pwm逆变器仿真

基于AVL EXCITE M 软件的PWM逆变器对电机噪声影响分析

随着新能源电动汽车的普及，电机作为其核心动力源，其噪声问题日益受到关注。永磁同步电机因其高效能和低噪声的特性，成为电动汽车的首选。然而，与传统汽油车相比，电动汽车中永磁同步电机产生的高频噪声问题更为突出，影响驾乘体验。电机噪声的大小直接影响着整车的舒适性，因此，分析并优化电机噪声成为研发阶段的重要任务。

AVL eSUITE 是一款由 AVL 公司开发的仿真软件平台，旨在提供完整的电气化仿真解决方案。该平台集成了新能源整车动力性和经济性仿真、电机性能匹配、热管理分析、电机动力学分析以及电驱系统 NVH（噪声、振动和粗糙度）仿真功能。通过利用 AVL eSUITE，工程师可以实现基于台架模式的 NVH 校核，有效降低样件试制成本和测试时间。

在电机噪声分析中，重点关注 PWM（脉冲宽度调制）控制对电机性能的影响。PWM 控制是实现变频驱动的关键技术，它通过调节开关频率和脉冲宽度来控制输出电压，进而影响电机的运行特性。在电机噪声分析中，高频噪声主要与 PWM 开关频率有关，表现为噪声谱的伞状分布，频率较高且声音尖锐。

三相电机控制理论表明，电机定子绕组在三相交流电压作用下产生旋转磁场，驱动电机旋转。在 PWM 控制下，逆变器输出的电压矢量在空间中合成一个幅值不变的旋转矢量，通过特殊的开关触发顺序和脉冲大小组合来实现。常见的 PWM 控制方式包括 CPWM（空间矢量脉冲宽度调制）和 DPWM（连续脉冲宽度调制）等，本文着重介绍 CPWM 控制。

AVL eSUITE 平台提供了多种电机仿真工具，从低频到高频全频段覆盖电机动力学仿真，其中包括 EMCM、EMC1、EMC2 等电机连接副。这些连接副包含了 PI 控制器、逆变器、电池电源等组件，能够实现电机扭矩转速控制，并分析电机控制过程对电机转子动力学以及 NVH 的影响。

在仿真过程中，工程师可以通过 AVL eSUITE 的 EMT（电磁暂态）模块，计算电机控制相关参数，如主磁链、相阻、直轴与交轴电感等。同时，结合电机动力学分析模块，可以实现电机在不同控制策略（如 SVPWM 和 DPWM）下的响应分析。此外，平台还支持不同过调制策略和开关频率设置，允许用户研究 PWM 控制对结构体 NVH 噪声的影响。

通过具体实例，可以分析电机在 SVPWM 控制下的噪声表现，包括主谐波响应和伞状谐次噪声的特征。比较 SVPWM 和 DPWM 控制方式下的振动速度和表面振动分布云图，可以直观地看出 PWM 控制对电机噪声的影响。这些分析结果对于优化电机设计、减小噪声具有重要的指导意义。

总结而言，AVL eSUITE 平台提供了一种有效的方法，用于分析和优化 PWM 控制对电机噪声的影响。通过详细的电机动力学仿真，可以深入了解 PWM 控制策略对电机性能的综合影响，从而为工程师提供有价值的参考，以提高电动汽车的舒适性和性能。

heric逆变器开环仿真

heric逆变器，全称为Highly Efficient Reliable Inverter Concept，是一种高效率可靠的逆变器，它在全桥电路基础上引入续流回路，以达到较好的消去共模电流效果。heric逆变器采用单极性PWM调制，具有四种工作模式。

工作模式如下：

模式1：电网电压大于零的半周期，此时S1、S4和S6导通，电流回路为直流输入电源 Ubus正端→S1→L1→电网 Ugrid→S4→直流输入电源 Ubus负端。

模式2：电网电压大于零的续流阶段，S1和S4关断，S6和D1导通续流，电流 减小，经过的回路为: S6 →D1→L1→电网 Ugrid→S6。

模式3：电网电压小于零的半周期，S2、S3和S5导通，电流 增加且流经回路为直流输入电源 Ubus正端→S2→电网 Ugrid→L1→S3→直流输 入电源 Ubus负端。

模式4：S2 和 S3 关断时，为维持电流的连续，S6 的反并联二极管 D2 导通续流，电流减小并且流经回路 S5→D2→电网 Ugrid→L1→ S5。

heric逆变器在Simulink中进行仿真，主要关注管子控制波形和仿真结果。在Simulink仿真中需注意以下几点：

（1）所有管子的调制信号需要使用同一个，以保证S1、S4和S6，S2、S3和S5的相位一致；

（2）管子S1、S2、S3、S4采用高频控制，而S5、S6采用低频控制，即电网频率控制即可；

（3）S1、S4、S6同时导通；S2、S3、S5同时导通。

参考文献提供heric逆变器相关研究与设计的具体内容，对于理解heric逆变器的驱动电路设计具有重要指导作用。

PWM逆变器是什么?

