三相逆變器Matlab仿真

1、可編輯修改WORD版本可編輯修改WORD版本 4/4可編輯修改WORD版本三相逆變器matlab仿真 三相無源逆變器的構(gòu)建及其MATLAB仿真1逆變器 1.1逆變器的概念 逆變器也稱逆變電源，是一種可將直流電變換為一定頻率下交流電的裝置。相對于整流器將交流電轉(zhuǎn)換為固定電壓下的直流電而言，逆變器可把直流電變換成頻率、電壓固定或可調(diào)的交流電，稱為DC-AC變換。這是與整流相反的變換，因而稱為逆變。 1.3逆變器的分類 現(xiàn)代逆變技術(shù)的種類很多，可以按照不同的形式進行分類。其主要的分類方式如下： 1)按逆變器輸出的相數(shù)，可分為單相逆變、三相逆變和多相逆變。 2)按逆變器輸出能量的去向，可分為有源逆變和

2、無源逆變。 3)按逆變主電路的形式，可分為單端式、推挽式、半橋式和全橋式逆變。 4). 2 三相逆變電路 三相逆變電路，是將直流電轉(zhuǎn)換為頻率相同、振幅相等、相位依次互差為120交流電的一種逆變網(wǎng)絡(luò)。 圖 1 三相逆變電路 日常生活中使用的電源大都為單相交流電，而在工業(yè)生產(chǎn)中，由于諸多電力能量特殊要求的電氣設(shè)備均需要使用三相交流電，例如三相電動機。隨著科技的日新月異，很多設(shè)備業(yè)已小型化，許多原來工廠中使用的大型三相電氣設(shè)備都被改進為體積小、耗能低且便于攜帶的小型設(shè)備。盡管這些設(shè)備外形發(fā)生了很大的變化，其使用的電源類型三相交流電卻始終無法被取代。在一些條件苛刻的環(huán)境下，電力的儲能形式可能只有直流電

3、，如若在這樣的環(huán)境下使用三相交流電設(shè)備，就要求將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)樘囟ㄒ蟮娜嘟涣麟娨怨┦褂?。這就催生了三相逆變器的產(chǎn)生。 4MATLAB仿真 Matlab軟件作為教學(xué)、科研和工程設(shè)計的重要方針工具，已成為首屈一指的計算機仿真平臺。該軟件的應(yīng)用可以解決電機電器自動化領(lǐng)域的諸多問題。利用其中的Simulink模塊可以完成對三相無源電壓型SPWM逆變器的仿真，并通過仿真獲取逆變器的一些特性圖等數(shù)據(jù)。 圖 2 系統(tǒng)Simulink 仿真 所示為一套利用三相逆變器進行供電的系統(tǒng)的Matlab仿真。系統(tǒng)由一個380v的直流電源供電，經(jīng)過三相整流橋整流為三相交流電,并進行SPWM正弦脈寬調(diào)制。輸出經(jīng)過一個三相

4、變壓器隔離后通入一個三相的RLC負(fù)載模塊（Three phase parallel RLC）。加入了兩個電壓測量單元voltage measurement和voltage measurement1，并將結(jié)果輸出到示波器模塊Scope1. 4.1 仿真中的各個模塊及其參數(shù)設(shè)定 1)整流橋 圖 3 通用三相整流橋模塊 其中Number of bridge arms（橋臂個數(shù)）為3，Power Electronic device（電力電子器件）選用IGBT/Diodes（晶閘管）。 2)SPWM脈沖信號發(fā)生器模塊 圖 4 SPWM脈沖發(fā)生器 圖4為為控制通用三相整流橋產(chǎn)生SPWM的脈沖信號發(fā)生器，使

5、用的是Matlab中的Discrete PWM Generator模塊。該模塊的作用即為為產(chǎn)生PWM而用以控制IGBTs等電橋的脈沖信號。為該模塊的參數(shù)設(shè)置，在Generator mode選項中選擇3-arms bridge(6 pulse),既三橋臂共需要六個脈沖信號用以控制如錯誤!未找到引用源。中所示的六個電子管。Carrier frequency為載波頻率，該頻率的大小決定了一個周期內(nèi)SPWM脈沖的密度Frequency of output voltage是輸出電壓的頻率，此處設(shè)置為國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的50Hz。 3)其他模塊 為模擬真實供電效果，在仿真系統(tǒng)中，整流橋輸出的電壓通入一個三相變壓器后

