三相電壓型SPWM逆變器的仿真

1、word三相電壓型SPWM逆變器的仿真摘要：利用Matlab軟件中的Simulink和Power System Blochset建立以KBT為開關(guān)器件具有數(shù)字PI調(diào)壓功能的SPWM電壓型逆變電源及三相異步電動(dòng)機(jī)的仿真模型，并利用傅里葉變換FFT分析工具對(duì)其輸出電壓進(jìn)行諧波分析。對(duì)SPWM電壓型逆變器及三相異步電動(dòng)機(jī)組成的調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了整體仿真研究。本文的仿真方法為變頻調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)值仿真提供了新的途徑。關(guān)鍵詞：SPWM電壓型逆變器；三相異步電動(dòng)機(jī);仿真；一、概述近年來，隨著大功率全控型電力電子器件的開發(fā)成功和應(yīng)用技術(shù)的不斷成熟，電能變換技術(shù)出現(xiàn)了突破性的進(jìn)展，在一些領(lǐng)域中，已經(jīng)開始應(yīng)用各種新型逆

2、變器電源，其中，也包括電動(dòng)機(jī)。但是由于像逆變電源之類大功率電力電子裝置的結(jié)果復(fù)雜，如果直接對(duì)其進(jìn)行試驗(yàn)，不但花費(fèi)高，且費(fèi)時(shí)費(fèi)力，故在對(duì)它們的研制過程中，需要借助計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)對(duì)其機(jī)理與特性、控制方法的有效性進(jìn)行驗(yàn)證，以預(yù)測并解決潛在問題，同時(shí)，縮短了研制時(shí)間和研制費(fèi)用。Matlab軟件具有強(qiáng)大的數(shù)值計(jì)算功能，本文利用Matlab軟件中的Simulink和Power System Blochset建立位一個(gè)三相電壓型SPWM逆變電源建立系統(tǒng)仿真模型，并對(duì)其輸出特性進(jìn)行仿真分析。二、工作原理三相電壓型SPWM逆變電源系統(tǒng)的原理，如圖1所示。它的主要功能是將直流電壓變換成交流電壓，采用SPWM控制策

3、略，調(diào)壓控制器采用數(shù)字式PI控制，實(shí)時(shí)地調(diào)節(jié)逆變輸出電壓的幅值，以滿足實(shí)際的要求。系統(tǒng)的主回路選擇IGBT作為開關(guān)器件，為了減少輸出電壓的諧波，逆變電源輸出接有串聯(lián)諧振濾波電路。逆變電源最重要的特性就是輸出電壓大小可控和輸出電壓波形質(zhì)量好，所以，在各種應(yīng)用中，對(duì)逆變電源的輸出有嚴(yán)格要求，除要求頻率可變、電壓可調(diào)外，還要求電壓基波含量盡可能多，諧波含量盡可能少。一般開關(guān)電路只能輸出正、負(fù)矩形波電壓，其中，含有大量的諧波，為了獲得正弦波輸出，可以采用LC濾波器。但是，對(duì)于低階次的諧波濾波器，LC濾波器的代價(jià)太大，并不適用對(duì)于中功率和小功率的逆變電源，采用每半個(gè)周期中多個(gè)脈沖的SPWM控制，既然調(diào)節(jié)

4、輸出電壓的大小、又能消除一些低次諧波，在本次的仿真模型中，將LC濾波器和SPWM控制結(jié)合，以獲得質(zhì)量較好的波形。三、系統(tǒng)仿真模型的建立利用Matlab軟件中的Simulink和Power System Blochset構(gòu)建三相SPWM逆變電源的電路模型，如圖2所示。 這一系統(tǒng)是由AC-DC和DC-AC兩局部組成，60HZ的交流電通過整流器送到逆變器，再由逆變器的輸出經(jīng)過LC濾波器供電給一個(gè)交流負(fù)載6路IGBT模塊選用PSB庫的子庫Power Electronics中的Universal Brioge模型，只需把Universal Brioge屬性Power Electronics Device

5、改為IGBT/D DDE即可。其他的參數(shù)可以根據(jù)自己的實(shí)際需要來設(shè)置。模型中關(guān)鍵點(diǎn)的局部就是電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，模型如圖3所示。 電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)的功能是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的閉環(huán)控制，采用數(shù)字PI控制策略，數(shù)字PI的輸入信號(hào)是主電路輸出電壓的取樣信號(hào)，此信號(hào)是從利用PSB庫的子庫Extra Library中的Measukment子庫中下載的3-phase VIMersurement模型的電壓測量端取得，由于所仿真的電路是三相逆變電源，實(shí)時(shí)地調(diào)節(jié)輸出電壓值，應(yīng)考慮同時(shí)取樣三相電壓信號(hào)，通過一定的運(yùn)算，把它轉(zhuǎn)化為一維或二維的信號(hào)，降低所要處理信號(hào)的復(fù)雜性，同時(shí)又不會(huì)喪失固有的特征信息，轉(zhuǎn)化后的信號(hào)與參考信號(hào)比擬并進(jìn)行

6、數(shù)字PI調(diào)節(jié)，最后把數(shù)字PI輸出的信號(hào)復(fù)原成PWM的控制信號(hào)。本模型采用派克坐標(biāo)變換方法，把三相正弦信號(hào)轉(zhuǎn)化為dqo坐標(biāo)的信號(hào)，變換后的信號(hào)送入PI模塊，進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，經(jīng)PI調(diào)節(jié)后，信號(hào)復(fù)原成三相PWM控制信號(hào)。 SPWM信號(hào)發(fā)生器采用Matlab/PSB/Extra/Discrele ControlBlock中的離散PWM發(fā)生器，調(diào)制信號(hào)選擇外部調(diào)制方式，三相LC濾波器是由三相電感和電容組合封裝成的一個(gè)模塊，如圖4所示。此系統(tǒng)設(shè)置仿真參數(shù)，采用的是數(shù)字PI控制策略，所以，閉環(huán)控制局部是離散系統(tǒng)，但是，開環(huán)主電路卻是連續(xù)系統(tǒng)，因此，整個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)離散和連續(xù)系統(tǒng)的混合體，仿真時(shí)，步長不能選擇變步

7、長的仿真，而只能選擇固定步長的參數(shù)。啟動(dòng)仿真，在示波器上，可以看到3個(gè)電壓波形，如圖5所示。(1)整流器輸出的直流電壓 Vdc; (2)逆變電源輸出的線電壓Vab-inv; (3)加在負(fù)載上的線電壓Vab-bad 從波形圖上可以看出，負(fù)載電壓非常接近正弦波，這是由于LC濾波器大大減少了逆變電源輸出電壓的諧波。為了對(duì)輸出特性進(jìn)行分析，在仿真結(jié)束后，利用快速傅里葉變換FFT對(duì)上述3個(gè)電壓波形的諧波成分進(jìn)行分析，它們各次諧波含量如圖6所示。從諧波含量上看，輸出電壓通過LC濾波以后，濾波了許多屢次諧波。五、結(jié)束語本文利用Matlab軟件中Simulink和Power System Blochset提供的根本模塊，建立了具有數(shù)字PI調(diào)壓控制功能的三相SPWM逆變電源仿真模型，仿真實(shí)例結(jié)果說明該仿真模型準(zhǔn)確性，它完全可用于定量地分析計(jì)算逆變電源的輸出特性。本仿真模型和仿真方式i，也適用于其他電力電子線路。參考文獻(xiàn)：1洪乃剛.電力電子、電機(jī)控制系統(tǒng)的建模和仿真【M】.北京：機(jī)械工業(yè)出版社2王云亮，周淵