中国石油大学胜利学院
电力电子和拖动技术课程设计总结报告
题 目： 单相全桥逆变
学生姓名：
系 别： 电气信息工程系
专业年级： 20级电气工程及其自动化班
指导教师：
2年1月 20 日
一、实验目的与要求
(1)加深理解单相全桥逆变的工作原理。
(2)掌握单相全桥单极性PWM逆变电路的调试步骤和方法。
(3)熟悉单相全桥逆变电路各点的电压波形。
(4)掌握Matlab仿真调试的方法
二、实验设备及仪器
Matlab仿真软件6.5
三、实验线路及原理
1.SPWM法的基本原理
脉冲幅值相等而脉冲宽度按正弦规律变化而正弦波等效的PWM波称为SPWM(sinusoidal PWM)波形。
如图1所示，把正弦半波分成N等份，就可以把正弦半波看成是由N个彼此相连的脉冲序列所组成的波形，这些脉冲宽度都等于/N，但幅值不等，且脉冲顶部不是水平直线，而是按正弦规律变化的曲线。如果把这些脉冲序列用相同数量的等幅值而不等宽的矩形脉冲来代替，使矩形脉冲的中点和相应的正弦波部分中点重合，且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积相等，则可得图所示的矩形脉冲序列，这就是SPWM波形。
图1 用PWM波来代替正弦半波
2. 规则采样法
SPWM的控制就是根据三角载波与正弦调制波的交点来确定逆变器功率开关器件的通断时刻。规则采样法由经过采样的正弦波与三角波相交，并由交点得出脉冲宽度。该方法只在三角波的顶点或者底点位置对正弦波采样而形成阶梯波。
其原理如图2所示。
图2 规则采样法生成SPWM波的原理图
假设三角波的幅值为1，正弦函数为ur=M sint，M为调制度且0
其中，Tc为三角载波周期，t2为脉冲宽度。
所以矩形波开通时间为：t2(1Msint)Tc/2 将上式离散化后可得：t2(Msin(2I/N)1)/2
式中， Tc为在波周期，I为第I个SPWM波，N为采样的总个数
3. 单极性PWM控制逆变电路分析
电路如图2所示，该电路工作时，V1和V2通断互补，V3和V4也通断互补，如在uo正半周，V1导通，V2关断，V3和V4交替通断，且负载电流比电压滞后，在电压正半周，电流有一段区间为正，一段区
间为负。在uo的负半周，让V2保持通态，V1保持断态，V3和V4交替通断，负载电压uo可以得到-Ud和零,两种电平。
图2 单相桥式PWM逆变电路
4.单极性PWM控制方式
如图2所示，调制信号ur为正弦波，载波uc在ur的正半周为正极性的三角波，在ur的负半周为负极性的三角波。
a)在ur的正半周时，V1保持通，V2保持断，当ur>uc时，使V4导、V3关断，uo=Ud。当ur
b)在ur的负半周时，V1保持断态，V2保持通态。当uruc时，使V3关断、V4导通，uo=0。
这样就得到单极性PWM波形。
.
图2 单极性PWM控制方式波形
四、实验内容和方法
1. 电路仿真图
2．各元件参数设置
脉冲发生器
载波（等腰三角波）
调试信号（正弦波）
五、实验数据处理
1.输出波形。
六、注意事项
1. 仿真时要与实际电路联系起来；
2. 在调制三角波和正弦波的时候防止发生畸变；
3. 注意调制比和载波比的大小。
七、结论与心得
通过这次课程设计首先让我明白了PWM逆变器各功能模块可以拥有不同设计方案，每种方案有其特点和适用范围。在进行课题设计的过程中，同样也加深了我对DC-DC、逆变电路、PWM控制等知识点的理解和掌握。
这次课程设计也综合了以前及近期所学的各种知识点，加深了我对各知识点的融会贯通，同时也体现出了团队协作能力，大家一起努力进行讨论查阅资料解决此次设计中的各种问题，尽管这过程中我们也有过争吵，大家都是各自坚持自己的观点，但最后我们还是统一了观点，经过多次的修改讨论最终还算是圆满完成了我们的这个作业。这让我明白只有我们分工协作才能保证整个课程设计的有条不紊。
以前我们也没有进行过Matlab的学习，通过这次课程设计的进行我们也算是给自己进行了一次教学活动，起码以后遇到类似的东西将不再陌生，也为我们以后的毕业设计作下了良好的基础。这也教会了我以后面对未知的困难要自己想办法解决掉它，不能害怕。要学会发挥自己积极主动的精神，将自己所学的知识联系起来，将理论知识与实践能力结合起来，多培养自己的动手操作能力。
最后想说的是在这次课程设计中非常感谢苏老师的指导与帮助，也非常感谢我的小组成员们。这期间多次在课外时间打电话麻烦老师，但是老师还是耐心对我的问题进行解答，真的很感谢老师，以后我会更加努力的。
八、参考文献
【1】张加胜 张磊主编，《电力电子技术》第一版，中国石油大学出版社，2008；
【2】王兆安 黄俊主编，《电力电子技木》第四版，机械工业出版社，2004；
【3】刘同娟主编，MATLAB建模、仿真及应用，第一版，中国电力出
版社，2009；
【4】．莫正康，电力电子技术应用（第3版），机械工业出版社，2000；
【5】．浣喜明 姚为正．电力电子技术．高等教育出版社，2000；
【6】.MATLAB在电气工程中的应用，中国电力出版社，2001。
中国石油大学胜利学院
电力电子和拖动技术课程设计总结报告