1. PWM逆变器在电机驱动中扮演着关键角色，它通过调节脉冲宽度来控制电机速度和扭矩。然而，这一过程中可能会产生共模电压，它通过电机内部的寄生电容引起漏电流。

2. 漏电流如果过大，不仅可能触发电机保护电路的误动作，还会产生电磁干扰（EMI），干扰电网中其他设备的正常运行。同时，过大的轴电压和轴承电流会加速电机轴承的磨损，降低系统的可靠性。

3. 为了抑制共模电压，传统的做法包括转轴接地、轴承绝缘和使用导电润滑剂等。尽管这些方法能够在一定程度上降低轴电流，保护电机轴承，但共模电压本身并未被彻底消除。

4. 在电机负载运行时，共模电压依然存在，并通过负载轴承产生破坏性电流。因此，滤波器被引入以减少逆变器输出中的谐波成分。尽管无源滤波器在降低过电压影响方面效果显著，但它们对于变化着的载波频率响应有限。

5. 近年来，有源滤波器作为一种消除共模电压的新型解决方案被提出。例如，Alexander Julian提出的四相逆变器和Annette Jouanne提出双桥逆变器（DBI）等方法，尽管能够减少共模电压，但它们自身也存在如增加开关损耗和谐波失真、需要额外的驱动设备和特定定子绕组配置等限制。

6. 文中提出的有源滤波器结构简单，易于控制，通过产生与PWM逆变器输出电压幅值相等、相位相反的共模电压，有效消除了感应电机端的共模电压问题。仿真和实验结果证明了这种结构的有效性，为提高PWM逆变器系统的可靠性和性能提供了新的途径。

什么叫逆变器中的PWM调制方法

在逆变器中，为了高效且稳定地输出电压，人们发明了PWM（脉宽调制）调制方法来控制电压。

1. PWM调制通过控制上下臂开关管的脉冲宽度来达到控制输出电压的目的，但其精度相对较低。

2. 在高精度要求的环境下，除了调整上下臂的脉宽外，还对下臂的ON状态进行进一步的PWM调制，以实现精确控制输出电压。

图示说明：

- 第一个图展示了一般的PWM信号，其中上下臂的脉宽相同。

- 第二个图展示了经过PWM调制后的信号，显示了更精确的控制。

1.1 单相全桥逆变器基础仿真之双极性调制与单极性调制的差异

单相全桥逆变器PWM调制技术主要分为单极性调制与双极性调制，其核心差异在于调制脉冲的极性。单极性调制中，调制信号ur为正弦波，载波uc在ur的正半周为正极性的三角波，在ur的负半周为负极性的三角波。在ur的正半周，V1保持通态，V2保持断态；在ur的负半周，V1保持断态，V2保持通态。输出uo的电平取决于ur与uc的关系。双极性调制中，在ur的半个周期内，三角波载波有正有负，产生的PWM波电平为±Ud，在ur的一个周期内，输出的PWM波只有两种电平。单极性调制的原理相对复杂，需要通过比较调制波与0的值来决定各开关器件的通断状态，而双极性调制则更为直观，只需要将调制波与载波比较即可产生PWM信号。在仿真搭建上，双极性调制模块的内部结构和参数设置相对简单，而单极性调制则需通过额外的逻辑处理来解决载波正负循环问题。仿真结果显示，在闭环控制条件下，单极性调制下的输出电流谐波含量更低，其性能远超双极性调制方式，同样开关频率下，输出电流的谐波含量显著减少。

盘点6种电路仿真软件，总有一款适合你

在电源仿真的世界里，选择合适的软件成为了一门艺术。杨帅锅以丰富的实践经验，为我们分析了六种常用的电源仿真软件的优缺点，以供不同需求的用户参考。接下来，我们将深入探讨这六款软件的特性，帮助用户更好地选择适合自己的工具。

1. PSPICE与SABER：这两款软件在模拟连续系统方面表现出色，拥有极高的精度。然而，它们的运行速度极慢，因此上手难度相对较高。对于专注于芯片设计的用户，PSPICE是一个不错的选择，因为它隶属于Cadence产品系列。

2. PSIM：PSIM软件在处理连续与离散系统方面表现出色，运行速度较快，且建模能力较高。它被广泛应用于国内，用户上手难度较低，是许多初学者的首选。

3. SIMLIPS：作为SPICE核心的简化版本，SIMLIPS在保持PSPICE优点的同时，更加稳定，容易收敛。它能够直接分析开关器件，对于系统分析非常有用。

4. SIMULINK与PLECS：这两个软件的操作方式相似，且在算法和求解器方面进行了优化，使得PLECS在速度上比SIMULINK快至少3倍。它们在分析连续系统方面表现出色，尤其在离散系统分析方面有明显优势。

在选择软件时，上手难度是一个重要的考量因素。对于初学者来说，PSIM可能是最佳选择。而对于希望深入研究模拟领域的用户，SIMLIPS或SIMULINK/PLECS可能更加适合。如果你对嵌入式物联网感兴趣，建议深入学习PLECS，以获得更深入的理论基础。

在使用PLECS搭建逆变器仿真模型时，我们可以按照以下步骤进行操作：新建文件，搭建功率等级模型，创建PWM方波，连接模型，并通过示波器观察波形。接下来，调整求解器参数，配置正弦波，设置调制比，并实现闭环控制。通过这些操作，我们可以实现逆变器模型的搭建与调试，为实际样机的开发奠定理论基础。

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