三相SPWM正弦脉宽调制Simulink仿真模型

资 源 简 介

该项目应用MATLAB中的Simulink仿真环境，构建基于自然采样法的SPWM发生器模型。其核心功能是通过搭建电路逻辑，将三路相位互差120度的标准正弦参考波作为调制信号，与一个频率较高的共用三角载波进行实时比较运算。在仿真过程中，系统会实时检测正弦波与三角波的幅值关系：当正弦波幅值的瞬时值高于三角波时，比较器输出高电平脉冲信号，反之输出低电平，从而将三相连续的正弦信号转换为具有等幅不等宽特征的脉冲宽度调制（PWM）波形。本项目详细模拟了在不同调制比和载波频率下的脉冲产生过程，能够真实反映电力电子逆变器

详 情 说 明

三相正弦波产生PWM波形仿真实验项目说明

项目介绍

本项目通过MATLAB编程模拟电力电子技术中经典的自然采样法三相脉宽调制（SPWM）过程。在该仿真中，系统生成三路相位互差120度的正弦基准信号，并将其与高频率的三角载波进行实时比较。通过这种逻辑运算，将连续的正弦波转换为等幅不等宽的脉冲序列，从而实现对逆变器开关管控制信号的模拟。该项目不仅展示了SPWM的基本原理，还提供了深入的波形分析工具，如占空比趋势计算和频谱分析逻辑，是研发交流传动系统和并网逆变技术的基础研究模型。

功能特性

1. 高精度自然采样仿真：采用高采样频率模拟连续信号的比较过程，精确捕捉正弦波与载波的交点。
2. 三相独立调制逻辑：完整实现A、B、C三相调制，各相基准波严格遵守120度相位差。
3. 参数化设计：支持灵活调整调制比、基波频率以及载波频率，便于观察不同工况下的波形质量。
4. 实时状态反馈：计算并打印载波比等关键技术参数，辅助掌握系统运行特性。
5. 多维度结果可视化：提供从原始调制信号对比、单相PWM序列、三相时序关系到等效占空比演变的全方位图形展示。

使用方法

1. 启动MATLAB软件环境。
2. 在编辑器中打开代码脚本。
3. 根据实验需求，修改参数设置区域中的变量（如调制比m或载波频率f_carrier）。
4. 运行脚本，系统将自动计算波形数据并弹出可视化的仿真结果窗口。
5. 在命令行窗口查看输出的系统参数汇总信息。

系统要求

1. 软件环境：MATLAB R2016a 或更高版本。
2. 工具箱依赖：建议安装信号处理工具箱以获得最佳的三角波生成函数支持。
3. 硬件环境：具备基本图形渲染能力的通用计算机。

实现逻辑说明

1. 参数初始化：代码首先定义数值仿真的基本环境，包括设置200kHz的采样频率（fs）以确保仿真精度，定义50Hz的基波频率和5kHz的高频载波。调制比（m）设定为0.85，仿真时长覆盖两个完整的正弦周期。
2. 调制信号构建：利用三角函数生成平衡三相电压参考指令。通过在正弦函数参数中加入相位偏移（0, -2/3*pi, 2/3*pi），实现三相信号的时域分布。
3. 载波信号生成：利用对称锯齿波函数生成幅值范围在[-1, 1]之间的等腰三角波，作为比较的基准。
4. 比较器逻辑模拟：这是SPWM的核心。通过逻辑比较运算，当正弦调制波的瞬时值大于三角载波时，输出逻辑高电平（1），反之输出低电平（0）。
5. 等效分析处理：

* 频谱计算：对PWM波形进行傅里叶变换（FFT），准备分析信号的谐波成分。 * 窗口化占空比统计：通过滑动窗口算法，计算一个载波周期内的脉冲总宽，生成占空比随时间变化的曲线，直观反映数字信号对正弦波形的包络还原能力。

1. 可视化布局：创建四层子图，分别展示调制波与载波的重叠细节、单路脉冲形状、三相脉冲的错相错位关系以及宏观的占空比演变趋势。

关键算法与实现细节

1. 自然采样比较算法：代码直接通过比较算子对时间向量上的每一个离散点进行判断。这种方法相比于规则采样法更能真实反映硬件比较器的模拟特性，能更准确地定位脉冲跳变点。
2. 对称三角载波实现：设置sawtooth函数的宽度参数为0.5，确保了载波的上升沿和下降沿斜率相等，从而产生对称边缘的PWM波形，有利于减少输出电压的谐波含量。
3. 三相时序逻辑：在可视化处理中，通过给B相和A相的PWM信号分别增加垂直偏移量，清晰地展示了三相开关信号在时间轴上的逻辑组合关系。
4. 均值滤波原理应用：在占空比趋势分析中，利用窗口大小等于载波周期的平均法，将高频跳变的脉冲信号解析回低频的正弦规律曲线，验证了调制逻辑的正确性。