基于PWM技术的逆变器设计及Matlab仿真

刁俊涛

摘要：PWM控制技术是逆变电路中应用最广泛的技术，逆变电路则是PWM控制技术最为重要的应用场合。课题研究基于PWM技术逆变器的原理，用Matlab软件建立基于PWM技术逆变器的电路结构模型，设置好相关参数，并用Matlab里的Simulink模块进行仿真，并对仿真结果的图形进行分析，利用MATLAB的可视化仿真工具Simulink建立该电路模型进行分析，简单、直观，适合电力电子技术的教学及其研究工作。

关键词：PWM；逆变器；Simulink；仿真

一、课题来源及设计思路

PWM控制技术是逆变电路中应用最广泛的技术，逆变电路则是PWM控制技术最为重要的应用场合。课题研究基于PWM技术逆变器的原理，用Matlab软件建立基于PWM技术逆变器的电路结构模型，设置好相关参数，并用Matlab里的Simulink模块进行仿真，并对仿真结果的图形进行分析，利用MATLAB的可视化仿真工具Simulink建立该电路模型进行分析，简单、直观，适合电力电子技术的教学及其研究工作。

二、自建注意问题

如果要观察模块的内部结构，右键模块，然后选择Look Under Mask即可。编辑模块封装选择Edit Maks。

把要封装的东西全部用鼠标框起来，选择Edit中的Creat Subsystem就可以将选中的东西封装起来了。左键单击模块，用Edit中的Mask Subsystem即可进行模块的封装。同样用Edit下的Look Under Mask即可观察模块的内部结构。

三、自建模块图形

由图1可知，当调制信号的正弦波Ur大于三角载波Uc时，逆变器输出高电平，否则，输出低电平，可设计如图2触发电路，以A相电路上下桥臂为例。

图中用了两个逻辑比较器Relational Operator来比较两列输入波形的大小，Relational Operator的工作原理是，符合图中逻辑关系时，输出1；反之，输出0。

当调制比为0.8，载波比为12，仿真时间为0.04s时，有以下输出波形，如图第一栏为输入的调制波和载波信号，第二栏为A相电路上桥臂开关信号，第三栏为A相电路下桥臂开关信号，与上桥臂反相。同时可以看到，當调制波比三角载波大时上桥臂的开关信号为1，开关管导通，当调制波比三角载波小时上桥臂的开关信号为0，开关管关闭，上下桥臂交替导通，形成逆变，如图2。

四、载波频率与输出电压频率改变对波形的影响

1.将载波频率设置为1080Hz，将输出电压的频率设置为国内标准的50Hz后，所得波形如图3所示（仿真时间设置为0.05s）。

2.将Discrete PWM Generator模块中的载波频率由原来的1080Hz提高至3240Hz。所得波形如图4所示（仿真时间设置为0.05s）。

3.载波频率为1080Hz，将输出电压的频率提高为100Hz后的波形（仿真时候设置为0.05）。

图5与图4比较得到，改变输出电压后可以注意到，波纹相对于50Hz时变小了，但由于每半个周期内的脉冲个数减小了一半，所以仿正弦的效果大大下降了，可见如若提高输出电压的频率后，不改变载波频率，逆变效果会打折扣。

4.载波频率为3240Hz，输出电压频率为100Hz时的仿真图形（仿真时间设置为0.02s）。

图6与图3比较得到，在提高了输出电压频率的同时，成比例的提高载波频率，便可以使得仿正弦波保持原来的波形质量。

通过仿真，比较分析，得出载波频率与输出电压频率改变对输出的影响的结论：

在电压输出频率一定的情况下，载波频率的大小决定了每个周期内的仿正弦的脉冲个数，即决定了正弦波形的仿制质量。电压输出频率影响纹波的大小。

参考文献：

[1]陈贤明，吕宏水，刘国华，刘水，朱晓东.单周控制的三相PWM逆变器仿真研究[J]，江苏：大功率变流技术，2009，06.

[2]汤才刚，朱红涛，李莉，陈国桥.基于PWM的逆变电路分析[J]， 山西：现代电子技术分析，2007，07.

[3]朱南，张理兵，叶卫川，徐俊佩.基于MATLAB的单相PWM逆变电路的仿真研究[J]，浙江：电工研究，2009，06.