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文檔簡介
1、三相SSPWM逆變電路的建模及應(yīng)用仿真一、電路原理1、三相逆變電路原理圖1采用IGBT作為開關(guān)器件的三相橋式電壓型逆變電路。圖1三相PWM逆變電路當(dāng)U U U時(shí),給V1導(dǎo)通信號(hào),給V4關(guān)斷信號(hào),U UN、,= U d/2 ;當(dāng)U u U時(shí),給V4導(dǎo)通信號(hào),給V1關(guān)斷信號(hào),U = -U d/2。當(dāng)給V1(V4)%導(dǎo)通信號(hào)時(shí),可能是V1(V4)導(dǎo)通,也可能是VD1 ( VD4 )導(dǎo)通。U 、U 和 U 的PWM波形只有土U兩種電平。U 波形可由U、U 得出,當(dāng)1和6通時(shí),U = Ud,當(dāng)3和4通時(shí),U = - Ud,當(dāng)1和3或4和6通時(shí),U =00 U吹、U wu的波形可同理得出。2、正弦脈沖寬度
2、調(diào)制SPWM原理PWM (Pulse Width Modulation)控制就是對(duì)脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù),即通過對(duì)一系列脈沖 的寬度進(jìn)行調(diào)制,來等效地獲得所需要的波形。PWM控制技術(shù)的重要理論基礎(chǔ)是面積等效原理,即: 沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí),其效果基本相同。下面分析如何用一系列 等幅不等寬的脈沖來代替一個(gè)正弦半波。把正弦半波分成N等分,就可以把正弦半波看成由N個(gè)彼 此相連的脈沖序列所組成的波形。如果把這些脈沖序列用相同數(shù)量的等幅不等寬的矩形脈沖代替, 使矩形脈沖的中點(diǎn)和相應(yīng)正弦波部分的中點(diǎn)重合,且使矩形脈沖和相應(yīng)的正弦波部分面積(沖量) 相等,就可得到圖2所示的脈沖
3、序列,這就是PWM波形。像這種脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化而和正 弦波等效的PWM波形,也稱為SPWM波。如圖2所示。2兀1010 |2兀0(b)v (t) = V 1 m sin ti= 0 = 0100正1,0川:9-10(a)(a)正弦電壓(b)SPWM等效電壓SPWM調(diào)制原理SPWM調(diào)制方式根據(jù)載波三角波的不同,可以分為單極性和雙極性兩種,分別稱為SSPWM和BSPWM。如圖3所示。! ?I I初S3 & 5幻n-H心圖3 SSPWM控制方式波形(左)BSPWM控制方式波形(右)3、單極性正弦脈沖寬度調(diào)制SSPWMSSPWM在正半周只有正弦脈沖電壓,在負(fù)半周只有負(fù)脈沖電壓。載波比為n =
4、c,f為載波f c(三角波)頻率,f 為調(diào)制波(正弦波)頻率;每半個(gè)正弦波內(nèi)脈沖電壓數(shù)為P u調(diào)制比為m =甘,u為調(diào)制波幅值,u為載波幅值。利用傅里葉變換分析可知,SSPWM調(diào)制時(shí)的輸出電壓波形中的最低次諧波的次數(shù)為(N-3)或 (2P-1)。二、模型建立及主要模塊說明及參數(shù)設(shè)置1、仿真模型DC 250V2、Universal Bridge 3Series RLC Branchi模塊及參數(shù)設(shè)置多功能橋式電路模型是一個(gè)既可以用作整流也可以用作逆變的模型,并且可以通過設(shè)置來改變 它的相數(shù)和采用的電力電子開關(guān)類型。圖5 (左)是其參數(shù)設(shè)置,第一欄是選擇橋臂的相數(shù),第三欄是所選用電力電子開關(guān)的類型,
