逆變電路的matlab仿真研究畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2025-07-17 03:14 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 由于不用反饋無功功率，都不用導(dǎo)通，逆變器從直流母線中吸收直流電流。當(dāng)逆變器接感性負載時，逆變器將會與母線之間交換無功功率，直流電流脈動頻率是輸出電壓頻率的6倍，而純電阻負載時則沒有脈動。第一步建立主電路的仿真模型。在Simpowersystem的“Electrical Sources”庫中選擇直流電壓源模塊，在對話框中將直流電壓設(shè)置為530V；然后在“Power Electronics”庫中選擇“Universal Bridge”模塊，橋臂數(shù)設(shè)置為3，構(gòu)成三相電路，開關(guān)器件為帶有反并聯(lián)二極管的IGBT；在“Elements”庫中選擇三相串聯(lián)的串聯(lián)RLC支路模塊，在設(shè)置為星形連接，額定電壓為413V、額定頻率50Hz，有功功率為1kW，感性無功功率為100Var，容性無功功率為0；在Simpowersystem的“Sink”庫中選擇“Scope”示波器模塊；在的“Simulink”的“Signal Routing”庫中選擇“Mux”模塊，Mux模塊中的輸入接口設(shè)為6；按照如圖4所示將各模塊連接，這樣就完成了三相方波逆變電路的主電路部分。第二步再來構(gòu)造控制部分。Simulink的“Sources”庫中選擇四個“Pulse Generator”模塊，頻率為50Hz，占空比為50%。，即相差60176。采用“Mux”模塊將六路信號合成后加在門極上。第三步完成波形觀測及分析部分。利用“Measurements”庫中的“Multimeter”模塊并且將負載的測量量設(shè)置為電流和電壓即可觀察逆變器的輸出相電壓、相電流和線電壓。通過串聯(lián)的電流表就可以觀察直流電流的波形。最終的仿真模型如圖6所示。 圖 6 三相方波逆變電路仿真模型利用Simpowersystem中的“powergui”，可對所得波形進行FFT分析。MATLAB提供的powergui模塊有很多種功能，在此次分析研究中主要用到powergui的FFT的分析功能的用法，仿真運行前，選擇參數(shù)設(shè)置菜單，在“Date History”中選擇選中數(shù)據(jù)并保存到工作區(qū)的選項。程序運行完成以后，選擇powergui的FFT分析功能，選擇要分析的信號，設(shè)置起始時間，分析的周期數(shù)及基波頻率即可。,選擇ode45的仿真算法，在“powergui”的對話框中選擇離散仿真模式，采樣時間為105s，運行以后點擊示波器即可觀察到相電壓、相電流、線電壓和直流電流波形。如圖7所示為a相電壓、a相電流、a、b間線電壓仿真波形。圖7 三相方波逆變電路波形圖逆變器輸出的相電壓是六階梯波，相電流和直流電流波形與負載有關(guān)。由圖7可知，直流電流波動的頻率是逆變器輸出電壓的6倍。，,與上述數(shù)學(xué)分析數(shù)值相符。從圖8可知，輸出的交流電壓不含3的整數(shù)倍次諧波，只含更高階次的奇次諧波。將顯示模式改為列表后，可觀察到n次諧波幅值為基波幅值的1/n。 圖 8 三相方波逆變電路諧波分析圖4 SPWM逆變電路的仿真研究 單相SPWM逆變電路的仿真研究 單相SPWM逆變電路的數(shù)學(xué)分析 PWM控制就是對脈沖的寬度進行調(diào)制的技術(shù)，即通過對一系列脈沖的寬度進行調(diào)制來得到包括形狀和幅值在內(nèi)的所需要的波形。PWM技術(shù)的理論基礎(chǔ)為面積等效原理，即將形狀不同但沖量相等的窄脈沖加之于具有線性慣性環(huán)節(jié)時，得到的輸出效果基本相同。這里的效果基本相同指輸出輸出響應(yīng)的波形基本相同。若采用正弦波作為PWM調(diào)制波，則稱為正弦脈沖寬度調(diào)制，常簡稱為SPWM，是目前應(yīng)用較多的一種逆變控制技術(shù)。SPWM逆變電路工作原理圖如圖2（a）所示，其主電路與單相方波逆變電路結(jié)構(gòu)完全相同，不同的是其驅(qū)動信號是采用SPWM控制，將寬度變化的窄脈沖作為驅(qū)動信號。