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1、实用标准文案 文档大全 三相无源逆变器的构建及其MATLAB仿真 1 逆变器 1.1 逆变器的概念 逆变器也称逆变电源，是一种可将直流电变换为一定频率下交流电的装置。相对于整流器将交 流电转换为固定电压下的直流电而言，逆变器可把直流电变换成频率、电压固定或可调的交流电， 称为 DC-AC 变换。这是与整流相反的变换，因而称为逆变。 1.3 逆变器的分类 现代逆变技术的种类很多，可以按照不同的形式进行分类。其主要的分类方式如下： 1) 按逆变器输出的相数，可分为单相逆变、三相逆变和多相逆变。 2) 按逆变器输出能量的去向，可分为有源逆变和无源逆变。 3) 按逆变主电路的形式，可分为单端式、推挽式
2、、半桥式和全桥式逆变。 4) . 2 三相逆变电路 三相逆变电路，是将直流电转换为频率相同、振幅相等、相位依次互差为120 交流电的一种逆 变网络。 图 1 三相逆变电路 实用标准文案 文档大全 日常生活中使用的电源大都为单相交流电，而在工业生产中，由于诸多电力能量特殊要求的电 气设备均需要使用三相交流电，例如三相电动机。随着科技的日新月异，很多设备业已小型化，许 多原来工厂中使用的大型三相电气设备都被改进为体积小、耗能低且便于携带的小型设备。尽管这 些设备外形发生了很大的变化，其使用的电源类型三相交流电却始终无法被取代。在一些条件 苛刻的环境下，电力的储能形式可能只有直流电，如若在这样的环境
3、下使用三相交流电设备，就要 求将直流电转变为特定要求的三相交流电以供使用。这就催生了三相逆变器的产生。 4 MATLAB 仿真 Matlab 软件作为教学、科研和工程设计的重要方针工具，已成为首屈一指的计算机仿真平台。 该软件的应用可以解决电机电器自动化领域的诸多问题。利用其中的Simulink 模块可以完成对三相 无源电压型SPWM 逆变器的仿真，并通过仿真获取逆变器的一些特性图等数据。 图 2 系统 Simulink 仿真 所示为一套利用三相逆变器进行供电的系统的Matlab 仿真。 系统由一个380v 的直流电源供电， 经过三相整流桥整流为三相交流电,并进行SPWM 正弦脉宽调制。输出经
4、过一个三相变压器隔离后 通入一个三相的RLC负载模块（Three phase parallel RLC） 。加入了两个电压测量单元voltage measurement 和 voltage measurement1，并将结果输出到示波器模块Scope1. 实用标准文案 文档大全 4.1 仿真中的各个模块及其参数设定 1) 整流桥 图 3 通用三相整流桥模块 其中 Number of bridge arms（桥臂个数）为3， Power Electronic device（电力电子器件）选用 IGBT/Diodes （晶闸管）。 2) SPWM 脉冲信号发生器模块 图 4 SPWM脉冲发生器 图
5、 4 为为控制通用三相整流桥产生SPWM 的脉冲信号发生器，使用的是Matlab 中的 Discrete PWM Generator 模块。该模块的作用即为为产生PWM 而用以控制IGBTs 等电桥的脉冲信号。为该 模块的参数设置， 在 Generator mode 选项中选择3-arms bridge(6 pulse),既三桥臂共需要六个脉冲信号 用以控制如 错误！未找到引用源。中所示的六个电子管。Carrier frequency 为载波频率，该频率的大 小决定了一个周期内SPWM 脉冲的密度Frequency of output voltage 是输出电压的频率，此处设置为 国内标准的5
6、0Hz。 3) 其他模块 为模拟真实供电效果，在仿真系统中，整流桥输出的电压通入一个三相变压器后接入一个三相 的 RLC 负载模块。三相变压器的原边为三角形绕组，副边为星型绕组。负载标称电压：220v，标称 频率 50Hz，有功功率： 1000W ，电感无功功率：0W，电容无功功率：500W。 图 5 变压器及负载模块 实用标准文案 文档大全 4.2 仿真特性分析 在仿真中，在整流桥的输出和变压器的输出加上了电压测量模块，并将测量显示在了一个示波 器模块上。 仿真时间设定为0.1s。如图6 所示便是仿真后的输出结果，上部分为整流桥的输出波形， 下部分为变压器副边的电压波形 图 6 示波器输出波
7、形 将示波器的横轴时间设定为0.01s后的图形如下： 图 7 0.03s 内的波形图 观察波形可知，没半个周期输出的脉冲数为21 个。 实用标准文案 文档大全 4.2.1 载波频率与输出电压频率改变对波形的影响 1.将 Discrete PWM Generator 模块中的载波频率有原来的1080Hz 提高至 2160Hz。所得波形如 图 8 所示。 图 8 载波频率为2160Hz时的波形图1 可以清楚的观察到，PWM 脉冲密度加大，正弦波形较原来更加光滑。放大后的波形图如下： 图 9 载波频率为2160Hz 观察图形可知，没半个周期内的脉冲个数为43 个。 由两个仿真结果可见，载波频率直接影
8、响了波形的光滑度，载波频率越大波纹越小仿正弦效果 实用标准文案 文档大全 越好。但也应注意到频率过高有可能对整流桥器件产生影响，所以也不能过于高。 2.载波频率为1080Hz，将输出电压的频率提高为100Hz 后： 图 10 输出电压为100Hz 载波频率1080 图 11 放大图输出电压为100Hz 观察波形，没半个周期内的脉冲个数为11 个。 改变输出电压后可以注意到，波纹想对于50Hz 时变小了，但由于没半个周期内的脉冲个数由 21 个变为了11 个，所以仿正弦效果大大下降了，可见如若提高输出电压的频率后，不改变载波频 实用标准文案 文档大全 率，逆变效果会打折扣。 可见，在提高了输出电
9、压频率的同时，成比例的提高载波频率，便可以使得仿正弦波保持原来 的波形质量。 4.2.2 改变负载对输出的影响 将载波频率与输出电压频率固定为1080Hz 和 50Hz。 a)去除负载后（既变压器副边开路）的仿真波形。 图 12 去除负载后的仿真波形 b)改变负载有功功率为100W。 图 13 减小负载有功功率为100W 的波形 实用标准文案 文档大全 减小负载后可以发现，在系统启动的初期，波形不稳定有很大的震荡而后期则趋于稳定，波形 与 1000W 时相比并无差别。 c)改变负载有功功率为10KW 的波形 图 14 有功功率为10KW 时的波形 增加有功功率后，启动时波形震荡减小能够较快进入
10、稳态。 增大容性功率后，波形较之前更为光滑，但启动时产生了波动，但进入稳态后波形仿制效果更 佳理想。 结论 通过应用Matlab 软件，构建了一个使用无源型三相逆变电路供电的系统，并进行了仿真。在对 获得的仿真波形分析中，定性地讨论了逆变器的两个主要参数载波频率和输出电压频率以及不 同负载对系统仿真结果的影响。获得以下结论： (一) 在电压输出频率一定的情况下，载波频率的大小决定了每个周期内的仿正弦脉冲个数，即 决定了正弦波形的仿制质量。 (二) 负载有功功率越大，系统进入稳态的时间越快，较小的负载有功功率会在暂态时产生很大 的波动。 (三) 负载的容性无功功率的增大，一方面可以使得正弦电压仿制质量提高，但另一方面会在暂 态时产生过大的过载电压，并且延缓系统进入暂态的时间。 (四) 负载的感性功率对于正弦电压的仿制并无太大影响。 实用标准文案 文档大全