半桥逆变双极性SPWM分析与Mathcad建模

发布时间:2024-08-05  

1.半桥逆变框图:

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1.输出平均值推导:

逻辑关系:两管同时导通短路,所以不能两管同时导通

Q1导通,Q2关闭 Vout=1/2Vdc,Q2导通,Q1关闭 Vout=-1/2Vdc可得:

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2.载波最大值推导:图片

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3.占空比分析推导:

图片相似三角形可得:

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4.谐波分析推导:

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单相双极性工作方式的调制波Ur,载波Uc,输出电压波形Uao:

调制波函数:Ur=Vmsin(ωt+φ)

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载波频率为基准的傅里叶分析方式,取一个载波周期分析输出电压可得:

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根据傅里叶公式展开Vao得到:

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贝塞尔公式:

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代入谐波公式:

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mathcad建立辅组Γ函数用于求解n阶贝塞尔函数,也被称为第一类Bessel函数。贝塞尔函数是贝塞尔方程的解,它们和其他函数组合成柱调和函数。除初等函数外,在物理和工程中是最常用的函数。

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根据贝塞尔函可得谐波分布情况:

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载波频率(开关频率)处及其附近的谐波(n=0,±2等),是主要谐波,计滤波器时主要考虑这些谐波。在所有谐波中,幅值最大的谐波出现在开关频率(n=1,k=0)处。2倍及以上倍开关频率附近的边带谐波幅值较低。频谱的分布不只与Mr的大小有关,也与载波比N有关;Mr可以改变谐波的幅值,而N可以改变谐波的频率。N越大,谐波频率越高,滤波越容易。当N达到一定值时,只用几个微法的电容就可以达到比较好的滤波效果(可以将设备做的比较小),这就是提高开关频率的主要原因。


结论:

桥臂开关谐波分量的解析法比较复杂,用双重傅里叶级数分解为调制波角频率倍数的谐波,而采用以载波的角频率为基准,考察边频带谐波分布情况的方法是比较常见的。


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