PDF《三相电 压》

第17卷第 2期舢年6月 广 东工 业大学学 报Journal0f0∞哩Un l v e r s i t y

0 fTe c l mo l o g y

1 7 No

2 J u n e舢,、

7 ,z 在MA T L AB 中实现三相电压型逆变器仿真哓圭 , 则名 , 冯垛 生(广东工业 大学 电 气工 程及自动 化系.

广东广州

5 1

0 0

9 0 ) 具 环境 中加 以实 现,最后做 成 一个 通用模块 , 可 以对凡 是 涉及 到 三相 全桥 电压型 逆 变器 的控制系统实姆;

一MATLAB;

S―IMU1JNK;

盟蛹J哲关键词:三相电压逆变器仿真鼍lJ中图分 类号:TM921:5l文献 标识码:A文章 编号 :

1 0

0 7 ―7 l

6 2 ( a 呻0 )

0 2 - O O '

2 4 - O

5 MA T L A B语言…是一种 功能强 大的控制系 统计算机 辅助设计 和仿真 语言 , 尤 其是 它提供 的SIMU L I N K仿 真工 具具有 图形 化、模块化 界面 , 易于 实现很 多控 制 系统仿真 , 可 以避 免 大量 时间 用 于编 制仿真程序.但在MA T L A 5. 1以前版本所提供的模块中没有三相全桥逆变器模型,而三相全桥逆 变器在控制 系统 中如电机调频 、 高频 开关 电源 、 谐 波和无 功 功率 补偿 等 系统 中应 用最为广泛.为此,本文提出一种三相全桥逆变器数学模型并在SIMU L I N K 环境下加以实现和做成一个通 用模块 , 给 出了应用这个 模块 的一个仿 真实例 的仿真结果 .

1 原理三相全桥逆 变 器有大 功率晶体管 ( G T R) , 功率场 效应 晶体 管(MO S F E T ) , 绝缘 栅 双极 晶体 管(IcBT)等器件 . 这些器件 一般 由 6个开关管 组成 , 在仿 真 中可 以用 一 个理 想 开关 s来 代替 每个 肝关管 . 用图

1 所示 电路 模型来等效 . 逆变器通断规 律是 : ① 同一 桥臂的两 个管 子不 能 同时 导通;

②有3个 管 子是 导通的.这样6个 管子就有8种 组合方式,即:SlS2S3,S2S3S4.S3S4S5,SdS5&,S5ssS】.S6SlS2,SIS3S5,S2S4S6.设第i个管子导通时S=1 , 否则:0 , 即、 r l , 第i个管子导通;

【0, 第i个管子截止(i=1 . 2.

3 ,

4 ,

5 ,

6 ) . 假设,电感L=L b :L =L, 直流侧电容器电压 d 保持不变,则可得到8种 开关 状态下的微分方程组,并综合之可得到系统的微分方程组为:(1¨) L + (

2 T l 一1)L警+ ( s

4 S r ~ ) V d :

0 , 图1等效电路模型收稿 日期 :

1 9

9 9 -

1 0 -

1 2 基金 项目:广东 省 重点 学 科基 金 资助 项目(

9 7

0 0

0 1 ) 作者 简介 : 王晓毛(

1 9

7 3 一) , 男,97级研究 生;

主要 研究方向 : 电力 电了技术 及有源 电力 滤渡器 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 2期 王 晓毛 等:在MA T L A B中实 现 三相 电压 型逆 变 器仿 真25(1+r2)Ldi6+(2T]-I)L鲁+ ( s . T

3 ) V ~ : o i + b+ i =0. 其中:Tl=$

2 S

3 5 "

4 +S

5 & l , T

2 = S

4 +&

1 S

2 , T

3 =$

2 S

4 S

6 +S l S

5 , 由上 述微分方程组得到下列微分方程组:其中表1:s(k)Vd,￡警: s ( k ) V d , 鲁: s ) . s b ( ^ ) = { [ ( s l 一54+T3)(2T2―1)+(一s6+T3)(2一)],s(^)={[(sl―s4+)(2一r2)+(s3一s6+T3)(2r1―1)],(2)5()=一{[(sl―s4+T3)(1+T2)+(s3一s6+/3)(1+)].取值为 0~7 t 对应 8种 开关 态,s()、sb(^)、s()和s

1、s

2、s

3、s

4、、&之间功 能见对微分方程组(1)进行拉氏变换,并考虑到开关 损耗,将其等效成一个电阻.得(S) =S ( ) / ( R+ ) , , ( S) =S b ( ) v j( R+ ) . ( S )=S ( ) / ( R+ ) 表1(J、(^)、s(^) 和S.、s

2、焉、s

4、、&之间功 能表(3)2模块实现 根据方 程组 (

3 ) 在SIMU L I N K环 境实 现三相 电压 型逆 变器仿真 模型 . 图 2用 加法器,减法器和乘法器等模块实 现表 1中s(¨、sb(¨、So(¨和s】,s2,,

