，三相的调制信号,u,rU,、,u,rV,和,u,rW,依次相差,120,。,图1.,8,三相桥式,PWM,逆变电路波形,12,三相电压型SPWM逆变器的仿真,三相电压型SPWM逆变器的系统电路,13,三相电压型SPWM逆变器电机调速仿真电路,14,结果分析及研究,SPWM脉冲波,15,三相电压型SPWM逆变器的仿真波形,图1.9,16,整流后的电压波形,图1.10,17,三相电压型SPWM逆变器仿真波形分析,Ua.Ub,Uc为三相互差120的380v交流电,(1)图1.9Ura，Urb，Urc中为负载电压的波形。,Usw1为逆变器1桥臂的电压波形，,Isw1为逆变器中1桥臂的电流波形，,Ib为负载rb上电流的波形，,Ubc，Uab，Uca为三相逆变器的两相间的电压波形,(2)图1.10为整流后的电压波形,18,电机调速波形1,图1.11,19,电机调速波形2,图1.12,20,（1）图1.11为PWM模块的三角波频率为600，正弦波频率为50,时的电机转子电流、定子电流、电机转速、电磁转矩的波形图。此时电机转速n=1500r/min,（2）图1.12为PWM模块的三角波频率为600，正弦波频率为时的电机转子电流、定子电流、电机转速、电磁转矩的波形图。此时电机转速n=900r/min。,（3）通过改变pwm模块的正弦波频率能实现电机转速的变化。,21,谢谢大家！,