pwm逆变器的设计与仿真designandsimulationofinverterbasedonpwm(附件)【字数：1
摘 要摘 要逆变器是一种将直流（DC）转换为交流（AC）的装置，在电力电子技术的发展史中占有举足轻重的地位。随着电力电子技术的发展，PWM（Pulse Width Modulation）控制技术的出现极大的推动了逆变器的发展，在逆变电路控制中已处于核心地位[1]。本次设计的题目是基于PWM逆变器的设计与仿真。本篇论文首先介绍逆变电路的基本原理以及各种电压型逆变电路的基本构成，分析它们的特性与优缺点，然后阐述PWM控制的基本原理，进而说明SPWM（Sinusoidal Pulse Width Modulation）波形的产生及控制方法，最后采用IGBT（绝缘栅双极晶体管）作为开关器件，设计单相全桥SPWM逆变电路并重点分析其工作原理。MATLAB是一款优秀的科学计算软件，功能强大，快捷准确，在科学应用软件中首屈一指，Simulink是MATLAB中的一款可视化仿真工具，它提供一个建模，仿真和综合分析的集成环境。本次设计借助Simulink组件，搭建单极性SPWM和双极性SPWM逆变电路模型，得出仿真波形，并详细分析电路参数变化时对仿真波形的影响，以达到题目要求的性能指标。关键词逆变器；SPWM控制技术；MATLAB/Simulink仿真
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景与意义 1
1.2 研究现状与发展 2
1.2.1 PWM逆变器的国内外研究现状 2
1.2.2 PWM逆变器的发展趋势 3
1.3 本文的主要研究内容 5
第二章 逆变器的主电路设计 6
2.1 逆变电路原理与总体结构 6
2.1.1 逆变电路基本原理 6
2.1.2 逆变电路总体结构框图 7
2.2 开关器件的选择 7
2.2.1 IGBT简介 8
2.2.2 IGBT的基本特性 8
2.3 逆变主电路方案论证 10
2.4 本章小结 12
第三章 SPWM原理与控制方法 13
3.1 PWM控制的基本原理 13
3.1.1 面积等效原理 13
3.1.2 PWM波形 14
3.2 SPWM波形 style="display:inline-block;width:630px;height:85px" data-ad-client="ca-pub-6529562764548102" data-ad-slot="6284556726"> (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({ });
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景与意义 1
1.2 研究现状与发展 2
1.2.1 PWM逆变器的国内外研究现状 2
1.2.2 PWM逆变器的发展趋势 3
1.3 本文的主要研究内容 5
第二章 逆变器的主电路设计 6
2.1 逆变电路原理与总体结构 6
2.1.1 逆变电路基本原理 6
2.1.2 逆变电路总体结构框图 7
2.2 开关器件的选择 7
2.2.1 IGBT简介 8
2.2.2 IGBT的基本特性 8
2.3 逆变主电路方案论证 10
2.4 本章小结 12
第三章 SPWM原理与控制方法 13
3.1 PWM控制的基本原理 13
3.1.1 面积等效原理 13
3.1.2 PWM波形 14
3.2 SPWM波形 style="display:inline-block;width:630px;height:85px" data-ad-client="ca-pub-6529562764548102" data-ad-slot="6284556726"> (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({ });
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产生方法 15
3.2.1 调制法 15
3.2.2 规则采样法 16
3.3 SPWM控制规律 18
3.3.1 单极性SPWM控制方式 18
3.3.2 双极性SPWM控制方式 19
3.4 本章小结 20
第四章 SPWM逆变器电路仿真 21
4.1 MATLAB软件简介 21
4.2 Simulink简介与基本操作 22
4.3 单极性SPWM逆变电路 23
4.3.1 仿真模型图 23
4.3.2 仿真与分析 24
