基于P WM技術逆變器的研究

安徽理工大學電氣與信息工程學院 王林莉 趙天劍

基于P WM技術逆變器的研究

安徽理工大學電氣與信息工程學院 王林莉 趙天劍

本文利用全橋逆變方式將直流電轉換成交流電，控制部分采用PWM斬波控制技術，根據PWM技術變換器的原理，在MATLAB/ Simulink環境下建立了系統的數學模型，并進行了參數設置和仿真分析，驗證了系統參數對輸出的影響規律。

逆變器；PWM技術；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，節能降耗越來越被人們所重視。逆變電路可實現直流電能到交流電能的變換，已被廣泛地應用于電力系統、家用電器、交通運輸、工業電源和航空航天等領域。將逆變技術應用于照明系統節能，既可以利用綠色能源（太陽能和風能等），減少對環境的污染；同時也可以節約電量，提高能源效率。

本文從逆變器的調制方法入手，簡要介紹了PWM技術變換器的工作原理.并利用simulink進行PWM逆變器的仿真，驗證并分析了基于PWM技術的逆變器的特性。

2.PWM技術變換器原理

逆變器是實現直流—交流的電源變換，而PWM（脈寬調制）技術是對脈沖寬度進行調制的技術，即通過一系列的脈沖寬度進行調制，產生所需的交流正弦波形，為交流設備供電。

基于PWM技術即逆變器通過PWM調制技術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通，兩對交替各導通180°。同時通過改變各開關器件的交替導通時間來實現調頻控制，通過改變半個周期內各開關器件的通斷時間比實現電壓幅值的控制。如果開關器件在每半個周期內按正弦波的變化趨勢反復通斷，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控制技術是逆變器的關鍵環節。

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用最多的，將幅值為Ud的矩形波u0展開成傅里葉級數得：

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u0為正負電壓各為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。

3.基于PWM技術的逆變器仿真

PWM技術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發生器，仿真模型如圖2所示。

PWM是建立基于PWM技術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。仿真參數如下：載波頻率為1080Hz，該頻率的大小決定了一個周期內脈沖的密度；調制信號由內部產生；調制比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成，參數設定如下：橋臂數量為1；Rs=10kΩ；Cs=inf；Ron=1e-4Ω；正向電壓Vf=1V，Vfd=1V；Tf=1e-6s，Tt=2e-6s。

其他參數設定如下：由于逆變器為雙極型方式，電源采用正負兩相直流電源，實現過程將兩個直流電壓源串聯，中間接地，兩個電源設定為20V；負載參數R=1Ω，L=2mH，C=inf；仿真時間為0.05s。仿真結果如圖3所示。

圖2 基于PWM技術逆變器仿真模型

圖3 仿真輸出波形

圖4 載波頻率提高后電流輸出波形

4.結論

仿真波形依次為負載的電流波形和負載兩端的電壓波形，改變電壓和負載的大小，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，但也應注意頻率也不能過高。

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