5、 對(duì)于自關(guān)斷器件,模塊已經(jīng)反并聯(lián)了續(xù)流二極管。最后一欄的測(cè)量選項(xiàng),選擇對(duì)全部電壓和電流測(cè)量,為多路測(cè)量儀提供測(cè)量選項(xiàng)。本次仿真,反映的是對(duì)直流電壓經(jīng)過逆變后的相電壓和相電流。圖5多功能橋模塊及參數(shù)設(shè)置(左)PWM脈沖發(fā)生器模塊及參數(shù)設(shè)置(右)3、PWM Generator PWM脈沖發(fā)生器模塊及參數(shù)設(shè)置PWM脈沖發(fā)生器是一個(gè)多功能模塊,它可以為GTO、FET、IGBT等自關(guān)斷器件組成的一相、 二相和三相橋式變流電路提供驅(qū)動(dòng)信號(hào),并且還可以用于雙三相橋式電路的驅(qū)動(dòng),在模塊對(duì)話框中 模式一欄(Generator Mode)選擇。PWM脈沖發(fā)生器脈寬調(diào)制的原理是以三角波(載波)與調(diào)制波比較,在三角波
6、與調(diào)制波相交點(diǎn) 處產(chǎn)生脈沖的前后沿。三角波的頻率可以在對(duì)話框中設(shè)置,且三角波的幅值固定為1。調(diào)制波有兩 種產(chǎn)生方式,一種是由PWM脈沖發(fā)生器自動(dòng)產(chǎn)生,另一種在脈沖發(fā)生器輸入端由外部輸入。點(diǎn)擊 對(duì)話框的內(nèi)調(diào)制信號(hào)生成欄前的方塊,選中內(nèi)調(diào)制信號(hào)生成模式,對(duì)話框出現(xiàn)調(diào)制度、輸出電壓頻 率和輸出電壓相位三項(xiàng)參數(shù)設(shè)置欄。此時(shí),調(diào)制波固定為正弦波,即SPWM調(diào)制方式。如圖5 (右)。三、仿真測(cè)試系統(tǒng)仿真測(cè)試系統(tǒng)如圖6,由多路測(cè)試器(Multimeter)、示波器(Scope)、離散傅里葉分析器(Discrete Fourier)、數(shù)字電壓表(Display)和 Powergui 組成。Multimeter
7、模塊用于采集仿真電路中所要測(cè)試的電壓和電流,通過示波器Scope顯示電壓及電流 波形。Discrete Fourier模塊對(duì)逆變出的a相電壓進(jìn)行離散傅里葉變換,提取相電壓中的基波分量,通 過數(shù)字電壓表Display顯示其幅值有效值。Powergui模塊用于對(duì)逆變后輸出的電壓進(jìn)行FFT分析,顯示輸出電壓的頻譜圖形,設(shè)置不同的 載波比N,觀察低次諧波頻率的變化。、仿真分析及結(jié)論1、電壓電流波形圖7所示是scope示波器模塊的測(cè)試結(jié)果:圖7電壓電流波形前三項(xiàng)是a、b、c三相電壓:三相相位相差120;第四項(xiàng)是調(diào)制后電壓波形;第五項(xiàng)是輸入直流電壓VD,為250V;后三項(xiàng)是a、b、c三相電流,由于選用的負(fù)
8、載是純電阻,所以與各自的相電壓保持同相位,2 V約為0.16A (本例負(fù)載電阻設(shè)置值為1KQ,符合相電流計(jì)算公式i-rd)。E3 Block Parameters: PH GeneratorModulat ion ieIejm (0ml.l :0. 6IIOK I Cancel I : &凝:| 虻2、(1)輸出基波電壓的大小由電壓調(diào)制比M決定只要載波比N比較大(本例設(shè)置f =1000hz, f =50Hz, N=20),每半個(gè)周期中的脈沖波數(shù)P較多(P=9個(gè)),而調(diào)制比M 1(U U),則輸出電壓基波幅值V隨調(diào)制比M線性變化。改變調(diào)制比M,即可以成正比地調(diào)控輸出電壓的基波大?。? Block
9、 ParaMeters: PH GeneratorModulat ion indez (0mlJ :0. 8I|QKCancel I Help本例V d=250V,固定載波比N,基波電壓幅值與調(diào)制比成正比。測(cè)試結(jié)果如圖8所示:M=1 時(shí),V1T21.9VM=0.8 時(shí),V1=96.92V;M=0.6 時(shí),V1=72.34V;M=0.4 時(shí),V1=45.83V。基本滿足公式1 m2 D。2、(2)每個(gè)脈沖的寬度隨調(diào)制比M增大而增大圖9所示為不同的調(diào)制比下的脈沖波形,可以看出M=0.8時(shí)的脈沖寬度明顯大于M=0.2時(shí)的。3、載波比N增大,最低諧波頻率(N-3)提高;改變調(diào)制波頻率 f,基波頻率f 1隨之改變。這個(gè)結(jié)論由Pow
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