摘 要

逆变器是将原来的直流电转换成所需交流电的一种装置，其应用范围十分广泛，而随着高频逆变技术的发展，逆变器性能和逆变技术的应用都进入了崭新的发展阶段。作为逆变装置中最为简单的一种，单相电压型逆变器也在电力电子领域发挥着极其重要的作用。 本课程设计简单地介绍了当前逆变技术的应用，分析了单相逆变器的结构和工作原理，讨论了用PWM调制技术实现逆变的方法。构建了基于开关模型的单相电压型逆变电路的单极性和双极性SPWM调制，以及电流跟踪逆变电路和双环控制逆变电路，并进行了MATLAB/SIMULINK的仿真，对仿真结果进行了分析，并得出相关结论。

关键词： 逆变器；PWM调制；MATLAB/SIMULINK仿真

目 录

第1章 单相逆变电路 ..................................................................................................................... 1

1.1 概述 ........................................................................................................................................ 1 1.2 逆变技术的应用 .................................................................................................................... 1 1.3 单相逆变电路 ........................................................................................................................ 2

1.3.1 单相电压型逆变结构及工作原理 .............................................................................. 2 1.3.2单相电流型逆变结构及工作原理 ............................................................................... 4 1.3.3单相电流型和单相电压型的比较 ............................................................................... 5

第2章 PWM调制技术 .................................................................................................................. 7

2.1 概述 ........................................................................................................................................ 7 2.2 PWM调制基本原理 ........................................................................................................... 7 2.3 PWM调制的实现 ............................................................................................................... 8

2.3.1 载波比和调制深度 ...................................................................................................... 9 2.3.2 开关频率和开关损耗 .................................................................................................. 9 2.3.3 调制方式 .................................................................................................................... 10 2.3.4 采样方式 .................................................................................................................... 10 2.3.5控制方式 ..................................................................................................................... 12 2.4 逆变电路的PWM控制技术 ............................................................................................ 12 第3章 基于MATLAB仿真及建模 ............................................................................................ 14

3.1 单相电压型逆变电路双极性SPWM仿真 ........................................................................ 14 3.2 单相电压型逆变电路单极性SPWM仿真 ........................................................................ 15 3.3 单相跟踪控制逆变器仿真 .................................................................................................. 17 3.4 单相全桥逆变电路仿真 ...................................................................................................... 19 3.5 仿真结果分析 ...................................................................................................................... 23 总 结 ............................................................................................................................................ 24 参考文献 ............................................................................................................................................ 25

II

西南交通大学本科生课程设计

第1章 单相逆变电路

1.1 概述

所谓“逆变”就是将直流电能变换成交流电能，逆变技术作为现代电力电子技术的重要组成部分，正成为电力电子技术中发展最为活跃的领域之一，其应用极其广泛。特别是在近些年，随着高频逆变技术的发展，逆变器性能和逆变技术的应用都进入了崭新的发展阶段[1-2]。

随着各个领域对产品性能要求的不断提高，以及越来越多的用电设备对供电电源要求的多元化，由交流电网提供工频交流电源的单一供电方式已经不能满足产品和生产的实际需要。很多产品和电气设备都要求将不同形式的原始输入电能进行变换，以得到幅值和频率等参数符合各自要求的电能形式，如通信电源、弧焊电源、医用电源、感应加热电源、化工电源、汽车电源和电动机调速电源等。目前，这些电能的变换一般都是采用电力电子技术来实现，其中，应用最多的是通过整流和逆变相组合的方式实现电能转换。

逆变技术的种类很多，分类方式也各有不同，常用分类有如下几种： 1）按输入电量的形式：电压型逆变；电流型逆变。

2）按输出电平的数目：两电平逆变；三电平逆变；多电平逆变。 3）按输出交流的相数：单相逆变；三相逆变；多相逆变。 4）按输出交流电量的波形：正弦波逆变；非非正弦波逆变。 5）按输出电能流向：有源逆变；无源逆变。

6）按输出交流电的频率：工频逆变；中频逆变；高频逆变。

各种形式的逆变技术都各具特点和适合其应用的领域，因此，针对特定的需求，研发出与其相适用的变频装置，显得尤为关键。

1.2 逆变技术的应用

逆变电路时将原来的直流电转换成所需交流电的一种电力电子电路，其应用范围十分广泛，在许多的领域发挥着重要作用[3]。

1）交流电机的变频调速 通过控制交流电机的电压、电流和频率来调节交流电机转速的变频调速技术和产品，广泛应用于风机、水泵、机床、轧机等场合。在轨道交通牵引领域上，变频调速技术解决了以往交流电机调速性能不够好等问题，使其在成本、功率质量比维护性等方面优于直流电机，使得交流牵引技术成为轨道交通牵引动力的重要发展方向。

2）不间断电源系统

为了保证给用户可靠的、优质的、持续不断地供电，常使用不间断电源。不间断电源的核心技术就是将蓄电池中的直流电能逆变为交流电能的逆变技术。

3）感应加热

由于逆变器通过控制开关管，能够产生很高频率的交流电，利用涡流效应使金属被感应 加热，达到加热的目的，其典型的应用有中频炉、高频炉及电磁炉等。

4）开关电源

由一种直流电获得其他形式的直流电，包括各种体积小重量轻的高频开关电源，其中绝大多数包含了DC—AC高频内调制的中间过程。

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