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基于matlab的三相桥式PWM逆变电路的仿真实验报告
一、小组成员 指导教师 二、实验目的
1.深入理解三相桥式PWM逆变电路的工作原理。
2.使用simulink和simpowersystem工具箱搭建三相桥式PWM逆变电路的仿真框图。
3.观察在PWM控制方式下电路输出线电压和负载相电压的波形。 4.分别改变三角波的频率和正弦波的幅值，观察电路的频谱图并进行谐波分析。
三、 实验平台
Matlab / simulink / simpowersystem
五、实验模块介绍
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1.
正弦波，
电路常用到的正弦信号模块，双击图标，在弹出的窗口中调整相关参数。其信号生成方式有两种：Time based和Sample based。
2.
锯齿波发
生器，产生一个时基和高度可调的锯齿波序列。
3.
示波器，其模
块可以接受多个输入信号，
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每个端口的输入信号都将在一个坐标轴中显示。 4.
关系运算
符，<、>、=等运算。
5.
直流电压
源，提供一个直流电源。
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6.
三相
RLC串联电路，电阻、电感、电容串联的三相电路，单位欧姆、亨利、法拉。
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7. 电压测
量，用于检测电压，使用时并联在被测电路中，相当于电压表的检测棒，其输出端“v”则输出电压信号。 8.
多路测量
仪，可以接收该需要测模块的电压、电流或电压电流信号并输出。
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9. IGBT/
二极管，带续流二极管的IGBT模型.
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为了执
行仿真其可以允许修改初始状态、进行电网稳定性分析、傅里叶分解等功能.
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六、 实验原理
三相桥式PWM逆变电路图1-1如下：
图1-1三相桥式PWM逆变电路图
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三相桥式PWM逆变电路波形
七、 仿真实验内容
三相桥式PWM逆变电路仿真框如图1-2所示：
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图1-2 三相桥式PWM逆变电路仿真框图
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仿真参数设置如下：
三角波参数如图1-3所示：载波频率f=1kHz,周期T=1e-3s,幅值Ur=1V.
图1-3三角波参数图
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正弦波参数，正弦信号A/B/C相位差为120，分别为0、 2*pi/3、-2*pi/3，幅值都为1，如图1-4、1-5、1-6所示。
图1-4正弦波参数图
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图1-5正弦波参数图
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图1-6正弦波参数图
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示波器参数设置如图1-7、1-8所示：采样时间Sample time为1e-6s,端口number of axes为4。
图1-7示波器参数设置
1-8示波器参数设置图
直流电源参数设置，U=50V，如图1-9所示：
图1-9直流电源参数设置
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阻感参数设置,R=10,L=10如图1-10所示：
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图1-11阻感参数设置
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IGBT/Diode参数设置（按默认值），如图1-12所示：
图1-12 IGBT/Diode参数设置
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仿真算法设置，如图1-13所示：
图1-13仿真算法设置
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八、 仿真实验分析
当正弦波幅值1、三角波频率1kHz时， 三角波、正弦波的波形图1所示：
图1三角波、正弦波的波形图
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PWM波形和线电压uUV波形图2所示：
图2 PWM波形和线电压uUV波形图
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负载相电压波形图3所示：
图3负载相电压波形图 小结： 由图形可得：
1.逆变器的输出线电压PWM波由+Ud,-Ud,0三种电平构成。
2.负载相电压PWM波由+2Ud，-2Ud，+1Ud，-1Ud和0
3333共五种电平组成。 3. uUN(实-66.65-33.320V 33.31V 66.V _
测) V 理V -33.33V 0V 33.33V 66.67V uUN(论) -66.67V
由上表格，可得出uUN的实测值与理论值相吻合。
负载输出电压频谱图4所示：
图4负载输出电压频谱图
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当三角波的频率1kHz不变,改变正弦波的幅值分别为0.8、0.5、0.3观察波形的变化。
当正弦波的幅值为0.8时，波形变化如下： 三角波、正弦波的波形图5所示：
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图5 三角波、正弦波的波形图