题 目： 单相全桥逆变
学生姓名：
系 别： 电气信息工程系
专业年级： 20级电气工程及其自动化班
指导教师：
2年1月 20 日
一、实验目的与要求
(1)加深理解单相全桥逆变的工作原理。
(2)掌握单相全桥单极性PWM逆变电路的调试步骤和方法。
(3)熟悉单相全桥逆变电路各点的电压波形。
(4)掌握Matlab仿真调试的方法
二、实验设备及仪器
Matlab仿真软件6.5
三、实验线路及原理
1.SPWM法的基本原理
脉冲幅值相等而脉冲宽度按正弦规律变化而正弦波等效的PWM波称为SPWM(sinusoidal PWM)波形。
如图1所示，把正弦半波分成N等份，就可以把正弦半波看成是由N个彼此相连的脉冲序列所组成的波形，这些脉冲宽度都等于/N，但幅值不等，且脉冲顶部不是水平直线，而是按正弦规律变化的曲线。如果把这些脉冲序列用相同数量的等幅值而不等宽的矩形脉冲来代替，使矩形脉冲的中点和相应的正弦波部分中点重合，且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积相等，则可得图所示的矩形脉冲序列，这就是SPWM波形。
图1 用PWM波来代替正弦半波
2. 规则采样法
SPWM的控制就是根据三角载波与正弦调制波的交点来确定逆变器功率开关器件的通断时刻。规则采样法由经过采样的正弦波与三角波相交，并由交点得出脉冲宽度。该方法只在三角波的顶点或者底点位置对正弦波采样而形成阶梯波。
其原理如图2所示。
图2 规则采样法生成SPWM波的原理图
假设三角波的幅值为1，正弦函数为ur=M sint，M为调制度且0
其中，Tc为三角载波周期，t2为脉冲宽度。
所以矩形波开通时间为：t2(1Msint)Tc/2 将上式离散化后可得：t2(Msin(2I/N)1)/2
式中， Tc为在波周期，I为第I个SPWM波，N为采样的总个数
3. 单极性PWM控制逆变电路分析
电路如图2所示，该电路工作时，V1和V2通断互补，V3和V4也通断互补，如在uo正半周，V1导通，V2关断，V3和V4交替通断，且负载电流比电压滞后，在电压正半周，电流有一段区间为正，一段区
间为负。在uo的负半周，让V2保持通态，V1保持断态，V3和V4交替通断，负载电压uo可以得到-Ud和零,两种电平。
图2 单相桥式PWM逆变电路
4.单极性PWM控制方式
如图2所示，调制信号ur为正弦波，载波uc在ur的正半周为正极性的三角波，在ur的负半周为负极性的三角波。
a)在ur的正半周时，V1保持通，V2保持断，当ur>uc时，使V4导、V3关断，uo=Ud。当ur
b)在ur的负半周时，V1保持断态，V2保持通态。当uruc时，使V3关断、V4导通，uo=0。
这样就得到单极性PWM波形。
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图2 单极性PWM控制方式波形
四、实验内容和方法
1. 电路仿真图
2．各元件参数设置
脉冲发生器
载波（等腰三角波）
调试信号（正弦波）
五、实验数据处理
1.输出波形。
六、注意事项
1. 仿真时要与实际电路联系起来；
2. 在调制三角波和正弦波的时候防止发生畸变；
3. 注意调制比和载波比的大小。
七、结论与心得
通过这次课程设计首先让我明白了PWM逆变器各功能模块可以拥有不同设计方案，每种方案有其特点和适用范围。在进行课题设计的过程中，同样也加深了我对DC-DC、逆变电路、PWM控制等知识点的理解和掌握。
这次课程设计也综合了以前及近期所学的各种知识点，加深了我对各知识点的融会贯通，同时也体现出了团队协作能力，大家一起努力进行讨论查阅资料解决此次设计中的各种问题，尽管这过程中我们也有过争吵，大家都是各自坚持自己的观点，但最后我们还是统一了观点，经过多次的修改讨论最终还算是圆满完成了我们的这个作业。这让我明白只有我们分工协作才能保证整个课程设计的有条不紊。
以前我们也没有进行过Matlab的学习，通过这次课程设计的进行我们也算是给自己进行了一次教学活动，起码以后遇到类似的东西将不再陌生，也为我们以后的毕业设计作下了良好的基础。这也教会了我以后面对未知的困难要自己想办法解决掉它，不能害怕。要学会发挥自己积极主动的精神，将自己所学的知识联系起来，将理论知识与实践能力结合起来，多培养自己的动手操作能力。
最后想说的是在这次课程设计中非常感谢苏老师的指导与帮助，也非常感谢我的小组成员们。这期间多次在课外时间打电话麻烦老师，但是老师还是耐心对我的问题进行解答，真的很感谢老师，以后我会更加努力的。
八、参考文献
【1】张加胜 张磊主编，《电力电子技术》第一版，中国石油大学出版社，2008；
【2】王兆安 黄俊主编，《电力电子技木》第四版，机械工业出版社，2004；
【3】刘同娟主编，MATLAB建模、仿真及应用，第一版，中国电力出
版社，2009；
【4】．莫正康，电力电子技术应用（第3版），机械工业出版社，2000；
【5】．浣喜明 姚为正．电力电子技术．高等教育出版社，2000；
【6】.MATLAB在电气工程中的应用，中国电力出版社，2001。