三相逆變器設計與仿真

1、三相逆變器設計與仿真1.設計數(shù)據(jù)要求輸出電壓V220V輸出頻率f : 50HZ 負載功率因數(shù)cos © : 0.8-1過載倍數(shù)：1.5倍輸出功率Po： 6KVA負載參數(shù)的計算負載輸出部分電路圖，如圖所示iRViEliICiL1負載輸出電路負載電阻最小值計算當cos © =1時，負載電阻計算計算公式為公式（ 載電阻計算公式為公式（3-2）R 宀2一 Po3-1）；當 cos © =0.8 時，負二 22026000 二 8.07' 1(3-1 )RCOS220 10.086000 0.8(3-2)負載電感最小值計算負載無功功率Ql1為Qj = PO sin:

2、二 6 sin 37 二 3. 6KVA負載電感感抗ZL1為ZL122023600二 13. 41 1負載電感L1為L1如 13. 442. 81mH2二f2 - 50濾波電容計算濾波電容與負載并聯(lián)，對逆變電路輸出電流影響較大，所以設計濾波電路時選擇濾波電容取濾波電容容抗等于負載電感感抗的2倍濾波電容容抗Zc為Zc = 2ZL1 = 213. 4 = 26.81】濾波電容C為12 二 fZc118. 8F2-50 26. 8實際取值120uF,由12個10uF的電容構成ZC1電容阻抗實際值ZC1為6 = 26. 5258 12 二 5012010-6無隔離變壓器時，逆變器輸出電流有效值長期最大

3、電流lO（長）為L長-（諾）“懸二 28.50 A短期最大電流|。（短）為1 0（短）5220）2 （220）2 -1.72A8.0726.5258無隔離變壓器時，逆變器輸出電流峰值長期電流峰值Iop（長）為l op長）二 2l o長）二 2 28.50 二 40.31 A短期電流峰值I°P（短）為I OP 短）=21 ° =241.72 = 59.00 A三相逆變器電路濾波電感計算1. 濾波電感的作用1) .減小輸出電壓的諧波電壓2).保證濾波電壓的傳輸2. 設計濾波器時應該注意以下問題1) .濾波電路固有頻率應遠離輸出電壓中可能出現(xiàn)的諧波頻率(例60倍頻)2) .2LC

4、應該遠小于1 (即2LCi：1)3) .應較小R根據(jù)設計濾波器時要注意的問題要求而選擇丄=1.5 濾波電感L為1 51 5L 4.775mH2 二f2 二 50實際取值為5mH所以濾波電感感抗Zl為ZLL=2fL=2： 50 5 10 ° =0.314門濾波電路的固有頻率f '為2二；5 10 130 10-6“97.511HZ2-LC =0.0923 ： ：1 滿足要求逆變電路輸出電壓濾波及負載部分電路圖，如圖所以L r L Vo低 I IL1T濾波及負載部分電路圖 在過載1.5倍的情況下：cos"時(即純阻性)電感電流Il與Ir間的夾角/為v - arctan(

5、)=arcta n(1.5 Zc7'8.07訂)_ 11.47220 )21.5220)226.5258)8.07-41.72A電感電流Il為I l = lc2(1.51 r)2電感L上的壓降Vl為Vl = I lZl = 41.72 汽 0. 341 = 14.23 A逆變電路的輸出電壓Vi為V = J2202 + 14.232 2 域 220 漢 14.23 漢 cos(90° 11.47°) =217.62Vcos' =0.8時(即阻感性)負載電感電流Il1與濾波電容電流I C之差為L1Ic1.5220220ZL1ZC1.522013122026.52

6、58二 16.333 AIli -Ic與Ir之間的夾角二為v - arctan(16.333 )15_220)=26.5110.08(1)2+(16333) 36.59A電感電流Il為1 L = ( 21 R)(l L1 1 C)_電感L上的壓降為lVl為VL = l LZL = 36.590. 314 二 11.49V逆變電路的輸出電壓Vi為V =吋220211.492 - 2 220 11.49 cos( 9026.51 )= 225.363V主開關器件的耐壓主開關器件的耐壓根據(jù)所有工作情況下的最高電壓考慮，主開關器件所承受 的最高電壓一般出現(xiàn)在輸入電壓最高、輸出負載最輕時，選主開關器件耐

7、壓為實 際工作電壓的2倍。取逆變電路在過載情況下的輸出電壓的2倍，即225.363*2=450.726V。在留有一定裕量下，實際選650V耐壓的開關器件。輸出濾波模型輸出濾波電路圖，如圖所示WVo輸出濾波電路根據(jù)輸出濾波電路寫出如下關系式L-di =Vi -Vo - ri 1 dt將式上面公式變換形式后的式下面公式Lsh =Vi Vo ri 1CsVo 二 h - i°根據(jù)上面公式畫出輸出濾波仿真模型，如圖所示輸出濾波仿真模型 輸出電壓Vo與輸入電壓Vi的關系式為Vo 二LCs2rcs 1ViLs十r2LCs2 rCs 1三相逆變器的控制策略在給定輸入Vi與負載擾動輸入io共同作用下

8、下，閉環(huán)輸出Vo( s)為2Io(s)Kds +KPs + Kjs(Ls+r)Vo 3 d2P1Vi(s) 32LCs +(rC+Kd)s +(KP+1)s + KjLCs 十(rC + Kd)s 十(KP+1)s+K其閉環(huán)特征方程D(s)為32D(s)二 LCs (rC Kd)s (Kp 1) K,主導極點氏2為S1、2"r -廠.1- 7非主導極點S3為S3 _ _n r r(n =5 _10)期望的特征方程D,S)為2 2Dr(S)=(S Sri )(S Sr2)(S Sr3)=(S 2 廠，r r )(S n l r)根據(jù)極點配置法求解，得K d = (n 2) r LC -

9、 rCKP =(2n :1) LC -1K =n r LCr是阻尼比''r是自然振蕩頻率L為濾波電感C為濾波電容當r -0.8、=3500、n =10、r=0.6時，代入到公式中求得Kp=9.15Kd=0.02Ki=20658雙閉環(huán)控制系統(tǒng)將濾波電感電流或濾波電容電流瞬時值作為反饋量引入控制系統(tǒng)，設置電流 內化改善系統(tǒng)動態(tài)性能雙閉環(huán)控制系統(tǒng)仿真模型有三種情況，如圖所示如圖所示，模型中負載擾動在內環(huán)之外，其優(yōu)點是能方便的實現(xiàn)逆變器的過 流保護，但對負載擾動的抗干擾性弱。雙閉環(huán)系統(tǒng)閉環(huán)特征方程D(s)為D(s)二 s4LCCK2i 2sLCK1P K2i'K2P K1iLC

10、KiiK2iLCTW gn&at o四階系統(tǒng)期望閉環(huán)主導極點Si、為Si、2 = j1 - 7非主導極點Ss、S4為53 = -m r；：r54 = -n - r r期望的四階系統(tǒng)特征方程Dr(s)為2站2ntDr(s) = (s 2 r 'rSr )(S m r 十)(S n r r)根據(jù)極點配置法求解，得a° 二 LCmn :ai = LC(m n 2mn ；) r 3彈22a2 = LC1 (2m 2n mn) r ra3 二 LC(2 m n) r rK1Pa? _ CK?i -1K2Pa。1iK 2P2ias rC322CK2i ( _ a2)K2iaK2pK2i K2pa。= 0將r =0.8r = 3500 m = n = 10 r = 0.6