单双极性SPWM单相桥电压型逆变电路课程设计前言.pdfVIP

前言

电力电子应用技术综合了微电子、电路、电机学、自动控制等多科学知识，是电能变换

与控制的核心技术，在工业、能源、交通、国防等各个领域发挥着越来越重要的作用。

然而，由于电力电子器件所固有的非线性特性，使得对电力电子电路及系统的分析十分

困难。现代计算机仿真技术通过在计算机平台上模拟实际的物理系统，为电力电子电路及系

统的分析提供了有效的方法，大大简化了电力电子和传动系统的分析与设计过程，成为研究

电力电子应用技术的重要手段。计算机仿真需要用数学模型代替实际的电力电子装置，通过

数值方法求解数学方程，获得电力电子电路及系统中各状态变量的运动规律。但是，复杂的

数学模型、数值计算及编程过程依然需要耗费巨大的工作量，阻碍了计算机仿真技术在工程

中的应用。

为此，出现了PSPICE、SABER、MATLAB等适用于电力电子电路及系统的专用仿真软件。

这些软件将各种功能子程序模块化，提供了完善的部件模型，用户只需简单的操作便可完成

给定系统的仿真。目前，MATLAB已涉及通信、信号处理、电气工程、人人工智能等诸多领

域。MATLAB中提供的“SimPowerSystems”，是进行电力电子系统仿真的理想工具，

SimPowerSystems中的模型关注器件的外特性，易于与控制系统相连接。SimPowerSystems

模型库中包含常用的电源快、电力电子器件模块、电机模型以及相应的驱动模块、控制和测

量模块，使用这些模块进行电力电子电路系统、电力系统、电力传动等的仿真，能够简化编

程工作，以直观易用的图形方式对电气系统进行模拟描述。

直流-交流（DC-AC）变换电路，又称为逆变器(inverter)，能够将直流电能转换为交流

电能。逆变电路可做多种分类，按功率器件可分为半控器件逆变电路和全控器件逆变电路。

前者采用晶闸管器件，负载换流或者外接电路强制换流，正逐渐被采用GTO、IGBT等器件的

全控器件逆变器所代替。按直流电源形式可分为电压源逆变器和电流源逆变器。按输出波形，

可分为方波逆变器、正弦波逆变器等。本次课程设计将采用SPWM调制技术进行单相逆变器

的仿真。

一、逆变器SPWM调制原理

面积等效原理是PWM控制技术的重要理论基础。

原理内容：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。

冲量即指窄脉冲的面积。

效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同。

如果把各输出波形用傅里叶变换分析，则其低频段非常接近，仅在高频段略有差异。若

采用标准正弦波作为PWM调制波，常称为SPWM，是目前应用较多的一种逆变控制技术。

将左图a、b、c、d所示的脉冲作为输入，加在右图a的R-L电路上，设其电流i(t)为

电路的输出，右图b是不同窄脉冲时i(t)的响应波形。

形状不同而冲量相同的各种窄脉冲冲量相同的各种窄脉冲的响应波形

二、双极性SPWM调制原理

单相全桥SPWM逆变主电路图：双极性PWM控制方式波形：

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