三相桥式电压型PWM逆变器原理与仿真分析
三相桥式电压型PWM逆变器原理与仿真分析
三相桥式电压型PWM逆变器是电力电子领域的重要组成部分，广泛应用于各种电力变换系统中。本文将从电路原理、仿真搭建到输出电压频谱分析，全面介绍这种逆变器的工作原理和特性。
电路介绍
这种电路往往是采用双极性控制方式，也可以说是SPWM。SPWM调制的门极驱动信号，共有3个互差120°的正弦参考信号和1个三角载波，正弦参考波与三角载波比较后，得到门极驱动信号。开关管的通断由驱动信号决定，当正弦参考波大于三角载波时，a相上管导通，上管和下管互补，因此当正弦参考波小于三角载波时，上管关断。门极驱动信号分别与互补。输出相电压，线电压。
SPWM调制的门极驱动信号如图a所示，门极驱动信号如图b所示。输出相电压如图c所示，输出线电压的基波成分如图d所示。
在Simulink中搭建电路
- 选取开关元件MOSFET，共计摆放6个。分别命名为VT1~VT6。
- 选取三个正弦信号发生器，设置频率为2pi50，并且U、V、W分别设置相位为0，-120/3602pi，+120/3602pi。
- 选取三角波发生器，设置频率为9e3Hz。这样，三角波发生器就会产生从-1到1的波。
- 选取大于判断模块，这样就在三角信号波大于三角波的时候，输出1开启信号；当三角信号波小于三角波的时候，输出0关断信号。
- 每一相的上下两个MOSFET，必然是一个开启，另一个关断，所以使用not模块，让开关信号相反。
- 添加其他测量装置，连接好连线。
电路的工作时序
这里选取调制度为0.8的情况来说明。
三角载波和来自三相的正弦信号波
- 三角载波和来自三相的正弦信号波
Uun’、Uvn’、Uwn’的电压波形
可见三个波形是相位相差120度，且是疏密有间的矩形波。
Uun和Uuv
显示了一个相电压和线电压的波形，首先是一个周期的大全图。然后是放大一部分的波形图。
输出电压的频谱成分
这里选取几个调制度，分析一个相的输出电压的频谱成分。
调制度为0、0.3、0.5、0.8、1时的频谱成分
可见，随着调制度的变化，谐波的主要成分没有发生改变，都集中在180次谐波（9kHz）、360次谐波（18kHz）等附近，即在次谐波附近。而且含量也随着调制度的不同而不同，可以绘制出下面这张图。
这张图显示出了基波、182次(9100Hz)谐波、361次(18050Hz)谐波和542次(27100Hz)谐波幅值的变化趋势。
理论分析
输出电压有效值通过改变调制比（是正弦信号波的幅值，是三角载波的幅值）来改变。每个脉冲的面积与对应时间段内的正弦波面积相等。假定为第m个脉冲的宽度，可得到输出电压有效值为：
可得到输出电压的傅里叶级数为：
第m个脉冲的起始时间tm和起始角αm为：
式中为：
式中。第m个脉冲宽度（或脉冲角）为：
逆变器的输出电压包含谐波分量，PWM技术使得谐波在开关频率及其倍频等附近，谐波分量的频率具有以下形式：
式中：谐波的第n次为第j倍载波比的第k次边带。
可以绘制出下面这张图，说明了不同调制度下，谐波振幅的大小变化。