matlab三相电压源电压为什么没有谐波,三相电压源型SPWM逆变器仿真设计与分析...

三相电压源型SPWM逆变器的设计1概述1.1逆变电路简介

与整流相对应，把直流电变成交流电称为逆变。当交流侧接在电网上，即交流侧接有电源时，称为有源逆变；当交流侧直接和负载连接时，称为无源逆变。又逆变电路根据直流侧电源性质不同可分为两种：直流侧是电压源的称为电压型逆变电路；直流侧是电流源的称为电流型逆变电路；它们也分别被称为电压源型逆变电路和电流源型逆变电路。其中，电压源型逆变电路有以下主要特点：直流侧为电压源，或并联有大电容，相当于电压源，直流侧电压基本无脉动，直流回路呈现低阻抗；由于直流电压源的钳位作用，交流侧输出电压波形为矩形波，并且与负载阻抗角无关。而交流侧输出电流波形和相位因负载阻抗情况的不同而不同；当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量的作用，为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂都并联了反馈二极管。1.2 PWM简介

PWM(Pulse Width Modulation)控制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，来等效地获得所需要的波形。PWM控制技术的重要理论基础是面积等效原理，即：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。下面分析如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波。把正弦半波分成N等分，就可以把正弦半波看成由N个彼此相连的脉冲序列所组成的波形。如果把这些脉冲序列用相同数量的等幅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，就可得到图1-1所示的脉冲序列，这就是PWM波形。像这种脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形，也称为SPWM波。SPWM方式控制波形可分为单极性和双极性。

图1-1  用PWM波代替正弦波

图1-2 单极性SPWM控制方式波形

如图1-2所示为单极性SPWM控制方式波形，即如果在正弦调制波的半个周期内，三角载波只在正或负的一种极性范围内变化，所得到的SPWM波也只处于一个极性的范围内，叫做单极性控制方式。根据面积等效原理，不难得知SPWM还可等效为图1-3中所示的PWM波，这种波形称为双极性SPWM波形，即如果在正弦调制波半个周期内，三角载波在正负极性之间连续变化，则SPWM波也是在正负之间变化，叫做双极性控制方式。

图1-3 双极性SPWM控制方式波形2三相电压源逆变器工作原理

PWM逆变电路可分为电压型和电流型两种，目前实际应用的几乎都是电压型电路，因此本节主要分析电压型逆变电路的控制方法。要得到需要的PWM波形有两种方法，分别是计算法和调制法。根据正弦波频率、幅值和半周期脉冲数，准确计算PWM波各脉冲宽度和间隔，据此控制逆变电路开关器件的通断，就可得到所需PWM波形，这种方法称为计算法。由于计算法较繁琐，当输出正弦波的频率、幅值或相位变化时，结果都要变化。与计算法相对应的是调制法，即把希望调制的波形作为调制信号，把接受调制的信号作为载波，通过信号波的调制得到所期望的PWM波形。通常采用等腰三角波作为载波，在调制信号波为正弦波时，所得到的就是SPWM波形，这种情况应用最广。因此本设计采用调制法进行仿真，而且三相桥式PWM逆变电路都是采用双极性控制方式。

图2-1是采用IGBT作为开关器件的三相桥式PWM逆变电路。

图2-1 三相桥式PWM逆变电路

三相桥式逆变器有六个带反并联续流二极管的IGBT组成，分别为VT1~VT6，直流侧由两个串联电容，他们共同提供直流电压Ud，负载为三相星形接法的阻感负载，调制电路分别由三相交流正弦调制波形和三角载波组成。其中三角载波频率和正弦调制波频

率之比称为载波频率，调制波幅值和载波幅值之比称为调制度(也称调制比，0

1)，这

是SPWM调制中的两个重要参数。三角载波和正弦调制波相互调制产生六路脉冲信号分

图2-2 三相桥式PWM逆变电路波形

别给六个IGBT提供触发信号。

U、V和W三相的PWM控制通常公用一个三角波载波