...课程设计任务书学生姓名: 班级: 讲师: 工作单位: 职务: PWM逆变器Matlab仿真初始条件: 输入110V直流电压；需要完成的主要任务: (包括课程设计的工作量及其技术要求，以及具体要求，如规范编写)1.获得220V，50Hz单相AC的输出； 2.采用PWM斩波控制技术； 3.建立Matlab仿真模型； 4.获得实验结果. 时间安排: 课程设计时间为两周，分为三个阶段. 第一阶段: 复习相关知识，阅读课程设计指南，了解原理，并准备收集设计材料. 此阶段约占总时间的20％. 第二阶段: 根据设计的技术要求选择方案并进行设计计算. 第三阶段: 完成设计和文件整理，约占总时间的40％. 讲师的签名: 年，月，日部门主任(或负责的老师)签名: 年，月，日目录目录TOC \ o“ 1-3” \ h \ z \ u HYPERLINK \ l“ _Toc345160185”摘要PAGEREF _Toc345160185 \ h 1 HYPERLINK \ l“ _Toc345160186” 1设计方案的选择和演示PAGEREF _Toc345160186 \ h 2 HYPERLINK \ l“ _Toc345160187” 2逆变器主电路设计PAGEREF _Toc345160187 \ h 2 HYPERLINK \ l“ _Toc345160188” 2.1逆变器电路原理及相关概念PAGEREF _Toc345160 2 HYPERLINK \ l“ _Toc345160189” 2.2逆变器电路的演示和选择PAGEREF _Toc345160189 \ h 3 HYPERLINK \ l“ _Toc345160190” 2.3 Simulink仿真模型可构建单相桥式逆变器电路PAGEREF _Toc345160190 \ h 4 HYPERLINK \ l“ _Toc345160191” 2.3.1模型假设PAGEREF _Toc345160191 \ h 5 HYPERLINK \ l“ _Toc345160192” 2.3.2使用MATLAB / Simulink进行电路仿真PAGEREF _Toc345160192 \ h 5 HYPERLINK \ l“ _Toc345160193” 3 sin的原理和控制方法正弦脉冲宽度调制(SPWM)Simulink模拟PAGEREF _Toc345160193 \ h 6 HYPERLINK \ l“ _Toc345160194” 3.1正弦脉冲宽度调制(SPWM)原理PAGEREF _Toc345160194 \ h 6 HYPERLINK \ l“ _Toc345160195” 3.2 SPWM波控制方法PAGEREF _Toc HYPERLINK \ l“ _Toc345160 3.2.1双极SPWM控制原理和Simulink仿真PAGEREF _Toc345160196 \ h 7 HYPERLINK \ l” _Toc345160197“ 3.2.2单极SPWM控制原理和S imulink仿真PAGEREF _Toc345160197 \ h 9 HYPERLINK \ l” _Toc345160198“ 4分析升压电路PAGEREF _Toc345160198 \ h 11 HYPERLINK \ l“ _Toc345160199”的演示4.1升压电路的工作原理PAGEREF _Toc345160199 \ h 11 HYPERLINK \ l“ _Toc345160200” 4.2 Simulink仿真升压电路PAGEREF _Toc345160200 \ h 11 HYPERLINK160“ l” _Toc 5滤波器设计PAGEREF _Toc345160201 \ h 12 HYPERLINK \ l“ _Toc345160202” 6 PWM逆变器的整体模型PAGEREF _Toc345160202 \ h 14 HYPERLINK \ l“ _Toc345160203 “ 7经验PAGEREF _Toc345160203 \ h 17 HYPERLINK \ l” _Toc345160204“参考PAGEREF _Toc345160204 \ h 18 .. PWM逆变器的MATLAB仿真摘要随着电力电子技术，计算机技术，自动控制技术的飞速发展，PWM技术得到了迅速发展. 开发，SPWM正弦脉宽调制该技术原理简单，通用性强，开关频率固定，良好的控制和调节特性，可以消除谐波，从而使输出电压仅包含固定频率的高次谐波分量，设计只需等待一系列点是改善波形的更好方法.

