單相全橋逆變電路雙極性SPWM調制電路1逆變主電路設計1.1逆變電路原理及相關概念逆變與整流（Rectifier）是相對應的，把直流電變為交流電的過程稱為逆變。根據交流側是否與交流電網相連可將逆變電路分為有源逆變和無源逆變，在不加說明時，逆變一般指無源逆變，本文針對的就是無源逆變的情況；根據直流側是恒流源還是恒壓源又將逆變電路分為電壓型逆變電路和電流型逆變電路，電壓型逆變電路輸出電壓的波形為方波而電流型逆變電路輸出電流波形為方波，由于題目要求對輸出電壓進行調節，所以本文只討論電壓型逆變電路；根據輸出電壓電流的相數又將逆變電路分為單相逆變電路和三相逆變電路，由于題目要求輸出單相交流電，所以本文只討論單相全橋逆變電路。1.2單相全橋逆變電路設計單相全橋逆變電路，如下圖所示：其特點是有四個橋臂，相當于兩個半橋電路的組合，其中橋臂1和4作為一對，橋臂2和3作為一對，成對的兩個橋臂同時導通，兩對交替各導通180，其輸出矩形波的幅值是半橋電路的兩倍。全橋電路在帶阻感負載時還可以采用移相調壓的方式輸出脈沖寬度可調的矩形波。圖 1單相全橋逆變電路1.3建立單項全橋逆變電路的Simulink的仿真模型1.3.1模型假設1)所有開關器件都是理想開關器件，即通態壓降為零，斷態壓降為無窮大，并認為各開關器件的換流過程在瞬間完成，不考慮死區時間。2)所有的輸入信號包括觸發信號、電源電壓穩定，不存在波動。1.3.2利用MATLAB/Simulink進行單項全橋逆變電路仿真在Simulink工作空間中添加如下元件：Simscape/SimPower Systems /Power Electronics中的Diode、IGBT模塊Simscape/SimPower Systems /Electrical Sources/DC Voltage Source模塊Simscape/SimPower Systems /Elements/Series RLC Branch模塊Simscape/SimPower Systems /powergui模塊Simulink/Sinks/Scope模塊利用上述模塊得到單相全橋逆變電路模型：圖 2 單相全橋逆變電路的Simulink的仿真模型各個模塊的參數設置如下：“DC Voltage Source”模塊幅值設為110V；“powergui”中“Simulation type”選為“continuous”，并且選中“Enable use ofideal switching device”復選框；“Solver”求解器算法設為ode45；仿真時間設為6S。2正弦脈寬調制(SPWM)原理及Simulink仿真2.1正弦脈沖寬度調制(SPWM)原理PWM脈寬調制技術就是對脈沖寬度進行調制的技術。通過對一系列脈沖寬度進行調制，來等效的獲得所需要的波形(含幅值和形狀)。PWM的一條最基本的結論是：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環節上時其效果基本相同，沖量即窄脈沖面積，這就是我們通常所說的“面積等效”原理。因此將正弦半波分成N等分，每一份都用一個矩形脈沖按面積原理等效，令這些矩形脈沖的幅值相等，則其脈沖寬度將按正弦規律變化，這種脈沖寬度按正弦規律變化而和正弦波等效的PWM波形叫做SPWM。示意圖如下圖所示：圖 3 SPWM調制示意圖2.2雙極性SPWM控制原理及Simulink仿真所謂的雙極性是指在調制信號波的半個周波內三角載波有正負兩種極性變化。用調制信號波與三角載波比較的方法可以產生雙極性SPWM波。如圖4，在調制信號Ur和載波信號Uc的交點時刻控制各個開關器件的通斷。（a）在Ur的半個周期內，三角波載波有正有負，所得的PWM波也有正有負，在Ur的一個周期內，輸出的PWM波只有Ud兩種電平。（b）在Ur的正負半周，對各個開關器件的控制規律相同。當UrUc時，1V和4V導通，2V和3V關斷，這時如果io0，則1V和4V導通，如果io0，則1VD和4VD導通，但不管那種情況都是Uo=Ud。當UrUc時，2V和3V導通，1V和4V關斷，這時如果io0，則2VD和3VD導通，但是不管哪種情況都是Uo=Ud。圖 4 雙極性SPWM控制示意圖Simulink仿真SPWM波是根據三角載波與正弦調制波比較來確定的，根據這個原則，可以構建出電路模型：圖 5 雙極性SPWM電路圖將正弦信號生成器Sine Wave中的幅值Amplitude設置為1，把頻率Frequency也設置為2；將三角波生成器RepeatingSequence中的Timevalues設為00.25，把Outputvalues設置為-22；將比較器Switch中的Criteriaforpassingfirstinput設置為u2Threshold。調節好參數后，運行程序，便可以得到如圖所示的波形，其中每一屏所對應的