【正文】 s、IGBT/Diodes、理想開關(guān)。在本次仿真中選擇的是 IGBT/Diodes。 5）Ron：器件內(nèi)阻 6）Forward voltages【Device Vf，Diode Vfd】：器件導(dǎo)通壓降 7） 【Tf（s） Tt(s)】：器件關(guān)斷的時間 8）Measurements：是否進(jìn)行電氣測量(5) ThreePhaseVI Measurement；三相的 V I 測量，這是測量三相交流電的相電壓與相電流其圖標(biāo)與參數(shù)設(shè)置對話框如圖 （a）和（b）所示。（a）河北機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）26（b）圖 VI測量符號及參數(shù)設(shè)置對話框（6）ThreePhaseSeries RLC Load：三相RLC串聯(lián)負(fù)載，它是由電阻、電感、電容串聯(lián)而成的，其著負(fù)載的作用，在仿真圖中它代表三相異步電動機(jī)，其圖標(biāo)及參數(shù)設(shè)置（a）和（b）所示。（a）（b）圖 RLC串聯(lián)負(fù)載符號及參數(shù)對話框河北機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）27參數(shù)設(shè)置如下所述。1)Configuration：連接方式，在本次仿真中選擇的是 Y（grounded）星型連接。2）Nominal phasetophase voltage Vn（Vrms）：額定電壓，設(shè)為 413V3）Nominal frequency fn（Hz）：額定頻率，設(shè)為 50Hz4）Active power P（W）：有功功率，設(shè)為 1000W5）Inductive reactive power QL（positive var）：感性無功，設(shè)為 100Var6）Inductive reactive powe QC（negative var）：容性無功，設(shè)為 0（7）powergui：用于電路和系統(tǒng)分析的工具，其模塊的外形封裝形式和屬性對話框（a）、（b）所示。（a）圖 河北機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）28（b）圖 在此只介紹所用到的幾個模塊。1）Discretize electrical model：離散化電氣模型，如果選擇此項，電力系統(tǒng)模塊將在離散化的模型下進(jìn)行仿真分析和計算，其采樣時間由采樣時間（Sample time）參數(shù)項給定。2）Sample time：采樣時間，如果選擇此項，用于指定電路中線性部分的狀態(tài)空間矩陣，被離散化的采樣時間。設(shè)定“采樣時間”參數(shù)為宜個比 0 大的值。3）FFT Analysis：快速傅里葉分析，可以方便對仿真系統(tǒng)中的一些重要變量進(jìn)行傅里葉分析，其窗口如圖 所示圖 Powergui模塊的 FFT分析窗口其參數(shù)含義為。Structure（結(jié)構(gòu)）：列出呈現(xiàn)在工作空間的時間結(jié)構(gòu)變量（是由示波器模塊設(shè)定置）Input（輸入）：選擇“Structure”參數(shù)選項中被選為時間結(jié)構(gòu)變量，作為輸入信號。當(dāng)存在多個輸入的時間結(jié)構(gòu)變量時，可以由一個多輸入示波器模塊產(chǎn)生。Signal Number（信號編號）：指定“輸入（Input） ”參數(shù)選項中被選為輸入信號的編號。Start Time（起始時間）：指定快速傅里葉分析的起始時間number of cycles（周期數(shù)）：指定快速傅里葉分析的周期數(shù)河北機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）29Display FFT window（顯示 FFT 結(jié)果的窗口）：當(dāng)選擇“顯示全部信號（Display entire signal） ”選項時，表示要顯示窗口圖標(biāo)中的全部被選信號；當(dāng)選擇“顯示 FFT 窗口（Display FFT window） ”選項時，表示僅僅顯示應(yīng)用 FFT 分析的信號部分。Fundamental frequency（基波頻率）：指定 FFT 分析的基波頻率Max Frequency（最大頻率）：指定 FFT 分析的最大頻率Frequency Axis（頻率坐標(biāo)軸）：當(dāng)選擇“赫茲（Hz） ”選項時，則表示以 Hz 來顯示 FFT 分析結(jié)果；當(dāng)選擇“諧波次序（Harmonic order） ”選項時，則表示以相對于基波頻率的諧波次序來顯示 FFT，分析結(jié)果Display style（顯示類型）：選擇“bar（relative to Fund。or DC） ”選項時，將使 FFT 分析結(jié)果被顯示為相對于基波頻率量或者直流量而言的條線圖。當(dāng)選擇“bar（relative to specified base） ”選項時，將使 FFT 分析結(jié)果被顯示為相對于某特定的基準(zhǔn)頻率的條線圖；該選項中的特定基準(zhǔn)頻率，是由“基準(zhǔn)值（Base value） ”參數(shù)選項來決定的。當(dāng)選擇“l(fā)ist（relative to Fund。