《电力电子装置及系统》课程设计-三相逆变器Matlab仿真研究.docVIP

三相逆变器Matlab仿真研究 1方案选择 1.1 课程设计要求 本次课程设计要求对逆变电源进行Matlab仿真研究，输入直流电压为110V，输出为220V三相交流电，建立三相逆变器Matlab仿真模型,进行仿真实验，得到三相交流电波形。 1.2 实现方案确定 由于要求的输出为220V,50HZ三相交流电，显然不能直接由输入的110V直流电逆变产生，需将输入的110V直流电压通过升压斩波电路提高电压，再经过逆变过程及滤波电路得到要求的输出。根据课本所学的，可以采用升压斩波电路和三相电压型桥式逆变电路的组合电路，将升压后的电压作为逆变电路的直流侧，得到三相交流电，同时采用SPWM控制技术，使其频率为50HZ。 斩波电路有脉冲宽度调制、频率调制和混合型三种控制方式。在此使用第一种控制方式，这种方式也是应用最多的方法。通过控制开关器件的通断实现电能的储存和释放过程，输出信号为方波，调节脉宽可以控制输出的电压的大小。 根据直流侧电源性质不同，逆变电路可分为电压型逆变电路和电流型逆变电路。这里的逆变电路属电压型。PWM控制方式有两种，一种是在调制波的半个周期内三角载波只在正极性或负极性一种极性范围内变化，所得到的PWM波形也只在单个极性范围变化的单极性PWM控制方式，另一种是双极性控制方式，其在调制波的半个周期内三角载波不再是一种极性，而是有正有负，所得的PWM波也是有正有负。对于三相桥式PWM逆变电路，一般采用双极性控制方式。该电路的输出含有谐波，滤波电路采用RLC滤波电路。 直流斩波电路采用PWM斩波控制，输出的方波经过滤波电路后变为直流电送往逆变电路。逆变采用PWM逆变电路，采用SPWM作为调制信号，输出PWM波形，再经过滤波电路得到220V、50Hz三相交流电，系统总体框图如图1所示。 图1 系统总体框图 2各模块原理 2.1 升压斩波电路 升压斩波电路如下图2所示。假设L值、C值很大，V通时，E向L充电，充电电流恒为I1，同时C的电压向负载供电，因C值很大，输出电压uo为恒值，记为Uo。设V通的时间为ton，此阶段L上积蓄的能量为。V断时，E和L共同向C充电并向负载R供电。设V断的时间为，则此期间电感L释放能量为，稳态时，一个周期T中L积蓄能量与释放能量相等，即 化简得 输出电压高于电源电压，故称升压斩波电路，也称之为boost变换器。 T与的比值为升压比，将升压比的倒数记作β，则 故 升压斩波电路能使输出电压高于电源电压的原因 ：L储能之后具有使电压泵升的作用，并且电容C可将输出电压保持住。 图2 升压斩波电路原理图 2.2 三相电压型桥式逆变电路 三相电压型桥式逆变电路如下图3所示。该电路采用双极性控制方式，U、V和W三相的PWM控制通常公用一个三角载波，三相的调制信号、和一次相差120度。U、V和W各相功率开关器件的控制规律相同，现以U相为例来说明。当时，给上桥臂以导通信号，给下桥臂以关断信号，则U相相对于直流电源假想中点的输出电压。当时，给以导通信号，给以关断信号，则。和的驱动信号始终是互补的。当给（）加导通信号时，可能是（）导通，也可能是二极管（）续流导通，这要由阻感负载中电流的方向来决定。V相和W相的控制方式都和U相相同。。 图3三相电压型桥式逆变电路 电路的相关波形如图4所示 图4 三相桥式PWM逆变电路波形 2.3双极性SPWM控制电路 2.3.1 SPWM波的应用原理 在调制信号ur和载波信号uc的交点时刻控制各开关器件的通断。在ur的半个周期内，三角波载波有正有负，所得的PWM波也是有正有负，在ur的一个周期内，输出的PWM波只有±Ud两种电平。 在ur的正负半周，对各开关器件的控制规律相同。 当uruc时，V1和V4导通，V2和V3关断，这时如io0，则V1和V4通，如io0，则VD1和VD4通，不管哪种情况都是 当uruc时，V2和V3导通，V1和V4关断，这时如io0，则V2和V3通，如io0，则VD2和VD3通，不管哪种情况都是 这样就得到了正弦信号与三角载波的比较波形即SPWM波，此波形在效果上等效于调制波。其波形如图5所示。 图5双极性PWM控制方式波形 2.3.2双极性SPWM控制电路的原理 将正弦半波看成是由N个彼此相连的脉冲宽度为(/N，但幅值顶部是曲线且大小按正弦规律变化的脉冲序列组成的。 把上述脉冲序列利用相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点重合，且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积（冲量）相等，这就是PWM波形。 对于正弦波的负半周，也可以用同样的方法得到PWM波形。 脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形，也称SPWM（