安徽理工大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院 王林莉 趙天劍

基于P WM技術(shù)逆變器的研究

安徽理工大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院 王林莉 趙天劍

本文利用全橋逆變方式將直流電轉(zhuǎn)換成交流電，控制部分采用PWM斬波控制技術(shù)，根據(jù)PWM技術(shù)變換器的原理，在MATLAB/ Simulink環(huán)境下建立了系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)行了參數(shù)設(shè)置和仿真分析，驗證了系統(tǒng)參數(shù)對輸出的影響規(guī)律。

逆變器；PWM技術(shù)；仿真

1.引言

近年來，隨著石油、煤和天然氣等不可再生能源日趨緊張，節(jié)能降耗越來越被人們所重視。逆變電路可實現(xiàn)直流電能到交流電能的變換，已被廣泛地應(yīng)用于電力系統(tǒng)、家用電器、交通運(yùn)輸、工業(yè)電源和航空航天等領(lǐng)域。將逆變技術(shù)應(yīng)用于照明系統(tǒng)節(jié)能，既可以利用綠色能源（太陽能和風(fēng)能等），減少對環(huán)境的污染；同時也可以節(jié)約電量，提高能源效率。

本文從逆變器的調(diào)制方法入手，簡要介紹了PWM技術(shù)變換器的工作原理.并利用simulink進(jìn)行PWM逆變器的仿真，驗證并分析了基于PWM技術(shù)的逆變器的特性。

2.PWM技術(shù)變換器原理

逆變器是實現(xiàn)直流—交流的電源變換，而PWM（脈寬調(diào)制）技術(shù)是對脈沖寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)，即通過一系列的脈沖寬度進(jìn)行調(diào)制，產(chǎn)生所需的交流正弦波形，為交流設(shè)備供電。

基于PWM技術(shù)即逆變器通過PWM調(diào)制技術(shù)將直流電壓變換成交流電源的裝置。下面以單項逆變器為例介紹PWM的原理。

單相全橋逆變器主電路如圖1所示，共有四個橋臂，可以看成由兩個半橋電路組合而成。把橋臂1和4作為一對，橋臂2和3作為另一對，成對的兩個橋臂同時導(dǎo)通，兩對交替各導(dǎo)通180°。同時通過改變各開關(guān)器件的交替導(dǎo)通時間來實現(xiàn)調(diào)頻控制，通過改變半個周期內(nèi)各開關(guān)器件的通斷時間比實現(xiàn)電壓幅值的控制。如果開關(guān)器件在每半個周期內(nèi)按正弦波的變化趨勢反復(fù)通斷，這樣在逆變器的輸出端就可得到正弦的變頻變壓電壓信號。PWM控制技術(shù)是逆變器的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

圖1 單相全橋逆變電路

全橋逆變電路是單相逆變電路中應(yīng)用最多的，將幅值為Ud的矩形波u0展開成傅里葉級數(shù)得：

上述公式對于半橋逆變電路也是適用的，只是式中的Ud要換成Ud/ 2。另外當(dāng)u0為正負(fù)電壓各為180°的脈沖時，要改變輸出交流電壓的有效值只能通過改變直流電壓Ud來實現(xiàn)。

3.基于PWM技術(shù)的逆變器仿真

PWM技術(shù)逆變器仿真模型主要包括主電路和PWM信號控制部分。主電路如圖1所示，控制模型采用PWM發(fā)生器，仿真模型如圖2所示。

PWM是建立基于PWM技術(shù)逆變器的控制核心部分，PWM有一個輸入端子Signal和一個輸出端子Pulses。仿真參數(shù)如下：載波頻率為1080Hz，該頻率的大小決定了一個周期內(nèi)脈沖的密度；調(diào)制信號由內(nèi)部產(chǎn)生；調(diào)制比m為0.4；輸出電壓的頻率為50Hz；輸出電壓的初始相位為0。

逆變器模型采用通用橋構(gòu)成，參數(shù)設(shè)定如下：橋臂數(shù)量為1；Rs=10kΩ；Cs=inf；Ron=1e-4Ω；正向電壓Vf=1V，Vfd=1V；Tf=1e-6s，Tt=2e-6s。

其他參數(shù)設(shè)定如下：由于逆變器為雙極型方式，電源采用正負(fù)兩相直流電源，實現(xiàn)過程將兩個直流電壓源串聯(lián)，中間接地，兩個電源設(shè)定為20V；負(fù)載參數(shù)R=1Ω，L=2mH，C=inf；仿真時間為0.05s。仿真結(jié)果如圖3所示。

圖2 基于PWM技術(shù)逆變器仿真模型

圖3 仿真輸出波形

圖4 載波頻率提高后電流輸出波形

4.結(jié)論

仿真波形依次為負(fù)載的電流波形和負(fù)載兩端的電壓波形，改變電壓和負(fù)載的大小，可以觀察不同情況下逆變器的工作情況，而提高鋸齒波的調(diào)制頻率可以顯著地減小逆變器輸出電流的波動。將載波頻率提高到3240Hz，得到的負(fù)載電流仿真波形如圖4所示。由圖3和圖4比較可得，載波頻率直接影響了鋸齒波的光滑度，載波頻率越大波紋越小仿正弦效果越好，但也應(yīng)注意頻率也不能過高。

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