PWM控制包括計算法和調(diào)制法SPWM采用頻率為fs的正弦波為調(diào)制波us=Usmsinωstωs=2πfs載波uc是幅值為 Ucm頻率為fc 的三角波。載波信號頻率fc和調(diào)制信號頻率f的比值稱為載波比，可以用p來表示即P=fcfs調(diào)制深度m 定義為正弦調(diào)制信號與三角波載波信號的幅值之間的比值m=UsmUcm 通常采用信號波us 與載波uc 相比較的方法生成PWM信號：當(dāng)us uc 時，功率開關(guān)SS3就會導(dǎo)通，逆變電路交流端輸出電壓u0等于直流電壓源電壓幅值；當(dāng)usuc時,SS4導(dǎo)通， 等于逆變電路交流端輸出電壓u0仍等于直流電壓源電壓幅值只是符號相反。隨著開關(guān)管以載波頻率fc輪番導(dǎo)通，逆變器交流端輸出電壓u0不斷在正負直流電壓幅值之間切換。由于在這種調(diào)制方式下，每個開關(guān)在一個周期內(nèi)輸出電壓的波形都會出現(xiàn)正負兩種電平，因此成為雙極性SPWM調(diào)制。圖9 所示為p=15時的單相全橋雙極性SPWM信號波及載波的基本波形。圖9 雙極性SPWM逆變示意圖工程上通常對SPWM逆變器采用電壓平均值模型來進行輸出基波電壓的計算，當(dāng)載波遠高于輸出電壓基波頻率且調(diào)制深度小于1時，可知基波電壓u1的幅值滿足如下關(guān)系U1m=mUd上述等式是SPWM的一個重要關(guān)系，它表明調(diào)制深度小于1和載波信號頻率遠大于調(diào)制波信號的條件下，SPWM逆變電路輸出電壓的基波幅值隨調(diào)制深度線性變化。因此通過控制調(diào)制信號的頻率和幅值，可方便的調(diào)節(jié)SPWM逆變電路輸出電壓的頻率和幅值。在線性控制區(qū)內(nèi)，調(diào)制深度m等于1時輸出電壓的基波幅值達到最大，即直流電壓源幅值Ud與單相方波逆變器相比，實際上，SPWM并沒有一定要求調(diào)制深度要小于1，調(diào)制深度的增長可以使輸出電壓“鋸齒”減少，基波電壓幅值增大。但是提高調(diào)制深度并不能無限提升直流電壓利用率，而是以方波逆變工作的情況為上限。當(dāng)調(diào)制深度大于1時稱為過調(diào)制。當(dāng)調(diào)制深度趨于無窮大時，電路工作情況實際就是方波逆變的情況。因此，過調(diào)制除了造成直流電壓利用率的有限增加的結(jié)果外，還會導(dǎo)致輸出電壓的低次諧波的大量出現(xiàn)，這與SPWM的初衷是有相當(dāng)部分的矛盾的。因此，過調(diào)制只能是在某些強調(diào)直流電壓利用率并且對諧波畸變要求不高的場合有所應(yīng)用。SPWM逆變電路可以使輸出電壓、輸出電流比方波逆變電路更接近正弦波，但由于使用了載波和調(diào)制波對正弦波進行調(diào)制，故一定會產(chǎn)生和載波有關(guān)的諧波分量。產(chǎn)生諧波分量的頻率和幅值是衡量SPWM逆變電路性能的重要指標(biāo)之一。以載波周期為基礎(chǔ)，再利用貝塞爾函數(shù)便可推導(dǎo)出PWM波的傅里葉級數(shù)表達式。雙極性調(diào)制方式下，單相全橋逆變電路輸出電壓包含的諧波角頻率為nωc177。kωs=np177。kωs其中，n=1,3,5,…，時，k=0,2,4, …；n=2,4,6,…，時，k=1,3,5, …。各次諧波對應(yīng)賦值為4UdnπJkmnπ2式中Jk為k次貝塞爾函數(shù)。SPWM調(diào)制波中含有載波頻率的整數(shù)倍諧波和它附近的諧波。隨著調(diào)制深度的增加，其幅值的相對值逐漸減小，幅值最高并且影響最大的是p次諧波分量。因為n=1時的下邊帶衰減很快，因為這一邊帶輸出電壓中最靠近基波頻率的低次諧波，所以值得考慮的低次諧波大致在p2次。由此可見，載波比越高，也就越容易進行濾波，最低次諧波離基波越遠，因此，提高載波比就會有效改善輸出電壓的質(zhì)量。但載波比的提高首先受制于開關(guān)器件的開關(guān)速度，另外，由于開關(guān)能量損耗等原因，開關(guān)頻率在逆變器的設(shè)計和運行中還會受
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