1.1 题目要求
使用单相半桥型逆变器或全桥型逆变器，构建单相电压二重化逆变电路，参看教材中图4-20。仿真观察单个逆变器的时序波形及输入输出电压关系，研究串联多重化的基本原理，分析绘制移相角与输出电压的幅值关系曲线，移相角与输出电压畸变率的关系曲线，移相角与3、5、6、7、9次谐波含量的关系曲线。
参数：使用单相全桥型逆变器，采用移相调压控制方式，直流侧电压400V，电阻负载R=8Ω，变流器之间的外移相角φ=60°，改变变流器内部移相角θ。
1.2 参数设置
首先在MATLAB建立SIMULINK模块建立单相全桥逆变器的仿真电路。仿真电路如图1-1所示。
图1-1 单相电压二重化逆变电路仿真电路
参数设置：本题仿真要求的外移相角φ=60°，故仿真模型中对上下两组单相全桥型逆变器延迟时间分别设置相差3.33ms，设置同组单相全桥逆变电路内移相角为Θ，同时电阻负载设置为8Ω，直流侧电压400V。并且两个变压器设置为理想变压器。
1.3 单个逆变器的时序波形及输入输出电压关系
单相电压型二重逆变电路是由两个单相全桥逆变电路组成，二者输出通过变压器T1和T2串联起来，两个单相逆变电路的输出电压u1和u2都是矩形波，将两个矩形波组合起来，得到的输出电压更向正弦波靠近。。
下面是内移相角为180°的单相全桥逆变电路和二重化逆变电路输出电压波形图。
图1-2 两个单相全桥逆变电路输出电压波形图
由上图可知，单相全桥逆变电路T1端输出为矩形波，其峰值为400V，与输入端直流电压源相等；T2端输出与T1端波形形状，峰值相等，并且由于外相移角为60°，因此T2端输出波形与T1端相位相差60°。
下面是二重化逆变电路输出电压波形图。
图1-3 二重化逆变电路输出电压波形图
二重逆变化的总输出电压可以看出是由图1-2两个单相全桥逆变电路按60°外相移角叠加而成，其峰值为800V，即两倍的输入直流电压，为导通120°的正弦波。同时在图1-3中也可以看出，二重化电路的输出端电压较单桥输出端的波形更接近于正弦波。
根据书本知识以及仿真实践，逆变电路多重化的原理就是把若干个逆变器（即电力变换器）的输出按一定的相位差组合起来，使它们所含的某些主要谐波分量相互抵消，就可以得到较为接近正弦波的波形。组合方式有串联多重和并联多重两种方式。串联多重是把几个逆变电路的输出串联起来，并联多重是把几个逆变电路的输出并联起来。
1.4 移相调压分析
1.4.1 移相角与输出电压的幅值关系曲线
改变内移相角，采集所有的输出电压值，取每个相角下的最大电压值，得到在 60°外移相角下，电压幅值随内移相角变化曲线如下图。
图1-4 输出电压的幅值与移相角关系曲线
从图1-4可以看出，内相移角变化范围为在0°到180°之间。当内相移角很小时，输出电压与之呈线性关系，在输出电压达到400V时，并且内相移角小于60°时，增大相移角输出电压保持不变；继续增加相移角，在输出电压达到800V时，输出电压幅值不再随相移角增大而增大。
当内移向角<60°时，由于两个逆变电路之间存在外移相角=60°，所以两电路在原边的输出电压完全错开，没有重叠的时间段，所以输出电压幅值即为一倍输入直流电压。而当内相移角>60°时，两电路开始出现重叠的时间段，输出电压最大幅值为两倍输入直流电压。
1.4.2 移相角与输出电压畸变率的关系曲线
根据 THD 模块计算得到总谐波含量随移相角变化的曲线图如下图所示
图1-5 移相角与输出电压畸变率的关系曲线
从图1-5可以看出，输出电压畸变率整体趋势随相移角减小而减小，且在0~60°时下降速度较快并且速度逐渐渐缓；内相移角在60°~180°过程中，电压畸变率保持在0.5以下基本趋平。
1.4.3 移相角与3、5、6、7、9次谐波含量的关系曲线
对于单相各次谐波，采用fourier模块计算指定次数谐波幅值，进一步利用如下公式计算谐波含量：
下面为移相角与3、5、6、7、9次谐波含量的关系曲线。
图1-6 移相角与3次谐波含量的关系曲线
图1-7 移相角与5次谐波含量的关系曲线
图1-8 移相角与6次谐波含量的关系曲线
图1-9 移相角与7次谐波含量的关系曲线
图1-10 移相角与9次谐波含量的关系曲线
从图1.6~10可以看出，各次谐波含量整体趋势随移相角增大而减小，降速在移相角很小时较大，此后降速变得很小。并且可以看到，在某些特定的移相角下，奇数次谐波含量可以被完全抵消。
由图可以观察到，5、7次谐波根据其频率不同在对应移相角位置处有局部峰值，3、6、9次谐波局部峰值的情况基本消除，这是因为把两个单相逆变电路导通的相位错开60°时，则对于U1和U2中的3次谐波来说，他们就错开了3*60°=180°。通过变压器串联后，两者中所含的3次谐波互相抵消，其中只含6k±1（k=1,2,3…）次谐波，3k（k=1,2,3…）次谐波都被抵消掉了。
附录：程序代码
% Uall=[];
% for theta=1:180
% sim('Mutiphase_inverter',[0,0.15]);
% Umax=max(U);
% Uall=[Uall,Umax];
% end
%xlswrite('data.xlsx',U)
Uall=[];
THDall=[];
U1all=[];
U3all=[];
U5all=[];
U6all=[];
U7all=[];
U9all=[];
for theta=0:5:180
sim('Mutiphase_inverter',[0,0.1]);
Umax=max(U);
Uall=[Uall,Umax];
THDall=[THDall,THD.Data(end)];
U1all=[U1all,A.Data(end,1)];
U3all=[U3all,A.Data(end,2)];
U5all=[U5all,A.Data(end,3)];
U6all=[U6all,A.Data(end,4)];
U7all=[U7all,A.Data(end,5)];
U9all=[U9all,A.Data(end,6)];
end
figure(1)
theta=0:5:180;
plot(theta,Uall)
hold on
figure(2)
plot(theta,THDall)
hold on
%
% figure(3)
% plot(theta,U3all./U1all)
% hold on
% plot(theta,U5all./U1all)
% hold on
% plot(theta,U6all./U1all)
% hold on
% plot(theta,U7all./U1all)
% hold on
% plot(theta,U9all./U1all)
%%each figure
figure(4)
plot(theta,U3all./U1all)
hold on
figure(5)
plot(theta,U5all./U1all)
hold on
figure(6)
plot(theta,U6all./U1all)
hold on
figure(7)
plot(theta,U7all./U1all)
hold on
figure(8)
plot(theta,U9all./U1all)
所有MATLAB/Siumlink仿真源程序和模型都可以免费提供给大家，有需要的朋友可以私信或者评论区留言。
希望大家真正的热爱电力电子，享受探索，享受实验，干杯，朋友们！
PS：在此也推一下我自己关于开关电源（偏电赛方向）实物设计的专题文章：
浅聊开关电源1：大学生电赛（电源类）之BUCK电路（PCB设计，STM32F4xx程序与Simulink仿真）_电赛学什么类型的stm32单片机-CSDN博客
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标签：仿真,输出,Siumlink,逆变,谐波,电路,电压,相角,相电压 From： https://blog.csdn.net/xjtuymh/article/details/140315104