原创 三相逆变（SPWM）仿真与分析

三相逆变（SPWM）仿真与分析

要点：

1、    下面是错的，假如定Vg的负极为参考地，那么三相输出的中性点不能接地。

2、这样的SPWM是双极性的(d=0.5输出0V)，但调制既可以用-1~1的载波，也可以用0~1的载波，其中调制系数 m=信号幅度 / 载波幅度，最大占空比Dmax=(1+m)/2。下面为两种调制方式和双极性电压输出。

m=0.8，对应振幅0.8的调制信号

m=0.8，对应Vpp=0.8，所以是0.5±0.4的调制信号。

双极性输出（输出相电压）：（减小了载波频率）

3、电流是怎样流动的

在电感滤波后，电流呈现正弦形状，下面分析各开关管是怎样导通的。

首先MOS管按正弦规律的占空比导通，如上图PWMa是A相的门控PWM，和H桥的一臂是一样的。区别是H桥另一臂刚好接上，有相反的导通情况，从而输出双极性方波，只有两个电平。三相桥的另两臂导通和关断使得相电压如上面的Vph，有5个电平。

然后，二极管起到续流的作用，a相电流正半周，S1的MOS断开的区间，由S4的二极管补上，所以测得S4的电流是负的，其实相当于接通了﹣极。等到输出反向电流时，S4的MOS导通，波形为正，输出-极，S1的二极管提供续流，接通电压是+。

 电流是正弦流出的，留到了其他两相，而其他两相刚好也能是正弦流出，从电流角度上讲，逆变的三相电源和发电机的三相电源是等效的。

4、逆变输出电压是多大

MOS管按正弦规律的占空比导通，根据平均等效原理，每相桥臂相当于当于输出了正弦电压。从输出点上来看是D*Vg + (1-D)*(-Vg) =(2D-1)Vg，但是这并不是电感滤波之后的电压吧，而且它是相对于哪一点而言的呢？很显然，这样分析有问题，那就是Vg和-Vg是相对于不同的点而言的，这样把地偷换了。另外，单纯考虑一臂的输出是错误的，没有回路，接+接-都等于没接。

可以假想电源分成两半，中间是地，这样，相电压输出就是（2D-1）*Vg/2，代入Dmax=(1+m)/2，得Umax=m*Vg/2，如m=0.8,Vg=100V，输出正弦峰值=40V。

这个结论不能直接验证。因为输出的相电压毕竟是方波的——正弦是假想的，也不能像直流那样滤波后再观察电压大小——滤波电感有分压，所以只能通过负载电感和电阻的分压间接验证。

5、负载的电压分配（中间经历了一次错误也一并记上）

 以直流1/2处为三相中线，则相当于三相四线制输出。

因为是对称负载，所以负载的中性点和电源中性点理想上是等电位的，三相三线和三相四线应该等效。

下面是三相三线接法，电流脉动比较小。

下面是三相四线接法，中性线有小电流流过，使得相电流脉动变大。

 设高频电压分量全被电感分去，而50Hz电压被R和L串联分配。按照经典的算法，三相对称负载总可以当成三相四线接法，从而取出一相计算。

→ →

Umax=m*Vg/2，如m=0.8,Vg=100V，负载L=10mH, R=10Ω，输出正弦峰值=40V，有效值U=28.28V

电阻电压有效值U*R/（R+wL）=U*10/（10+3.14）= 21.52，峰值30.44V

图中看到的是38.19V的峰值。哪里错了呢？

单纯的仿一下等效电路：(负载L=10mH, R=10Ω，输出正弦峰值=40V)

 可以看到U_Ra = I(RL2a)*Ra= 38.19V，同时I（RLa）逆变相电流和I（RL2a）等效相电流是重合的，说明等效的真的没有关系，确实可以认为高频开路，（高频电压分量全被电感分去，而50Hz电压被R和L串联分配），是对等效电路的解出错了。

不妨仿一下这个单相的

 VRmax=38.19V，所以取一相计算是没错的，只是算错了。

 看到VR波形的滞后，一下明白了，我犯了一个算是比较严重的错误：

交流电路的分压是不可以用 的，应该用U_R= ，所以分压是 =

如果当相量直接分压也是可以的，  =

可见我是把相量分压和模的分压给混了。

40*0.954=38.16

_____________________________________________________________________________  

这才结了我的这次仿真，结论是成立的：

输出相电压、直流电源电压、调制度之间的关系——Umax=m*Vg/2

可以假想电源分成两半，中间是地，这样，相电压输出就是（2D-1）*Vg/2，带入Dmax=(1+m)/2，得Umax=m*Vg/2。

等效成Yn型的三相电源——假想电压是正弦波，来计算负载的实际电流。

______________________________________________________________________________

补充：

6、哪里是地？

如果把直流源Vg真的分成两部分，从中间引线出来，那么整个逆变器相当于一个 引出中性线的Y型三相电源，如果没有分成两半，那也只不过是没有中性线的三相电源而已。这就不能和负载构成三相四线制的解法了。

至于地，取在Y型中性线，或取在Vg的负极，甚至Vg浮地，这些都没关系，不过注意Vg的负极不是中性线，所以负载中性线接Vg-是没有道理的（在不对称负载时会有电流流到Vg-，造成波形畸变）

如果没有真的把Vg分成两半，常把Vg-当成地，这是因为整个系统的直流源往往就取自Vg，必须有一个公共的地。