【正文】 中頻逆變器主電路的設計與仿真 36 參考文獻 【 1】賀益康，潘再平 .電力電子技術 [M].北京 .科學出版社， 2020 【 2】陳伯時 .電力拖動自動控制系統(tǒng) [M].北京 .機械工業(yè)出版社， 2020 【 3】王兆安，劉進軍 .電力電子技術第五版 [M].北京 .機械工業(yè)出版社， 2020 【 4】徐德鴻 .電力電子系統(tǒng)建模及控制 [M].北京。在本次設計中讓我學到了一個設計及論文的過程以及遇到問題要從整到部分一步一步地分析，不能急于求成。 圖 中頻逆變器主電路的設計與仿真 34 圖 本科生畢業(yè) 設計（論文） 35 第 5章 總結與展望 本文對中頻逆變器的主電路的設計與仿真進行了研究，實驗結果達到預期的設計要求及性能指標，取得較好的試驗效果。變壓器原邊電壓仿真結果如圖 412。 （ 6）生成 PWM波，利用三角波與正弦波，設置載波頻率為 25KHz，基波頻率為 400Hz，如圖 42； （ 7）在電力電子模塊中復制一個 powergui模塊，雙擊設置其參數(shù)，雙 中頻逆變器主電路的設計與仿真 28 擊選擇 Configure parameteters, 在 Solver 里面 Simulation type 選擇Discrete,Sample time為 1e6s。 （ DCAC）的建模 （ 1）建立一個新的模型窗口，命名為 XAUT1； （ 2）打開電源模塊組，復制一個直流電源模塊到 XAUT模型中，打開參數(shù)設置對話框，設置電壓值為 220V； （ 3）打開電力電子模塊組，復制一個 IGBT模塊到 XAUT模型窗口中，在復制出 3個； （ 4）在電力電子模塊中復制一個變壓器模塊，參數(shù)設置為 :Units選擇PU,其參數(shù)設置如圖 41： （ 5）在電力電子模塊中復 制一個 RLC模塊，再復制出兩個，分別雙擊選擇 R、 L、 C，并利用前面的公式計算出 RLC參數(shù)值。Tables（函數(shù)和平臺模塊）、 Math（數(shù)學模塊）、 Nonlinear（非線性模塊）、 Signalsamp。Simulink與 MATLAB緊密集成，可以直接訪問 MATLAB大量的工具來進行算法研發(fā)、仿真的分析和可視化、 批處理 腳本 的創(chuàng)建、建模環(huán)境的定制以及信號參數(shù)和測試數(shù)據(jù)的定義。對各種 時變系統(tǒng) ，包括通訊、控制、 信號處理 、視頻 本科生畢業(yè) 設計（論文） 27 處理和 圖像處理系統(tǒng) ， Simulink提供了交互式圖形化環(huán)境和可定制模塊庫來對其進行設計、仿真、執(zhí)行和測試。為了創(chuàng)建 動態(tài)系統(tǒng) 模型， Simulink提供了一個建立模型方塊圖的圖形 用戶接口 (GUI) ，這個創(chuàng)建過程只需單擊和拖動鼠標操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到 系統(tǒng)的仿真結果。 Simulink是 MATLAB中的一種可視化 仿真工具 ， 是一種基 于MATLAB的框圖設計環(huán)境，是實現(xiàn) 動態(tài)系統(tǒng) 建模、仿真和分析的一個 軟件包 ，被廣泛應用于 線性系統(tǒng) 、非線性系統(tǒng)、 數(shù)字控制 及 數(shù)字信號處理 的建模和仿真中。 PSB 的功能非常強大 ,可以用于電路、電力電子系統(tǒng)、電機系統(tǒng)、電力傳輸 等過程的仿真 ,提供了一種類似電路建模的方式進行模型繪制 ,在仿真前自動將其變化成狀態(tài)方程描述的系統(tǒng)形式 ,然后在Simulink 下進行仿真分析。它與用戶的交互接口是基于 Windows 的圖形 (使用方塊圖 ) 編程方法 ,在 Simulink 中加入了許多 Matlab 函數(shù)。近年來 ,它已經發(fā)展成為適合多學科、多種工作平臺的功能強大的大型仿真軟件。 （ 314） （ 315）實際電路中去電感為 ,電容為 50uF。 （ 313） 當輸出電壓基波頻率為 400Hz時，fc通常選在 800~3200Hz。單極性倍頻 SPWM調制下輸出濾 波電感的感值一般由電感電流最大紋波決定，取該值為滿載輸出電流峰值的 15%，即 (310) AUPIOOL %152%15 ???????? 本科生畢業(yè) 設計（論文） 25 設逆變橋輸出脈沖為UAB, d為直流側母線電壓，所以占空比為： （ 311） 電感電流紋波表達式為 ： （ 312）由上式可得，當2UdAB?時 ，電感電流紋波最大 。如圖 36所示。 m系數(shù)表示為 ffCm?? (37) 對于低通濾波器 )(21 ff Cm??? (38)對于高通濾波器 )(21 ffCm ??? (39) 其中， f? 稱為衰減極限頻率。