1、 系 專業(yè) 班 學(xué)號(hào) 姓名 密封線試卷類(lèi)型： A 蘇州科技大學(xué) 電力電子技術(shù) 試卷使用專業(yè)年級(jí)機(jī)電13 考試方式：開(kāi)卷（ ）閉卷（ ） 共 1 頁(yè)題號(hào)合計(jì)得分說(shuō)明：本課程不進(jìn)行期末卷面考試，要求按照規(guī)定完成一篇科技論文。一、論文的具體要求（1）選擇授課過(guò)程中的一個(gè)具體的技術(shù)內(nèi)容或知識(shí)點(diǎn)，自擬論文題目；查找一些技術(shù)資料，對(duì)所選擇的一項(xiàng)技術(shù)或一個(gè)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行闡述；（2）字?jǐn)?shù)在3000以上；A4紙打??；（3）按照科技論文的格式排版。要求包含：標(biāo)題、作者單位、作者姓名、摘要、關(guān)鍵詞、引言、正文、結(jié)論、參考文獻(xiàn)幾部分。（4）基本格式要求如下：標(biāo)題3號(hào)黑體、作者單位用5號(hào)宋體，其余均用小四號(hào)楷體或仿宋、1.

2、25倍行間距、單欄。層次按1、1.1、1.2、2、2.1、2.2、方式排序。二、評(píng)分標(biāo)準(zhǔn) （1）優(yōu)秀：論文內(nèi)容有理論要有理論和現(xiàn)實(shí)意義；觀點(diǎn)明確，重點(diǎn)突出；思路清晰，結(jié)構(gòu)合理；有自己的觀點(diǎn)；文字通順，格式完全符合要求。（2）良好：論文內(nèi)容有一定的理論和現(xiàn)實(shí)意義，觀點(diǎn)明確；結(jié)構(gòu)合理，邏輯性較強(qiáng)；有自己的觀點(diǎn)；文字比較流暢，格式符合要求。（3）中等：論文內(nèi)容有一定的現(xiàn)實(shí)意義；論點(diǎn)基本正確；觀點(diǎn)較明確，思路較清晰；有一些自己的觀點(diǎn)；文字較流暢，格式基本符合要求。（4）及格：內(nèi)文內(nèi)容主要觀點(diǎn)正確，結(jié)構(gòu)較合理；敘述欠正確，語(yǔ)言欠流暢；沒(méi)有自己的觀點(diǎn)；格式不太符合要求。（5）不及格：論文內(nèi)容觀點(diǎn)有重大錯(cuò)誤

3、；完全抄襲他人；結(jié)構(gòu)與觀點(diǎn)不相符；內(nèi)容有常識(shí)性錯(cuò)誤；內(nèi)容空洞、層次混亂、條理不清。逆變器的仿真與特性研究作者單位：蘇州科技大學(xué)作者姓名：孫健摘要：現(xiàn)在大量應(yīng)用的逆變電路中，絕大部分都是PWM型逆變電路。為了對(duì)PWM型逆變電路進(jìn)行研究，首先建立了逆變器單極性控制所需的電路模型，采用IGBT作為開(kāi)關(guān)器件，并對(duì)單相橋式電壓型逆變電路和PWM控制電路的工作原理進(jìn)行了分析，運(yùn)用MATLAB中的SIMULINK對(duì)電路進(jìn)行了仿真，給出了仿真波形，并運(yùn)用MATLAB提供的powergui模塊對(duì)仿真波形進(jìn)行了FFT分析（諧波分析）.關(guān)鍵詞：SPWM；PWM；逆變器；諧波；FFT分析1 引言隨著地球非可再生資源的

4、枯竭日益以及人們對(duì)電力的日益依賴,逆變器在人們?nèi)粘Ｉ钪邪缪葜絹?lái)越重要的角色.近年來(lái),PWM型逆變器的的應(yīng)用十分廣泛，它使電力電子裝置的性能大大提高，并顯示出其可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)變頻變壓反抑制諧波的優(yōu)越性,因此它在電力電子技術(shù)的發(fā)展史上占有十分重要的地位。PWM控制技術(shù)正是有賴于在逆變電路中的成功應(yīng)用，才確定了它在電力電子技術(shù)中的重要地位。2 PWM控制的基本原理PWM（Pulse Width Modulation）控制就是對(duì)脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)，即通過(guò)對(duì)一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來(lái)等效地獲得所需要的波形。PWM控制技術(shù)的重要理論基礎(chǔ)是面積等效原理，即：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的

