基于Matlab/SIMULINK的橋式直流PWM變換電路實驗仿真分析

胡瑞明,武鉑睿（鶴壁汽車工程職業(yè)學院,河南 鶴壁 458030）

?

基于Matlab/SIMULINK的橋式直流PWM變換電路實驗仿真分析

胡瑞明,武鉑睿
（鶴壁汽車工程職業(yè)學院,河南 鶴壁 458030）

摘 要：本文以MATLAB軟件的SIMULINK仿真軟件包為平臺,對橋式直流PWM變換電路進行仿真分析文章對每個電路首先進行原理分析，進而建立相應(yīng)的仿真模型，經(jīng)過詳細計算確定并設(shè)置仿真參數(shù)進行仿真，對于每次仿真結(jié)果均采用可視化波形圖的方式直接輸出。在對仿真結(jié)果分析的基礎(chǔ)上，不斷優(yōu)化仿真參數(shù)，使其最大化再現(xiàn)實際物理過程，并根據(jù)各個電路的性能進行參數(shù)改變從而觀察結(jié)果的異同。

關(guān)鍵詞：SIMULINK；PWM；電路仿真

1 橋式直流PWM變換電路簡介

橋式直流PWM變流器仿真實驗是對全控型器件的應(yīng)用。實驗電路中，前端為不可控整流、后端為開關(guān)型逆變器，此結(jié)構(gòu)形式應(yīng)用最為廣泛。逆變器的控制采用PWM方式。對這個實驗有所掌握的話，對后續(xù)課程設(shè)計直流調(diào)速系統(tǒng)也會有很大啟發(fā)。因為直流PWM-M調(diào)速系統(tǒng)近年來發(fā)展很快，直流PWM-M調(diào)速系統(tǒng)采用全控型電力電子器件，調(diào)制頻率高，與晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)相比動態(tài)響應(yīng)速度快，電動機轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)脈動小，有很大優(yōu)越性，因此在小功率調(diào)速系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛。

2 橋式直流PWM變換電路的工作原理

本實驗系統(tǒng)的主電路采用雙極性PWM控制方式，其中主電路由四個MOSFET(VT1～VT4)構(gòu)成H橋。Ub1～Ub4分別由PWM調(diào)制電路產(chǎn)生后經(jīng)過驅(qū)動電路放大，再送到MOSFET相應(yīng)的柵極，用以控制MOSFET的通斷。在雙極性的控制方式中，VT1和VT4的柵極由一路信號驅(qū)動，VT2和VT3的柵極由另一路信號驅(qū)動，它們成對導通。控制開關(guān)器件的通斷時間可以調(diào)節(jié)輸出電壓的大小，若VT1和VT4的導通時間大于VT2和VT3的導通時問，輸出電壓的平均值為正，VT2和VT3的導通時間大于VT1和VT4的導通時間，則輸出電壓的平均值為負，所以可以用于直流電動機的可逆運行。

3 計算機仿真實驗

（1）橋式直流PWM變換電路仿真模型的建立。根據(jù)所要仿真的電路，在SIMULINK窗口的仿真平臺上構(gòu)建仿真模型。打開SIMULINK窗口和模型瀏覽器，將需要的典型環(huán)節(jié)模塊提取到仿真平臺上一一連接形成仿真框圖。完成模塊提取和組成仿真模型，繪制橋式直流PWM變換電路的仿真模型如圖1所示：圖中主電路部分不再贅述，驅(qū)動電路由鋸齒波發(fā)生器Repeating Sequence、延遲器Relay和倒向器Gain等模塊組成。鋸齒波與常數(shù)模塊Constant給出的電壓相比較，當鋸齒波信號大于比較電壓信號時，延遲模塊Relay的輸出為1，觸發(fā)VT2和VT3導通同時，鋸齒波與比較電壓的差值信號在倒相后使延遲模塊Relay 1的輸出為0，使VT1和VT4關(guān)斷；如果鋸齒波信號小于比較電壓信號，則VT1和VT4導通，VT2和VT3關(guān)斷， 從而實現(xiàn)對直流電源電壓的調(diào)制，并且VT1 、VT4和VT2 、VT3的工作狀態(tài)是互補的。

（2）橋式直流PWM變換電路仿真模型的參數(shù)設(shè)置。電源電壓為200V，RL負載，其中R的值為20Ω，L的值為lmH、E=50 V。較電壓為0.6V時，鋸齒波周期分別為3e-4s和1e-4s，幅值為1。。

（3）仿真結(jié)果及分析。鋸齒波周期分別為3e-4s和1e-4s，幅值為1，觀察變流器的輸出電流波形。仿真結(jié)果如圖2所示。

由圖2可以看出，提高鋸齒波的調(diào)制頻率后，如(b)所示，負載電流波形的脈動顯著減小。如果改變比較電壓或負載，可以觀察各種不同條件下變流電路的工作情況。這個仿真結(jié)果是符合PWM調(diào)制原理的。

4 總結(jié)

通過仿真軟件MATLAB /SIMULINK建立的電路動態(tài)仿真模型，驗證了模型的正確性、靈活性和直觀性，并克服了以往分析過程中系統(tǒng)接線復雜和改變接線困難等缺點。MATLAB / SIMULINK為電力電子系統(tǒng)引入了一個有效的學習和分析工具，是學生深刻理解掌握該課程和老師生動形象教授該課程的有力工具。

參考文獻：

[1]梁新蘭,劉偉,王瑩.基于Matlab/Simulink的雙閉環(huán)SPWM變頻調(diào)速系統(tǒng)仿真[J].電關(guān),2008(06).

[2]李傳奇.電力電子技術(shù)計算機仿真實驗[M].北京:電子工業(yè)出版社,2006(02).

[3]張寶生,王念春.MATLAB在電力電子教學中的應(yīng)用[J].電氣電子教學學報,2004,26(03):102-104.

[4]劉志剛.電力電子學[M].北京:清華大學出版社;北京交通大學出版社,2004(06).

作者簡介：胡瑞明（1986-），男，河南鶴壁人，學士學位，教師，助教，研究方向：電氣工程和汽車電子技術(shù)。

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.02.167