or DC） ”選項時，將使 FFT 分析結(jié)果，被顯示為相對于基波頻率量或者直流量而言的脈沖序列。當(dāng)選擇“l(fā)ist（relative to specified Ease） ”選項時，將使 FFT 分析結(jié)果，被顯示為對于某特定基準(zhǔn)頻率的脈沖序列，這個特定的基準(zhǔn)頻率，是由“基準(zhǔn)值（Base value） ”參數(shù)選項來決定的。1Base value（基準(zhǔn)值）：指定所有顯示諧波的基準(zhǔn)頻率值1Disply（顯示）：顯示所選測量量的快速傅里葉分析結(jié)果（8）DiscretePWM Generator：離散PWM發(fā)生器，是為GTO、IGBT等自關(guān)斷器件提供門極驅(qū)動PWM信號。（a）、（b）所示。（a）圖 離散 PWM發(fā)生器符號及參數(shù)設(shè)置對話框河北機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）30（b）圖 離散 PWM發(fā)生器符號及參數(shù)設(shè)置對話框其參數(shù)設(shè)置如下所示1）Generator Mode：發(fā)生器模式，2）Carrier frequency：SPWM 的三角載波頻率，單位為 Hz3）Internal generation of modulating singnal：是否選用內(nèi)部調(diào)制信號，如果不選中，則門極信號端口需接外部的控制信號，外接信號數(shù)目應(yīng)該和變流器的開關(guān)數(shù)目相對應(yīng)，幾個驅(qū)動信號組成一個向量接入變流器；如果選中該項，則在該對話框中自定義調(diào)制波的幅度和頻率，即需要對以下參數(shù)進(jìn)行設(shè)置；Modulation index（0M1）：調(diào)制度，即調(diào)制波基波的最大值。其大小應(yīng)在 0與 1 之間。因為 DiscretePWM Generator 的三角載波幅值為 1Frequency of output volatage：調(diào)制波基波頻率Phase of output voltage：調(diào)制波基波相位，單位為度（9）Discrete SV PWMGenerator：離散希沃特的 PWM 發(fā)生器，在仿真中的作用是產(chǎn)生 SVPWM 方式的控制脈沖觸發(fā)通用橋式的門極，其圖標(biāo)集參數(shù)設(shè)置對話框圖 （a）、（b）所示。（a）河北機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）31（b）圖 離散希沃特的 PWM發(fā)生器符號及其參數(shù)設(shè)置對話框參數(shù)設(shè)置1）data type of input reference vector：脈沖發(fā)生模式，在對話框中選擇“Internally generated”，即內(nèi)部發(fā)生模式，此外還有兩種外部信號指令模式。分別輸入電壓空間矢量的 軸分量或其幅值、角度。選擇內(nèi)部發(fā)生模式后，可在后面的選項中??填寫開關(guān)頻率、調(diào)制深度、相位、基波頻率等信息。此外的調(diào)制深度仍然在 0 和 1 之間。當(dāng)取為 1 時表示輸出線性調(diào)制去的最大電壓。2）Chopping frequency：開關(guān)頻率3）Output voltage【Mag（0,M1） phase（deg） freq（Hz） 】：調(diào)制深度、相位、基波頻率（10）Scope：示波器，其作用是測量器件輸出電壓、電流的波形，示意圖如圖（a）所示，（b）所示，（a）河北機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）32（b）圖 示波器示意圖及波形觀測窗口圖 具體參數(shù)設(shè)置如下所述：點擊示波器的波形觀測窗口，打開 parameters，改變number of axes 的數(shù)值就可改變示波器的觀測對象 基于 SPWM的逆變器仿真SPWM 控制信號由“Discrete PWM Generator”產(chǎn)生，三相負(fù)載的有功為 1KW，感性無功為 500Var，額定電壓為 413V，額定功率為 50HZ，直流電源的幅值為 530V。其仿真圖如圖 所示河北機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）33圖 三相 SPWM 逆變器的仿真模型調(diào)制深度 m 設(shè)為 1，輸出基波頻率設(shè)為 50Hz，載波頻率為基頻的 30 倍，即 1500Hz將仿真時間設(shè)為 ，在 powergui 中設(shè)置為離散仿真模式采樣時間為 ，運行后得仿真結(jié)果，相電流如圖 （a）所示，A 相電壓、A 相電流、AB 間線電壓和直流電流波形如圖 （b）所示。（a）圖 相電壓、A 相電壓、B 相電流、AB 間線電壓和直流電流河北機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）34（b） 圖 相電壓、A 相電壓、B 相電流、AB 間線電壓和直流電流打開 powergui 中的 FFT 分析欄，對波形進(jìn)行 FFT 分析，分析其諧波含量，F(xiàn)FT 分析結(jié)果如圖 所示。