4.4 双极性SPWM逆变电路 29
4.4.1 仿真模型图 29
4.4.2 仿真与分析 29
4.5 本章小结 34
总 结 35
致 谢 37
参考文献 38
第一章 绪论
日常生活中所使用的电器设备均是交流电，交流电是可以由直流电转换而得到的。本章将简述逆变的基本概念，介绍逆变器的作用及其发展历程，并对本篇论文的内容安排作一个简要概述。
1.1 研究背景与意义
在电力电子技术当中，有四大类基本变流电路，即交流变直流（ACDC），直流变交流（DCAC），交流变交流（ACAC）与直流变直流（DCDC）。将直流变为交流称为逆变，逆变器就是一种可以把直流电转换成交流电的设备，在四类电力电子变换技术中，逆变技术已是最重要的一种。逆变器种类繁多，有多种不同的分类方式。如按照输出相数可分为单相逆变器和多相逆变器，按照主电路结构可分为半桥结构，全桥结构，推挽结构[2]等。
逆变器的应用十分广泛，小到蓄电池、干电池，大到航空航天等国防领域，生活中处处闪耀着逆变器的身影。如果说电力电子技术的早期是整流器时代，那么而今则是逆变器时代。逆变器出现于二十世纪六十年代，大致经历了三个发展阶段。从最初晶闸管作为开关器件，到自关断器件作为开关器件，再到如今的实时反馈控制技术，逆变技术得到了飞跃的突破，逆变器的性能也有了极大的提高。
随着电力电子技术的发展，PWM控制技术的出现再一次推动了逆变器的发展，现已成为逆变技术的核心技术之一[3]。PWM控制技术由于广泛应用于逆变电路，因而逐渐发展成熟，在电力电子技术领域中占据重要地位。SPWM法是PWM法的一种，发展较为成熟，是目前广泛采用的一种控制方法。在现今的PWM逆变器中，高频化是其中一个主要发展趋势，提高SPWM逆变器的开关频率能有效地减小滤波器和变压器的体积重量。此外，用准谐振方式使逆变器处于软开关工作状态可以有效地解决开关损耗增加和电磁干扰问题。PWM软开关逆变技术能够很有效地实现电力电子技术的高频化，因此目前电力电子学领域对软开关逆变技术的研究颇为活跃。
21世纪以来，能源和环保已成为当今世界的主题，能源开发和环境保护的相互协调是世界经济发展的基础。在这一世纪里，开发新能源和防止环境污染是必须要解决的课题。蓄电池等原始直流电能的质量都比较差，而逆变技术能将变这些电能转换成电能质量较高交流电能，实现了能源的二次利用[4]。因此，逆变器的研究对电力电子技术的发展和能源的开发利用具有非常重要的意义。
1.2 研究现状与发展
1.2.1 PWM逆变器的国内外研究现状
随着电力电子技术的飞速发展，逆变技术也越来越成熟，世界能源供应越来越紧张。煤、石油、天然气被誉为世界三大能源，而今已逐渐消耗殆耗尽，目前人类所使用的主要能源是氢能源和再生能源。与此同时，发电方式也随着能源的变迁而发生重大变革，未来的主要发电方式将是使用氢能源与再生能源的高效低污染燃料电池发电。因此，逆变技术的发展将为新能源开发与应用做出巨大贡献。目前，世界各国都在积极开发研究性能各异的逆变器系统[5]，例如按直流侧的电源性质可分为电流型逆变和电压型逆变，按交流侧的连接方式可分为有源逆变和无源逆变等等。
现今电能发展变化的主要发展方向是大功率开关器件和集成控制电路，IGBT(绝缘栅晶体管)由于综合了GTR（电力晶体管）和MOSFET(场效应管)的优点，在逆变电路中显示出优越的性能，已取代其他大功率器件成为中、大功率电力电子设备的主导器件[6]。IGBT的使用对驱动电路的要求比较高，因此设计逆变器系统的首要因素是设计出完善的驱动电路。
在采用PWM控制逆变电路当中，最常使用的控制方式是SPWM(正弦脉宽调制)控制技术。在SPWM控制中，将正弦波作为调制信号，一般将锯齿波或等腰三角波作为载波信号。调制技术始源于通信系统，1964年美国A.Schonung首次在逆变器中使用调制技术，但由于开关器件的速度在当时都比较低，因而没有将调制技术加以推广，直到1975年，S.R.Bowers教授正式将SPWM技术应用于逆变电路，从而极大得提高了逆变器的性能[7]。之后逆变器便开始迅速发展并获得了广泛的应用，正弦波逆变技术也因此达到了一个新的水平。SPWM技术不但能较好地改善输出波形，而且可以消除谐波，调节逆变器的输出电压，其原理易于掌握，具有较好的通用性和调节性能。PWM控制技术已成为快速开关器件逆变电路的主要控制方式，其控制方法也多种多样，如直接转矩控制PWM，注入三次谐波PWM、线电压控制PWM、控制电压矢量控制PWM等。至此，正弦逆变技术已经基本发展成熟。
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