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四桥臂逆变器的控制和仿真的中期报告

1.引言

在本次研究中，我们将探讨四桥臂逆变器的控制和仿真。四桥臂逆变器是一种常用的电力电子变换器，可以将直流电转换为交流电，具有广泛的应用。本次研究将分为以下几个方面进行：

1）四桥臂逆变器控制原理的介绍；

2）四桥臂逆变器的三种控制方式：SPWM,SVPWM,SVM的原理和比较；

3）基于MATLAB/Simulink的四桥臂逆变器控制和仿真实验；

4）实验结果和结论。

2.四桥臂逆变器的控制原理

四桥臂逆变器由四个开关管（IGBT或MOSFET）和四个反并联二极管组成。如下图所示：


P1、P2、P3、P4为输入电源直流侧的正、负极，V1、V2、V3、V4为输出端口，L1、L2为负载，L1=L2。

四桥臂逆变器将直流电源转换为交流电源的原理是控制开关管的导通和截止。如下图所示：


当S1和S3导通时，电路中的电流路径为P1-P3-V1-L1-P2-P4，此时输出电压为Vd；

当S2和S4导通时，电路中的电流路径为P2-P4-V3-L2-P1-P3，此时输出电压为-Vd。

控制四桥臂逆变器的实质就是控制开关管的导通和截止，从而实现交流输出电压的控制。

3.四桥臂逆变器的三种控制方式：SPWM,SVPWM,SVM的原理和比较

SPWM（SinusoidalPulseWidthModulation）正玄脉宽调制控制方式中，以正玄波为参考波形，通过控制开关管的导通间隔来实现输出交流电的波形控制。

SVPWM（SpaceVectorPulseWidthModulation）空间矢量脉宽调制控制方式中，以空间矢量图为基础，将三相电源功率分解为两个矢量，通过控制开关管的导通和截止来实现输出交流电的波形控制。

SVM（SpaceVectorModulation）空间矢量调制控制方式中，也是以空间矢量图为基础，通过控制开关管的导通和截止时间，以实现输出交流电的波形控制。相比SVPWM，SVM控制方式更为简单，但牺牲了输出交流电质量。

三种控制方式的比较：

SPWM控制方式在低功率、低精度、低换频（3kHz）的场合下适用，控制简单，但输出波形质量不够高；

SVPWM控制方式在中高功率、中高精度、中低换频（3kHz~10kHz）的场合下适用，波形质量较高，但控制复杂；

SVM控制方式在高功率、高精度、高换频（10kHz）的场合下适用，控制简单，但输出波形质量较低。

4.基于MATLAB/Simulink的四桥臂逆变器控制和仿真实验

我们基于MATLAB/Simulink软件实现了四桥臂逆变器控制和仿真实验。具体步骤如下：

1）建立模型；

2）选择控制方式（SPWM,SVPWM,SVM）；

3）仿真实验，并进行性能测试。

其中，SPWM控制方式的波形如下图所示：


SVPWM控制方式的波形如下图所示：


SVM控制方式的波形如下图所示：


5.实验结果和结论

经过控制和仿真实验，我们得出以下结论：

1）控制四桥臂逆变器可以实现输出交流电的波形控制；

2）SPWM控制方式在低功率、低精度、低换频（3kHz）的场合下适用；

3）SVPWM控制方式在中高功率、中高精度、中低换频（3kHz~10kHz）的场合下适用；

4）SVM控制方式在高功率、高精度、高换频（10kHz）的场合下适用；

5）控制复杂度和输出波形质量是选择控制方式的重要考虑因素。