只不過 K型濾波器的元件參數(shù)要乘以系數(shù) m。 在常數(shù) K型濾波器中，串聯(lián)電抗與并聯(lián)電抗之乘積在限定的頻率范圍內保持為常數(shù)。 LC參數(shù)選擇 LC諧振頻率是由 L和 C的乘積 決定的 ,在確定諧振頻率后 ,L和 C的參數(shù)還需分別確定 .具體數(shù)設計除要考慮電抗器和電容器的體積與造價外 ,還要考慮它們對裝置性能的影響 ,這主要包括 LC濾波器逆變器輸出電流影響、濾波電容與變壓器等因素 [19]。濾波器的性能主要由 L和 C之間的諧振頻率 fC決定 ,諧振頻率為 LCf C ?2 1? (34) 為了使電壓更接近正弦同時又不會引起諧振問題 ,諧振頻率必須要遠小 PWM電壓中所含有的最低次諧 波頻率 ,同時又要遠大于基波頻率。 圖 34 全橋整流 LC濾波電路 本科生畢業(yè) 設計（論文） 23 圖 35 等效電路 LC濾波器由濾波電抗 L和濾波電容 C構成。 否則便是非連續(xù)的。因此可用理想電壓源置換整流電路后再做分析 , 得到圖 35所示的用于判斷電感電流連續(xù)性的等效電路。 二極管全波整流 LC濾波電路如圖 34所示。 插入損失實在濾波器通頻帶內信號通路所造成的損失。 濾波器截止頻率 fC是指在頻率特性曲線峰值以下 半功率點的對應頻率，即在峰值電壓 %處，功率下降至最大功率的 50%。 中頻逆變器主電路的設計與仿真 22 按濾波器的電抗元件結構區(qū)分，有 T、 L、 π型濾波器。它可以選擇某一頻率或一組頻率的信號通過濾波器電路，而阻止或衰減其它頻率的信號。為得 到近乎平坦的高質量直流電壓，在整流電路和負載之間往往加入電容濾波或電感電容 (LC)濾波電路 [1][3]。 由式 19計算得到的互感磁通 ?m應該相等 , 由此可以得到原副邊繞組回路方程平衡為 0)()( 22222101111110 ?????? ?? dtdtddtdtd iLiruniLiru tBt (32) 對于變壓器勵磁涌流情況 , 其 2次側電流為零 ,即 0)( 2101111110 ???? ?? dtdtdtd uniLiru tBt (33) 式中 : NNnB 21? 為變壓器原、副邊的變比 [11]。 N N2為原、副邊繞組的匝數(shù) 。 i1 、 i2 為原、副邊繞組的電流 。同時隨著勵磁涌流制動判據(jù)越來越復雜 , 差動保護動作的快速特性在用于變壓器保護時己逐步喪失。應用小波變換、人工神經網絡以及模糊技術的勵磁涌流識別方法提取了更多的勵磁涌流特征信息 , 促進了變壓器差動保護勵磁涌流識別技術的發(fā)展。而且隨著大型變壓器鐵心飽和磁通的下降 , 使得勵磁涌流的二次諧波含量降低。 目前實際運行中的變壓器差動保護識別變壓器勵磁涌流的方法主要是利用勵磁涌流波形特征 ,包括二次諧波制動原理、間斷角原理、波形對稱原理等 , 其中二次諧波制動原理應用最為廣泛。 b. 開通波形 c. 關斷波形 圖 變壓器 電力變壓器是電力系統(tǒng)中的重要輸變電設備 ,差動保護一直是電力變壓器的主保護 , 其理論根據(jù)是基爾霍夫電流定律。通過以上分析可知 , 對 IGBT開通關斷過程影響較大的因素是驅動電路的阻抗、 Le 和 Cgc。 t0 時刻柵極驅動電壓開始下降 , 到 t1時刻達到剛能維持 Ic的水平 , IGBT進入線性工作區(qū) ,Uce 開始上升 , 對 Cgc、 Cge 充電 , 由于對兩個寄生電容的耦合充電作用 , 使得在 t1～ t2 期間 ,Uge 基本不變。直到t3 時刻 , Uce 降為 0,Ic 達到穩(wěn)態(tài)值 , Uge 才以較快的上升率達到最大值。 二是柵極 集電極電容 Cgc 的密勒效應。到 t1 時刻 , Uge 達到柵極門檻值 (約 4～ 5V), 集電極電流開始上 本科生畢業(yè) 設計（論文） 19 升。 IGBT 開通波形見圖 32b。 E 是驅動信號源 , R 是驅動電路內阻 , Rg 為柵極串聯(lián)電阻。但 IGBT 的柵極與發(fā)射極之間、柵極與集電極之間存在著結間電容 , 在它的射極回路中存在著漏電感 , 由于這些分布參數(shù)的影響 , 使得 IGBT 的驅動波形與理想驅動波形產生較大的變化 , 并產生不利于 IGBT 開通和關斷的因素。針對上述兩點不足 , 從驅動的角度出發(fā) , 設計的驅動電路必須滿足四路驅動的波形完全對稱 , 嚴格限制最大工作脈寬 , 保證死區(qū)時間足夠 [16]。 橋式電路的另一缺點是容易產生直通現(xiàn)象。此時 , 變壓器內的磁心會在某半周積累剩磁 , 出現(xiàn)“單向偏磁”現(xiàn)象 , 經過幾個脈沖 , 就可以使變壓器單向磁通達到飽和 , 變壓器失去作用 ,等效成短路狀態(tài) [1]。正常工作情況下 , 功率開關器件在工作前半周與后半周導通脈寬相等 , 飽和壓降相等 , 前后半周交替通斷 , 變壓器