河北機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）35圖 三相 spwm逆變器 m=1時的載波頻率為基頻的 30倍和諧波分析圖從仿真波形圖和諧波分析圖中可以看出當(dāng) m=1 時，輸出線電壓的幅值為 459/530，諧波分布主要在開關(guān)頻率的倍數(shù)處，其中開關(guān)頻率處含量較大，低次諧波含量較大。 電壓空間矢量 SVPWMSVPWM 控制信號由 “Discrete SV PWM Generator“模塊生產(chǎn)。三相負(fù)載的有功為1KW，感性無功為 500Var，額定電壓為 413V，額定功率為 50HZ，直流電源的幅值為530V。其仿真圖如圖 所示。河北機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）36圖 調(diào)制深度 m 設(shè)為 1，輸出基波頻率設(shè)為 50Hz，載波頻率為基頻的 30 倍，即 1500Hz。將仿真時間設(shè)為 ，在 powergui 中設(shè)置為離散仿真模式采樣時間為 ，運行后得仿真結(jié)果，相電流如圖 （a）所示，A 相電壓、A 相電流、AB 間線電壓和直流電流波形如圖 （b）所示。（a）圖 相電壓、A 相電壓、B 相電流、AB 間線電壓和直流電流河北機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）37（b）圖 相電壓、A 相電壓、B 相電流、AB 間線電壓和直流電流打開 powergui 中的 FFT 分析欄，對波形進(jìn)行 FFT 分析，分析其諧波含量，F(xiàn)FT 分析結(jié)果如圖 所示。河北機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）38圖 m=1時的諧波分析圖從仿真波形圖和諧波分析圖中可以看出，當(dāng)調(diào)制深度 m=1 時，輸出線電壓的幅值為530V，即直流電壓，說明直流電壓利用率達(dá)到了 100%，諧波分布主要在開關(guān)頻率的倍數(shù)處，其中開關(guān)頻率處含量較大。高次諧波大于低次諧波。 比較圖 和圖 不難看出：SVPWM 較 SPWM 的直流電壓利用率高，THD 較小，低次諧波較少。 減少低次諧波的方案 增加開關(guān)頻率以 SPWM 逆變器控制為例，三相負(fù)載的有功為 1KW，感性無功為 500Var，額定電壓為413V，額定功率為 50HZ，直流電源的幅值為 530V。調(diào)制深度 m 設(shè)為 1，輸出基波頻率設(shè)為 50Hz，載波頻率設(shè)為基頻的 300 倍，即15000Hz 將仿真時間設(shè)為 ，在 powergui 中設(shè)置為離散仿真模式采樣時間為，運行后得仿真結(jié)果，A 相電壓、A 相電流、AB 間線電壓和直流電流波形如圖（a）所示，相電流如圖 （b）所示。河北機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）39（a）圖 相電壓、A 相電壓、B 相電流、AB 間線電壓和直流電流河北機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）40（b）圖 相電壓、A 相電壓、B 相電流、AB 間線電壓和直流電流打開 powergui 中的 FFT 分析欄，對波形進(jìn)行 FFT 分析，分析其諧波含量，F(xiàn)FT 分析結(jié)果如圖 所示。圖 SPWM當(dāng) m=1載波頻率為基頻的 300倍時諧波分析圖從仿真波形圖和諧波分析圖中可以看出當(dāng) m=1 時，輸出線電壓的幅值為 ，諧波分布主要在開關(guān)頻率的倍數(shù)處，其中開關(guān)頻率處含量較大，低次諧波遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于高次諧波。對比圖 和圖 可知若進(jìn)一步提高開關(guān)頻率，則電流波形更加近似于正弦波，河北機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）41THD 減小，減少低次諧波。 加入濾波電抗以基于 SPWM 的逆變器控制為例，SPWM 控制信號由“Discrete PWM Generator”產(chǎn)生，三相負(fù)載的有功為 1KW，感性無功為 500Var，額定電壓為 413V，額定功率為 50HZ，直流電源的幅值為 530V，在通用橋式電路與負(fù)載之間加入濾波電抗為 。其仿真圖如圖 所示。圖 SPWM逆變器的仿真模型調(diào)制深度 m 設(shè)為 1，輸出基波頻率設(shè)為 50Hz，載波頻率為基頻的 30 倍，即 1500Hz 將仿真時間設(shè)為 ，在 powergui 中設(shè)置為離散仿真模式采樣時間為 ，運行后得仿真結(jié)果，相電流如圖 （b）所示，A 相電壓、A 相電流、AB 間線電壓和直流電流波形如圖 （a）所示。仿真結(jié)束后，打開 powergui 中的 FFT 分析欄，對波形進(jìn)行 FFT 分析，分析其諧波含量，F(xiàn)FT 分析結(jié)果如圖 所示。河北機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）42（a）圖 相電壓、A 相電壓、B 相電流、AB 間線電壓和直流電流河北機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）43（b）