PWM波形和线电压uUV波形图6所示：
图6PWM波形和线电压uUV波形图 负载相电压波形图7所示：
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图7 PWM波形和线电压uUV波形图
负载输出电压频谱图8所示：
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图8负载输出电压频谱图
当正弦波的幅值为0.5时，波形变化如下： 三角波、正弦波的波形图9所示：
图9三角波、正弦波的波形图
PWM波形和线电压uUV波形图10所示：
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图10 PWM波形和线电压uUV波形图
负载相电压波形图11所示：
图11负载相电压波形图
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负载输出电压频谱图12所示：
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图12负载输出电压频谱图
当正弦波的幅值为0.3时，波形变化如下：
三角波、正弦波的波形图13所示：
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图13三角波、正弦波的波形图
PWM波形和线电压uUV波形图14所示：
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图14 PWM波形和线电压uUV波形图 负载相电压波形图15所示：
图15负载相电压波形图 负载输出电压频谱图16所示：
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图16负载输出电压频谱图
小结：1.谐波的幅值越小，谐波的次数越高。 2.谐波的幅值越小，基谐波越小。 3.由负载输出电压频谱图可得
正弦波幅值 1 0.8 0.5 0.3
基波分量 49.96 39.96 24.98 14.96 THD(%) 68.58 91. 139.52 198.11 _
当正弦波的幅值不变恒为1，改变三角波的频率分别为0.5kHz、2kHz、10kHz,波形变化如下：
当三角波的频率为0.5kHz时，波形如下： 三角波、正弦波的波形图17所示：
图17三角波、正弦波的波形图
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PWM波形和线电压uUV波形图18所示：
图18 PWM波形和线电压uUV波形图
负载相电压波形图19所示：
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图19负载相电压波形图
负载输出电压频谱图20所示：
图20负载输出电压频谱图
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当三角波的频率为2kHz时，波形如下：
三角波、正弦波的波形图21所示：
图21三角波、正弦波的波形图
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PWM波形和线电压uUV波形图22所示：
图22 PWM波形和线电压uUV波形图
负载相电压波形图23所示：
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图23负载相电压波形图
负载输出电压频谱图24所示：
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图24负载输出电压频谱图
当三角波的频率为10kHz时，波形如下： 三角波、正弦波的波形图25所示：
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图25三角波、正弦波的波形图
PWM波形和线电压uUV波形图26所示：
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图26PWM波形和线电压uUV波形图
负载相电压波形图27所示：
图27负载相电压波形图 负载输出电压频谱图28所示：
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图28负载输出电压频谱图
小结：1.随着三角波的频率增大，谐波次数不太稳定。
2. 随着三角波的频率增大，基谐波基本稳定。 3. 由负载输出电压频谱图可得 载波频率(kHz) 0.5 1 2 10
改变FFT settings 中 Max Frequency，分别为
基波分量 49.94 49.96 49.95 48.18 THD(%) 68.66 68.58 68.54 75.86 _
2000Hz 、4000Hz、6000Hz、8000Hz、10000 Hz,负载输出频谱图如下所示：
当2000Hz时，负载输出电压频谱图如图1-1所示：
图1-1负载输出电压频谱图
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当4000Hz时，负载输出电压频谱图如图1-2所示：
图1-2负载输出电压频谱图
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当6000Hz时，负载输出电压频谱图如图1-3所示：
图1-3负载输出电压频谱图
当8000Hz时，负载输出电压频谱图如图1-4所示：
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图1-4负载输出电压频谱图
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当10000Hz时，负载输出电压频谱图如图1-5所示：
图1-5负载输出电压频谱图 小结：
1. 随着Max Frequency的增大，负载输出电压频谱图越清
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晰。
2. 随着Max Frequency的增大，谐波出现次数越明显。
九、实验体会
通过这次仿真实验，我们更深入理解了三相桥式PWM的逆变电路的工作原理，和掌握使用MATLAB软件做仿真实验。在其过程中我们小组共同协作，找资料，搭建电路，最后完成仿真实验。其中我们都收获了不少，在此，我们还要感谢老师的辛苦指导，使得我们的仿真实验顺利完成。