5、環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同。下面分析如何用一系列等幅不等寬的脈沖來(lái)代替一個(gè)正弦半波。把正弦半波分成N等分，就可以把正弦半波看成由N個(gè)彼此相連的脈沖序列所組成的波形。如果把這些脈沖序列用相同數(shù)量的等幅不等寬的矩形脈沖代替，使矩形脈沖的中點(diǎn)和相應(yīng)正弦波部分的中點(diǎn)重合，且使矩形脈沖和相應(yīng)的正弦波部分面積（沖量）相等，就可得到下圖b所示的脈沖序列，這就是PWM波形。像這種脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形，也稱為SPWM波形。SPWM波形如下圖所示：tOwUd-Ud圖（一）:單極性PWM控制方式波形上圖波形稱為單極性SPWM波形，根據(jù)面積等效原理，正弦波還可等效為下圖中的PWM波，即雙極

6、性SPWM波形，而且這種方式在實(shí)際應(yīng)用中更為廣泛。OwtUd-Ud圖（二）:雙極性PWM控制方式波形3 PWM逆變電路及其控制方法PWM逆變電路可分為電壓型和電流型兩種，目前實(shí)際應(yīng)用的幾乎都是電壓型電路，因此主要分析電壓型逆變電路的控制方法。要得到需要的PWM波形有兩種方法，分別是計(jì)算法和調(diào)制法。根據(jù)正弦波頻率、幅值和半周期脈沖數(shù)，準(zhǔn)確計(jì)算PWM波各脈沖寬度和間隔，據(jù)此控制逆變電路開(kāi)關(guān)器件的通斷，就可得到所需PWM波形，這種方法稱為計(jì)算法。由于計(jì)算法較繁瑣，當(dāng)輸出正弦波的頻率、幅值或相位變化時(shí)，結(jié)果都要變化。與計(jì)算法相對(duì)應(yīng)的是調(diào)制法，即把希望調(diào)制的波形作為調(diào)制信號(hào)，把接受調(diào)制的信號(hào)作為載波，通

7、過(guò)信號(hào)波的調(diào)制得到所期望的PWM波形。通常采用等腰三角波作為載波，在調(diào)制信號(hào)波為正弦波時(shí)，所得到的就是SPWM波形。下面具體分析單相橋式逆變電路的單極性控制方式。圖（三）是采用IGBT作為開(kāi)關(guān)器件的單相橋式電壓型逆變電路。圖（三）：?jiǎn)蜗鄻蚴絇WM逆變電路單極性PWM控制方式：在ur和uc的交點(diǎn)時(shí)刻控制IGBT的通斷。ur正半周，V1保持通，V2保持?jǐn)?。?dāng)ur>uc時(shí)使V4通，V3斷，uo=Ud 。當(dāng)ur<uc時(shí)使V4斷，V3通，uo=0 。ur負(fù)半周，V2保持通，V1保持?jǐn)?。?dāng)ur<uc時(shí)使V3通，V4斷，uo=-Ud ;當(dāng)ur>uc時(shí)使V3斷，V4通，uo=0 。這樣

8、就得到圖一所示的單極性的SPWM波形。4 電路仿真及分析4.1單極性SPWM觸發(fā)脈沖波形的產(chǎn)生：仿真圖如下所示。圖（四）：?jiǎn)螛O性PWM逆變器觸發(fā)脈沖發(fā)生電路在Simulink的“Source”庫(kù)中選擇“Clock”模塊，以提供仿真時(shí)間t,乘以2f后再通過(guò)一個(gè)“sin”模塊即為sinwt，乘以調(diào)制比m后可得到所需的正弦波調(diào)制信號(hào)。三角載波信號(hào)由“Source”庫(kù)中的“Repeating Sequence”模塊產(chǎn)生,正確設(shè)置參數(shù)，三角波經(jīng)過(guò)處理，便可成為頻率為fc的三角載波。將調(diào)制波和載波通過(guò)一些運(yùn)算與比較，即可得出下圖所示的單極性SPWM觸發(fā)脈沖波形。圖（五）：?jiǎn)蜗鄻蚴絇WM逆變器V1觸發(fā)脈沖波

9、形（單極性SPWM波形）4.2 雙極性SPWM觸發(fā)脈沖波形的產(chǎn)生：仿真圖如下所示。圖（六）：雙極性PWM逆變器觸發(fā)脈沖發(fā)生電路同上，在Simulink的“Source”庫(kù)中選擇“Clock”模塊，以提供仿真時(shí)間t,乘以2f后再通過(guò)一個(gè)“sin”模塊即為sinwt，乘以調(diào)制比m后可得到所需的正弦波調(diào)制信號(hào)。三角載波信號(hào)由“Source”庫(kù)中的“Repeating Sequence”模塊產(chǎn)生,正確設(shè)置參數(shù)，便可生成頻率為fc的三角載波。將調(diào)制波和載波通過(guò)一些運(yùn)算與比較，即可得出下圖所示的雙極性SPWM觸發(fā)脈沖波形。圖（七）：?jiǎn)蜗鄻蚴絇WM逆變器V1觸發(fā)脈沖波形（雙極性SPWM波形）4.3 單極性S