它的外观在促进中小型逆变器的发展中起着重要作用. SPWM技术已成为逆变器中使用最广泛的PWM技术. 因此，研究SPWM逆变器的基本工作原理和功能特性具有重要意义. 本文基于IGBT构成的单相桥式逆变器电路，讨论了SPWM波形的产生原​​理和不同的控制方法，并借鉴了著名的科学计算软件MATLAB / Simulink对SPWM逆变器电路进行仿真设计，以实现问题所需的性能指标并分析结果. Simulink是MATLAB最重要的组件之一. 它为动态系统建模，仿真和综合分析提供了一个集成环境. Simulink有一个SimPowerSystems工具箱，专用于电力系统仿真，其中包括几乎所有电力电子设备的模型. 通过调用这些模型，可以完成各种复杂系统的建模和仿真. 关键字: 逆变器SPWM MATLAB / Simulink1设计方案的选择和演示从本主题的要求中，我们可以看到输入电压为110V DC，输出为AC，有效值为220V，因此这里涉及一个升压问题，基于关于此，两个设计思想中的第一个是先执行DC-DC升压转换，然后执行逆变器，另一个是先执行逆变器，然后执行升压. 此外，要获得正弦交流电压，必须考虑滤波和其他问题，因此这两种方案的设计框图如下: 图1-1方案1: 首先进行升压，然后将图1-2方案二进行反转: 首先是逆变器，然后是升压方案选择: 方案1: DC-DC升压斩波电路具有高可靠性，良好的响应速度，良好的噪声性能和高效率，但不适用于具有较高升压比的场合. 另外，升压斩波电路在早期会有过冲趋势(这一点将在后面讨论)，并且在连接到后续的逆变器电路时必须加以考虑. 我们可以使用其他控制策略来减少过冲，同时实现较短的调整时间，但这会增加逆变器的复杂性和设计成本.

解决方案2: 使用变压器来提高逆变器电路输出的交流电. 此方法通常可实现90％以上的效率，高可靠性以及对输出短路的强大抵抗力，但响应速度慢且体积慢. 较大，波形失真较重. 从以上分析可以看出，两种方案各有优缺点. 但是，由于方案2更易于设计，本文选择方案2作为最终设计方案，但方案1的相关内容也将在后面讨论. . 2逆变器主电路设计2.1逆变器电路原理及相关概念逆变器和整流器是相对应的，将直流电转换为交流电的过程称为逆变. 根据交流侧是否连接到交流电网，逆变器电路可以分为有源逆变器和无源逆变器. 除非另有说明，否则逆变器通常指无源逆变器. 本文针对无源逆变器的现状；根据直流侧是恒流源还是恒压源，将逆变器电路分为电压型逆变器电路和电流型逆变器电路. 电压型逆变器电路的输出电压的波形是方波，电流型逆变器电路的输出电流波形是方波. 由于本主题需要调节输出电压，因此本文仅讨论电压型逆变器电路；根据输出电压和电流的相数，将逆变器电路分为单相逆变器电路和三相逆变器可变电路，因为该主题要求输出单相交流电，因此本文仅讨论单相逆变器电路. 2.2逆变器电路方案的论证与选择从以上讨论可以看出，本文主要讨论了单相电压型无源逆变器电路. 电压型逆变器电路的特性是上述特性之外的. 也就是说，开关设备通常选择完全受控的设备，例如IGBT，功率MOSFET等. 有以下三种选择，如下所述: 选项1: 半桥逆变器电路，如下图所示，其功能它有两个桥臂，每个桥臂由一个可控设备和一个反并联二极管组成.

在直流侧连接了两个串联的足够大的电容器，并且这两个电容器的连接点是直流电源的中点. 反并联二极管为存储在反馈电感器中的无功电能提供了一条路径，而直流侧电容器在缓冲无功电能方面发挥着作用. 优点是简单，使用的设备很少，缺点是输出交流电压的幅度仅为直流电源电压的一半，并且两个电容器串联在直流侧，并且电压平衡在操作期间必须控制两个电容器，因此仅适用. 几千瓦以下的小功率逆变器电路. 图2-1半桥逆变器电路方案二: 全桥逆变器电路，如下图所示: 它的特点是四个桥臂，相当于两个半桥电路的组合，其中桥臂1和4用作一个. 是，桥臂2和3用作一对. 一对中的两个桥臂同时打开，并且两对交替地打开. 输出矩形波的幅度是半桥电路的幅度的两倍. 当承受电阻性负载时，全桥电路还可以以相移和电压调节的方式输出具有可调脉冲宽度的矩形波. 图2-2全桥逆变器电路的第三个方案: 具有中心抽头变压器的逆变器电路，其主要特征是交替驱动两个IGBT，并通过变压器耦合将矩形波电压添加到负载. 这两个二极管的作用还在于为负载电感中存储的无功电能提供反馈通道. 尽管此电路的开关器件不到全桥电路的一半，但该器件承受的电压约为2Ud，是全桥电路的两倍，并且必须有一个变压器. 图2-3带有中心抽头变压器的逆变器电路方案选择: 全桥电路的电压利用率和带有中心抽头变压器的逆变器电路的电压利用率相同，均为半桥电路的两倍.

