三相兩電平逆變器的介紹和Simulink仿真

本文對(duì)三相兩電平逆變器的Simulink仿真建模及SPWM進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

01三相兩電平逆變器的介紹

三相兩電平逆變器的電路結(jié)構(gòu)如下圖所示，作為非?；镜?a href="wenjunhu.com/article/special/" target="_blank">電力電子電路，眾多教科書(shū)中均有對(duì)該電路的原理介紹，本文不再對(duì)原理進(jìn)行贅述，主要目的在于提供simulink仿真電路，與讀者交流學(xué)習(xí)。 下圖即為三相兩電平逆變器電路結(jié)構(gòu)圖。

圖1 三相兩電平逆變器電路結(jié)構(gòu)圖

三相兩電平逆變器SPWM調(diào)制方法包括單極性和雙極性?xún)煞N調(diào)制方法:

(1)如果在正弦調(diào)制波的半個(gè)周期內(nèi)，三角載波只在正或負(fù)的一種極性范圍內(nèi)變化，所得到的SPWM波也只處于一個(gè)極性的范圍內(nèi)，叫做單極性控制方式。

(2)如果在正弦調(diào)制波半個(gè)周期內(nèi)，三角載波在正負(fù)極性之間連續(xù)變化，則SPWM波也是在正負(fù)之間變化，叫做雙極性控制方式。

圖2 雙極性PWM控制方式

其中：載波比——載波頻率 fc與調(diào)制信號(hào)頻率 fr 之比N，既 N = fc / fr;

調(diào)制度――調(diào)制波幅值A(chǔ)r與載波幅值Ac之比，即Ma=Ar/Ac;

同步調(diào)制——N 等于常數(shù)，并在變頻時(shí)使載波和信號(hào)波保持同步;

基本同步調(diào)制方式，fr 變化時(shí)N不變，信號(hào)波一周期內(nèi)輸出脈沖數(shù)固定;

三相電路中公用一個(gè)三角波載波，且取 N 為3的整數(shù)倍，使三相輸出對(duì)稱(chēng);

為使一相的PWM波正負(fù)半周鏡對(duì)稱(chēng)，N應(yīng)取奇數(shù);

fr 很低時(shí)，fc 也很低，由調(diào)制帶來(lái)的諧波不易濾除;

fr 很高時(shí)，fc 會(huì)過(guò)高，使開(kāi)關(guān)器件難以承受。

以上就是三相兩電平逆變器SPWM的一些基本概念，下面進(jìn)入正題。

02三相兩電平逆變器的Simulink仿真

下圖為matlab 2014上搭建的三相兩電平逆變器模型：

圖3 三相兩電平逆變器simulink仿真示意圖

該simulink模型主要包含電路部分，控制部分以及波形顯示三個(gè)部分。 采用閉環(huán)控制，對(duì)輸出電壓的平均值進(jìn)行閉環(huán)，逆變器直流側(cè)電壓為900V，輸出電壓平均值為380V。 其中控制器如下圖所示：

圖4 三相兩電平逆變器控制器示意圖

控制器采用模塊封裝結(jié)構(gòu)，分為輸出電壓平均值計(jì)算模塊，PI模塊，輸出電壓指令模塊和調(diào)制模塊。 均采用函數(shù)編寫(xiě)。 其中SPWM調(diào)制結(jié)果如下圖所示，采用正弦波與三角波對(duì)比產(chǎn)生三相PWM波。

圖5 三相兩電平逆變器SPWM調(diào)制示意圖

以A相的調(diào)制過(guò)程為例，其中A相的載波與調(diào)制波，A相上管脈沖，A相下管脈沖分別如下圖三個(gè)子圖所示。

圖6 三相兩電平逆變器A相SPWM調(diào)制仿真

下圖為三相兩電平逆變器simulink模型的仿真結(jié)果，分別為濾波器逆變器濾波前線(xiàn)電壓波形，濾波后線(xiàn)電壓波形和輸出電流波形。

圖7 三相兩電平逆變器輸出電流電壓仿真波形