10、PWM控制方式的單相橋式逆變電路仿真及分析4.3.1單極性SPWM方式下的單相橋式逆變電路主電路圖如下所示：圖（八）：?jiǎn)蜗鄻蚴絇WM逆變器主電路圖將調(diào)制深度m設(shè)置為0.5，輸出基波頻率設(shè)為50Hz，載波頻率設(shè)為基波的15倍，即750Hz，仿真時(shí)間設(shè)為0.04s，在powergui中設(shè)置為離散仿真模式，采樣時(shí)間設(shè)為1e-005s，運(yùn)行后可得仿真結(jié)果，輸出交流電壓，交流電流和直流電流如下圖所示：圖（九）：?jiǎn)螛O性SPWM方式下的逆變電路輸出波形對(duì)上圖中的輸出電壓uo進(jìn)行FFT分析，得如下分析結(jié)果：圖（十）：?jiǎn)螛O性控制方式下輸出電壓的FFT分析由FFT分析可知：在m=0.5,fc=750Hz,fr=5

11、0Hz，即N=15時(shí)，輸出電壓的基波電壓的幅值為U1m=150.9V，基本滿足理論上的U1m=m*Ud(即300*0.5=150)。諧波分布中最高的為29次和31次諧波，分別為基波的71.75%和72.36%，考慮最高頻率為4500Hz時(shí)的THD達(dá)到106.50%。對(duì)輸出電流io進(jìn)行FFT分析，得如下分析結(jié)果：圖（十一）：?jiǎn)螛O性控制方式下輸出電流的FFT分析由FFT分析可知：在m=0.5,fc=750Hz,fr=50Hz，即N=15時(shí)，輸出電流基波幅值為128.2A，考慮最高頻率為4500Hz時(shí)的THD=13.77%，輸出電流近似為正弦波。改變調(diào)制比m和載波比N，如增大m和N，可以有效減小輸出

12、電壓和輸出電流的諧波分量。 雙極性SPWM方式下的單相橋式逆變電路雙極性SPWM控制方式下的單相橋式逆變電路主電路與圖（八）相同，只需把單極性SPWM發(fā)生模塊改為雙極性SPWM發(fā)生模塊即可。參數(shù)設(shè)置使之同單極性SPWM方式下的單相橋式逆變電路相同，即將調(diào)制深度m設(shè)置為0.5，輸出基波頻率設(shè)為50Hz，載波頻率設(shè)為基波的15倍（750Hz），仿真時(shí)間設(shè)為0.06s，在powergui中設(shè)置為離散仿真模式，采樣時(shí)間設(shè)為1e-005s，運(yùn)行后可得仿真結(jié)果，輸出交流電壓，交流電流和直流側(cè)電流如下圖所示：圖（十二）：雙極性SPWM方式下的逆變電路輸出波形同樣，對(duì)上圖中的輸出電壓uo進(jìn)行FFT分析，得如下

13、分析結(jié)果圖（十三）：雙極性控制方式下輸出電壓的FFT分析由FFT分析可知：在m=0.5,fc=750Hz,fr=50Hz，即N=15時(shí)，輸出電壓的基波電壓的幅值為U1m=152V，基本滿足理論上的U1m=m*Ud(即300*0.5=150)。諧波分布中最高的為第15次和29、31次諧波，分別為基波的212.89%和71.65%、71.95%，考慮最高頻率為4500Hz時(shí)的THD達(dá)到260.21%。對(duì)輸出電流io進(jìn)行FFT分析，得如下分析結(jié)果：圖（十四）：雙極性控制方式下輸出電流的FFT分析由FFT分析可知：在m=0.5,fc=750Hz,fr=50Hz，即N=15時(shí)，輸出電流基波幅值為130.

14、3A，考慮最高頻率為4500Hz時(shí)的THD=34.15%，輸出電流近似為正弦波。改變調(diào)制比m和載波比N，如增大m和N，同樣可以有效減小輸出電壓和輸出電流的諧波分量。 單極性和雙極性SPWM控制方式下的單相橋式逆變電路比較分析單極性SPWM控制方式輸出波形和雙極性SPWM控制方式輸出波形的比較：在調(diào)制比m（0.5）、載波頻率fc（750Hz）、調(diào)制波頻率fr（50Hz）等均相同的情況下，單極性SPWM控制方式輸出電壓THD=106.5%，明顯低于雙極性SPWM控制方式輸出電壓的THD值（260.21%），且單極性方式下輸出電壓諧波次數(shù)較高，更容易濾除；單極性SPWM控制方式輸出電流THD=13.77%，而雙極性SPWM控制方式輸出電壓的THD=34.15%，即單極性方式下輸出電流諧波含量明顯更小，更接近于正弦波。綜上所述：?jiǎn)螛O性調(diào)制時(shí)的諧波性能要優(yōu)于雙極性調(diào)制方式。5 結(jié)論對(duì)于PWM控制方式的單相橋式逆變電路，即可以選用單極性SPWM控制方式，也可以選用雙極性SPWM控制方式。單極性SPWM信號(hào)發(fā)生電路比雙極性的復(fù)雜一些，但與雙極性SPW