由于全桥结构的控制方法更加灵活，本文选择单相桥逆变器电路作为逆变器的主电路. 2.3用于建立单相桥式逆变器电路的Simulink仿真模型2.3.1模型假设1)所有开关器件都是理想的开关器件，即导通电压降为零，关断电压降为无穷大，并且不管停滞时间如何，换向过程都会立即完成. 2)所有输入信号均包含触发信号，电源电压稳定，无波动. 2.3.2使用MATLAB / Simulink进行电路仿真将以下组件添加到Simulink工作区: Simode / SimPower系统/电力电子中的二极管，IGBT模块Simscape / SimPower系统/电源/ DC电压源模块Simscape / SimPower系统/元素/系列RLC分支模块Simscape / SimPower Systems /测量/电流测量模块Simscape / SimPower Systems /测量/万用表模块Simscape / SimPower Systems / powergui模块Simulink / Source / Pulse Generator模块Simulink / Sinks / Floating Scope模块Simulink / Signal Routing / Demux模块使用以上模块构成下图所示的单相桥式逆变器电路模型. 图2-4单相桥式逆变器电路模型每个模块的参数设置如下: “ DC Voltage Source”模块的幅度设置为110V；在“ powergui”中的“仿真类型”中选择“连续”，然后选中“启用理想的开关设备”复选框； “ Pulse Generator3”中的“ Amplitude”设置为1，因为该问题要求输出电压频率为50Hz，即周期为0.02S，因此“ Period”设置为0.02，“ Phase Delay”设置为零即，初始相位为零，该脉冲被发送以驱动桥臂1和3； “ Pulse Generator1”“ Phase Delay”设置为0.01，相当于形成一个与“ Pulse Generator3”互补的触发脉冲以驱动桥臂2和4的半周期延迟. 其他参数与“ Pulse Generator3”相同; “求解器”求解器算法设置为ode45；模拟时间设置为5S，然后可以开始模拟. 仿真后，示波器输出波形如下图所示. 图的顶部到底部是负载电压，电流和电源电流波形.

图2-5单相桥式逆变器电路的示波器输出波形. 从图中可以看出，该波形与理论波形相同，表明逆变器电路正常工作. 3 Simulink模拟正弦脉冲宽度调制(SPWM)的原理和控制方法3.1正弦脉冲宽度调制(SPWM)的原理PWM脉冲宽度调制技术是调制脉冲宽度的技术. 即，通过调制一系列脉冲宽度，可以等效地获得期望的波形(包括幅度和形状). PWM的最基本结论之一是，当添加到惯性链中时，具有相同脉冲和不同形状的窄脉冲具有相同的效果. 脉冲是狭窄的脉冲区域，这就是我们通常所说的“等效区域”原理. 因此，根据面积原理，将正弦半波分为N个相等的部分，并且每个部分都相当于一个矩形脉冲. 如果这些矩形脉冲的幅度相等，则脉冲宽度将根据正弦定律变化，并且脉冲宽度将遵循正弦定律. 变化且等效于正弦波的PWM波形称为SPWM. 其如下图所示: 图3-1 SPWM3.2 SPWM波的控制方法有SPWM波的计算方法和调制方法. 计算方法非常繁琐且难以实现，因此在此不再赘述，重点介绍调制方法，即使用所需的输出波形作为调制信号，将调制后的信号用作载波，通过信号波调制. 等腰三角波通常用作载波，因为等腰三角波上任何点的水平宽度和高度都是线性且对称的. 当它与任何缓慢变化的调制信号波相交时，如果电路中的开关器件位于相交点，则可以通过开关控制获得SPWM波. 常见的SPWM控制方法包括单极SPWM控制和双极SPWM控制.

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