34,S5,&的关系Sl,S2,S3,&,,

s6为 6个控制极输人,constant,constant1~c

0 1

1 s t a n t 5是常数模块,常数 值的大小 显示在方框中・product1~p r o d u c t

1 2为乘法器,,

,T3加 法器输 出实 现式(

2 ) 的,,

.surn,,

维普资讯 http://www.cqvip.com 广 东工 业 大学 学报第17卷 墨墨l E

1 1 d i f V i e w S i m u l a t i

0 n ~ o r r

0 a t _ T _ o o l s 图2S.(k)Sb【k) S 【 k ) 的 实现 %m 5, S u ml 3, S u ml

4 , S u ml

5 , S u ml

6 , S u ml ? , S u ml 9, S u m

2 0, S mn

2 1 , S u m2

2 , S u m

2 3为加法器,Gain,Gain!.(;

~fim2是 放大器,放大倍数为1/3,这些器件实现式(2)的S(k)、SI()一S(k).然后其封装成一个 独立的sMt c h模块,在图3所 示的三相电压 型逆变器仿真模型中应用.图3中 是直流输入,productl―p r o d u c t 3为乘法器,TransferFunl―T r a n s f e r F u | l 3为惯性环节,图中电感值和等效电阻值可以改变(在此取0. O O 4mH,

3 n) . , , . h , , 实现式(3)的电流输出.最后将图3封 装成… 个I(;

BT模 块(图4),在需要的时候加调用.3仿真实例 图 5是三相 全桥 逆变 器仿 真实 例实 验图 , 本控 制 系统模 型建 立 在仿真 软件 MA T I A, B

5 . 1的SIMU L I N K环境 下,在奔腾

1 0

0 P C机上 通过.采用电流 跟 踪型 P WM控制电路 , 给定 S i n e Wa v e A, S i n e Wa v e B, S i n e Wa v e C为峰值 为lA频率 为250Hz相位 互差 h / 3的三 相正弦 电流信号 , 如图6所示.Suml , S u m

2 , S u r o 3为减法器,Re/ayI,Relay2,Re l a y 3为滞环比较 器,比较 器输人大于正阈值时输出l,小于负 阈值输出0,LogicalOperatorl,lJJgicalOperator2,LogicalOperator3为 逻辑反相器,它们的目的 是要逆变器上下桥臂管子一个导通过另一个必须截止.¨输人为200V, 电感值和等效电阻 值可以改变(在此取0.OO4m H,

3 n) . 图7,图8,图9分 别是滞环比较器的滞 环宽度分别为0.4A,

0 .

2 A,

0 1 A 时输出电流波形,可以看出输出电流跟踪输入电流,当滞环宽度减小时,跟踪纹波越小 , 效果越好.图6,图7,图8,图9波 形纵轴坐标刻度均为电流 / 安培(I/A) , 横轴坐维普资讯 http://www.cqvip.com 第 2期 王 晓毛 等:在MATK~B中实现 三相电压 型逆 变器 仿真

2 7 围3三相 电压 型逆 变 器仿 真 模型 一j点一;

jh_围4封装 围围5采用仿真 模块 实现 电流跟 踪型I~T v I 控制系统 仿真 标刻度均为时问/秒(t/s)4结论从面仿 真实例结 果看 出仿真模块 的数学 模 型正 确,实现 正确.本仿真 模 型和 方法 对于由(邢,MOSFET, I G B T等电力电子 器件 组成的电压 型三相全控桥 逆变器以及由它 组成的控制系统的仿 真有推广价值.维普资讯 http://www.cqvip.com 广东工业大 学学 报第17卷

0 .5 图6给定电流 信号的波形 图8参考文献 [

1 ] 薛定宇[2]王兆安如图7滞环 宽 度为 0.

4 A时 的跟 踪 电流 波形滞环 宽 度为 O .

2 A时的跟 踪 电流 波形 图9滞环宽度 为0.IA时的跟 踪电流波 形控制系统 计算 机辅助设 计MA T L . k B语 言及 其应 用[M] . 北京:清华大学 出版社 .

1 9

9 6 .

1 8

1 ・

1 9

2 刘进军,杨君.谐波抑制 和无 功功 率 补偿 [ M]北京:机械 工业出版社 ,

1 9

9 8

2 4

5 ・

3 1

1 . S i m u l at i n g o f Th r e e―pha s e Vo l t a g e I nv e r t e r i n M ATLAB W ANG Xi a o ― n ' l a o . D ENG Z e - i n i n g , F E N G D u o - s h e n g ( D 州ofElectmeE,,

ginee~gandAutomation,GDUT,枷睁0u510090,cl1iI】a)Ab s t r a c t : A ma t h e n ~t i e a l mo d e l o f T h r e e― p h a s e V o l t a g e― t ) ~ p e I n v e r t e r i s g i v e .a n d z e i t a s g e n e r a l b l o c k i n S I MUL I NK T O OL o f MA T LA B. T h i s b l o c k c a n b e u s e d i n s i mu l a t i o n o f c o n t r o l s y s t e m i n v o l v i n g t h r e e―p h a s e v o l t a g e i n v e r l e r . Ke y wor d s: t h r e e- ・p ha b e v o l t a g e- ・t y pe i n v e r t e r ;

MATL4B;

SI MULI NK : s i mul a t i o n 维普资讯 http://www.cqvip.com