就調製脈衝的極性而言,單相全橋逆變器pwm調製技術主要分為單極性調製與雙極性調製。下面就其調製原理分別做簡單的介紹:
1.1.1 單極性調製
單極性調製原理圖如下圖所示:
其主要原理為:
調製信號ur為正弦波,載波uc在ur的正半周為正極性的三角波,在ur的負半周 為負極性的三角波。
√在ur的正半周,V1保持通態,V2保持斷態。當ur>uc時使V4導通,V3關斷,uo=Ud當urV4關斷,V3導通,uo=0。
√在ur的負半周,V1保持斷態,V2保持通態。當urV3 導通,V4 關斷,uo=-Ud。當ur>uc時使 V3關斷,V4 導通,uo=0。
1.1.2 雙極性調製
其主要原理:
在調製信號ur和載波信號uc的交點時刻控制各開關器件的通斷。在ur的半個週期內,三角波載波有正有負,所得的PWM波也是有正有負,在ur的一個週期內,輸出的PWM波只有±Ud兩種電平。
在ur的正負半周,對各開關器件的控制規律相同。
√當ur>uc時, V1和V4導通,V2和V3關斷,這時如 io >0,則V1和V4通,如 io<0,則VD1 和VD4 通,不管哪種情況都是uo=Ud 。
√當urV2和V3導通,V1和V4關斷,這時如io<0,則V2 和V3通,如 io>0,則VD2 和VD3 通,不管哪種情況都是uo=-Ud 。
(原理一時沒看懂,請參考王兆安《電力電子技術》系列教材,對於模擬來說首先只要知道如何實現即可,模擬搭建出來之後可以結合模擬再深入理解其原理)
1.1.3 simulink模擬搭建
雙極性調製的原理較為簡單,只需要一個三角載波與調製波相比較,直接就可以產生pwm調製信號,其模擬模型圖如下所示:
雙極性模擬模型,除了雙極性調製模塊是人為搭建然後封裝的之外,其他的都是直接拖進來的現有模塊。其中雙極性調製模塊所封裝的內部模塊圖為:
圖1.1.5 雙極性調製模塊內部結構及參數設置
其中參數設置圖為三角載波的參數設置情況,Fs表示載波頻率即開關頻率,Vc表示載波幅值,這兩個參數在整個雙極性調製模塊封裝之後,在模塊外部設置其變數的值即可。
單極性調製模擬的演算法原理要稍微複雜一點,下面將詳細介紹其模擬模型
圖1.1.6 單極性調製模擬模型
開關頻率、載波幅值、濾波器、調製波的參數設置與雙極性調製模型的參數一致。
由於V1和V2的導通狀態完全有調製波的正負決定,因此,將調製波與0做比較,其輸出的邏輯結果直接給到V1和V2。另外,在調製波為正的半週期內,載波也為正,而調製波為負的半週期內,載波也為負。因此將調製波與0做比較得到的結果用來決定載波是乘以1還是-1,這樣便解決了載波正負循環的問題。將載波與調製波做比較得到的邏輯信號給到V3和V4。最後封裝起來,便得到了單極性調製模塊。
模擬波形分析:
很明顯,從輸出電流波形可以看出,單極性調製下的輸出電流諧波含量更低,FFT分析顯示的結果是單極性調製下的諧波含量比雙極性調製下的諧波含量低了一倍左右。
下面是在閉環控制的條件下,單極性調製與雙極性調製輸出電流對比的分析結果。其模擬模型圖如下所示:
結論:在閉環控制的條件下,單極性調製的性能要遠遠優於雙極性調製,在相同的開關頻率下,其輸出電流的諧波含量要遠遠低於雙極性調製方式下的輸出電流。