6、接入一個三相的RLC負(fù)載模塊。三相變壓器的原邊為三角形繞組，副邊為星型繞組。負(fù)載標(biāo)稱電壓：220v，標(biāo)稱頻率50Hz，有功功率：1000W，電感無功功率：0W，電容無功功率：500W。 圖 5 變壓器及負(fù)載模塊 4.2 仿真特性分析 在仿真中，在整流橋的輸出和變壓器的輸出加上了電壓測量模塊，并將測量顯示在了一個示波器模塊上。仿真時間設(shè)定為0.1s。如圖6所示便是仿真后的輸出結(jié)果，上部分為整流橋的輸出波形，下部分為變壓器副邊的電壓波形 圖 6 示波器輸出波形 將示波器的橫軸時間設(shè)定為0.01s后的圖形如下： 圖7 0.03s內(nèi)的波形圖 觀察波形可知，沒半個周期輸出的脈沖數(shù)為21個。 4.2.1載

7、波頻率與輸出電壓頻率改變對波形的影響 1.將Discrete PWM Generator模塊中的載波頻率有原來的1080Hz提高至2160Hz。所得波形如 圖8所示。 圖8 載波頻率為2160Hz時的波形圖1 可以清楚的觀察到，PWM脈沖密度加大，正弦波形較原來更加光滑。放大后的波形圖如下： 圖9 載波頻率為2160Hz 觀察圖形可知，沒半個周期內(nèi)的脈沖個數(shù)為43個。 由兩個仿真結(jié)果可見，載波頻率直接影響了波形的光滑度，載波頻率越大波紋越小仿正弦效果 越好。但也應(yīng)注意到頻率過高有可能對整流橋器件產(chǎn)生影響，所以也不能過于高。 2.載波頻率為1080Hz，將輸出電壓的頻率提高為100Hz后： 圖1

8、0 輸出電壓為100Hz 載波頻率1080 圖11 放大圖輸出電壓為100Hz 觀察波形，沒半個周期內(nèi)的脈沖個數(shù)為11個。 改變輸出電壓后可以注意到，波紋想對于50Hz時變小了，但由于沒半個周期內(nèi)的脈沖個數(shù)由21個變?yōu)榱?1個，所以仿正弦效果大大下降了，可見如若提高輸出電壓的頻率后，不改變載波頻 率，逆變效果會打折扣。 可見，在提高了輸出電壓頻率的同時，成比例的提高載波頻率，便可以使得仿正弦波保持原來的波形質(zhì)量。 4.2.2 改變負(fù)載對輸出的影響 將載波頻率與輸出電壓頻率固定為1080Hz和50Hz。 a)去除負(fù)載后（既變壓器副邊開路）的仿真波形。 圖12 去除負(fù)載后的仿真波形 b)改變負(fù)載有

9、功功率為100W。 圖13 減小負(fù)載有功功率為100W的波形 減小負(fù)載后可以發(fā)現(xiàn)，在系統(tǒng)啟動的初期，波形不穩(wěn)定有很大的震蕩而后期則趨于穩(wěn)定，波形與1000W時相比并無差別。 c)改變負(fù)載有功功率為10KW的波形 圖14 有功功率為10KW時的波形 增加有功功率后，啟動時波形震蕩減小能夠較快進入穩(wěn)態(tài)。 增大容性功率后，波形較之前更為光滑，但啟動時產(chǎn)生了波動，但進入穩(wěn)態(tài)后波形仿制效果更佳理想。 結(jié)論 通過應(yīng)用Matlab軟件，構(gòu)建了一個使用無源型三相逆變電路供電的系統(tǒng)，并進行了仿真。在對獲得的仿真波形分析中，定性地討論了逆變器的兩個主要參數(shù)載波頻率和輸出電壓頻率以及不同負(fù)載對系統(tǒng)仿真結(jié)果的影響。獲得以下結(jié)論： (一)在電壓輸出頻率一定的情況下，載波頻率的大小決定了每個周期內(nèi)的仿正弦脈沖個數(shù)，即 決定了正弦波形的仿制質(zhì)量。