单相PWM逆变仿真

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1、单相电压型PwM逆变器的MATLAB仿真夏玲I黄石建筑设计研究院第4所，期北．黄石，435001)摘要：本文基于状态方程建立了单相电压型PWM逆变器的数学模型，在此基础上进行了数字仿真和实验，实验结果验证了模型的正确性。关键词：PWM逆变器：数学横型：仿真ModelingandSimulatingofSingle-PhaseVoltageSourcePWMInverterLingXia(Hu,“gshiInstituteofArdlitt，etttralDesip＆R∞emh·Huangghi·Huibtit435001)Abstract：AmathsmodelDfsingle-phase

2、voltageSOURCEPWMinverterisbuiltba9cdon91日ocqua妇inthispaper．Adigitalsimulationandexl’erimcntmdesigned．Theexperimentresultshowsthemodel1scox-i_cc't．Keywords：PWMInverter；MathsModel；Simulation1引言控制对象的数学模型是开展严密的理论分析和实验研究工作时出发点和基础。本章首先针对单相PWM逆变器，建立了它的连续时间、离散时间状态空间模型。由于功率开关器件工作在开关状态，PWM逆变器是一个线性和非线性的综合系统，

3、只对它遵行数学分析有时是很困难的，而仿真可以简化分析和设计过程，本文建立了PWM逆变器的MATLAB仿真模型。仿真模型考虑了死区效应和主电路元器件的损耗，是比较精确的模型，较为逼真地体现了实际情况，并在此基础上进行了仿真和实验。2单相电压型逆变器的数学模型单相PWM逆变器的等效电路如图1所示。图中￡为输出滤波电感，C为滤波电容，，为包括了线路电阻、开关管压降和死区效应等损耗的等效电阻。直流电压源E通过功率开关器件在每个开关周期内开通和关断一次，向负载提供交流电。电压V；可以取三个值：+E，0或～E，因此v；是幅值为+E或一E的电压脉冲序列。电流‘代表负载电流。由于逆变器电路中各个功率开关器

4、件都工作在开关状态，因此是一个线性与非线性相结合的系统，分析起来有一定困难。若假设直流母线电压源E的幅值恒定，功率开关为理想器{牛，且逆变器输出的基波频率、LC滤波器的谐振频率与开关频率相比足够低，则逆变桥可以被简化为一个恒定增益的放大器．从而可以采用状态空间平均法来得到逆变器的线性化模型。单相电压型PWM逆变器的状态模型电路如图2所示。，LiL誓=上C‘一号‘(1)出‘C”生dt=圭圹圭V。一争(2)￡。工。L‘选择电容电压v。和电感电流f。作为状态变量，逆变器的连续时间状态方程为式中工=b。iLr“=6，，幻】ry=v。^=[一≥毫]口=f呈一：≈c=Ⅱ。，圉3单相电压型pWM逆变器的

5、等效框图逆变器的等效框图如图3所示，从图中可以看出各变量之间的内在联系．这是一个双输入、单输出的二阶线性系统，vi和‘作为系统的输入。图中z(s)为负载阻抗，因为负载的多种多榉，即使负载上的电压为纯正弦，负载上的电流可以是任意波形。可以把‘看作是对控制系统的一个扰动输入信号，这样，即使当PWM逆变器带的是非线性负载时，它也仅表现在扰动的非线性上，这样的负载模型具有较强的代表性。实际的采祥过程一般采用零阶保持器，郎：以变量在采样时刻的瞬时值作为其在该采样周期内的采样值。采取“加零阶保持器离散化的方法”，可以由逆变器连续模型(3)删导出以下离散时问状态方程J(女+1)；Gx(k)+砌(t)(5

6、)y(k)=Cx(k)(6)式中，t^)；b。(k)iL(k)】’，“(☆)=k@)io．(七)1ry(女)=vc(t)，G=e”，H=A。o“-OB，T=÷为采样周期。，。由于逆变器在空载时的阻尼最小，振荡性最为剧烈，控制难度也最大，因此控制器的设计必须基于空载来进行，逆变器空载时的传递函数可表示为P(。‘再彘(7)其中∞。=·击为自然频率，{=主J三为阻尼比。由于通过理论分析确定阻尼电阻r非常困难，开关器件的特性并不理想，直流母线电压不恒定，这样得到的逆变器模型并不精确。由于PWM逆变器是一个二阶系统，只需将实测的频率特性与二阶系统频率特性曲线簇进行对比，由此来确定空载二阶模型的自然频

7、率国。和阻尼比考，并据此推算出电阻r值。在理想情况下，单相电压PWM逆变器的输出波形应是标准正弦波．但由于死区效应、直流偏磁、以及非线性负载的影响会使逆变器的输出波形发生畸变。3逆变器的建模与仿真随着控制理论的迅速发展，控制的效果要求越来越高，控制算法越来越复杂，控制器的设计也越来越困难。特别是对于古有非线性环节的控制系统要达到控制要求，按传统的设计方法设计起来费时又费力。由于计算技术与计算机的发展，出现了控制系统的计算