matlab三相逆变电路设计与仿真 - 图文

18KVA三相逆变器设计与仿真

姓 名：班 级：学 号：同组同学：

卢曰海 电气4班 熊瑶 张强 张亮

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目录

1.1技术要求 1 1.2三相逆变器电路 1 1.3交-直-交变压变频器的工作原理 1 1.4负载参数计算 2 1.5滤波电容计算 3

1.6无隔离变压器时，逆变器输出电流有效值 3 1.7无隔离变压器时，逆变器输出电流峰值 3 1.8滤波电感计算 4 1.9逆变电路输出电压 4 1.10主开关器件的耐压 6 1.11输出滤波模型 6

1.12.整个三相逆变的仿真图 1.13.体会

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1.1技术要求

1、输出电压V0（相）：220V 2、输出功率P0：18KVA

3、输出频率f：50HZ 4、过载倍数：1.5倍

5、负载功率因数cos?：0.8-1 6、输入电压 380±10% 7、输入频率 50Hz±10%

1.2三相逆变器电路

交-直-交变压变频器中的逆变器一般接成三相桥式电路，以便输出三相交流变频电源，图1为6个电力电子开关器件VT1 ~ VT6 组成的三相逆变器主电路，图中用开关符号代表任何一种电力电子开关器件。

图1三相电压型逆变电路拓扑图

1.3交-直-交变压变频器的工作原理

控制各开关器件轮流导通和关断，可使输出端得到三相交流电压。在某一瞬间，控制一个开关器件关断，同时使另一个器件导通，就实现了两个器件之间的换流。在三相桥式逆变器中，有180°导通型和120°导通型两种换流方式。

电压型三相桥式逆变电路如图2所示。电路由三个半桥电路组成，开关管可以采用全控型电力电子器件（图中以ＩＧＢＴ为例），ＶＤｌ～ＶＤ６为续流二极管。电压型三相桥式逆变电路的基本工作方式为180°导电型，即每个桥臂的导电角为180°。同一相上下桥臂交替导电。各相开始导电时间一次相差120°这样，在任意瞬间，将有三个桥臂同时导通。可能是上面一个臂下面两个臂同时

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导通，也可能是上面两个臂下面一个臂同时导通。因为每次换流都是在同一相的上下两个桥臂之间进行，因此也被称为纵向换流。在一个周期内 ，６个开关管触发导通的次序为 Ｖ1，Ｖ２，Ｖ3 ，Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６，依次相隔 60°，任意时刻均有三个管子同时导通，导通的组合顺序为Ｖ１-Ｖ２-Ｖ3，Ｖ２-Ｖ3-Ｖ４，Ｖ3-Ｖ４-Ｖ５，Ｖ４-Ｖ５-Ｖ６，Ｖ５-Ｖ６-Ｖ１，每种组合工作。

1.4负载参数计算

负载输出部分电路图，如图2所示

L U0 iR ' iL

? il ic C R' L'

图2 负载输出电路

负载电感最小值计算

负载无功功率QL1为

QL1?SOsin??18?sin37??10.8KVA (3-1) 负载电感感抗ZL1为 ZL1 负载电感L1为 L1?

V220?220?O??4.481? (3-2) QL1108002ZL14.481??14.265mH （3-3） 2?f2??50负载电阻最小值计算

当cos?=1时，负载电阻计算计算公式为公式（3-1）；当cos?=0.8时，负

载电阻计算公式为公式（3-2）

R?Vo?po?2202?18000?2.689? (3-4)

2

2

VO2202 R???3.361? （3-5）

SOCOS?18000?0.821.5滤波电容计算

滤波电容与负载并联，对逆变电路输出电流影响较大，所以设计滤波电路时选择滤波电容取滤波电容容抗等于负载电感感抗的2倍

滤波电容容抗ZC为

Zc?2ZL1?2?4.481?8.962? (4-1) 滤波电容C为

C?12?fZL1?1?355.177?F (4-2)

2??50?8.962实际取值360uF,由3个100uF的电容和6个10uF的电容构成 电容阻抗实际值ZC1 为 ZC1?

12?fC?1?8.842 （4-3） ?62??50?360?101.6无隔离变压器时，逆变器输出电流有效值

长期最大电流IO（长）为 IO(长)?（（5-1）

短期最大电流I0(短）为 Io(短)?（（5-2）

22022022）?（）2.6898.842?85.515A

1.5?22022202）?（）?125.219

2.6898.8421.7无隔离变压器时，逆变器输出电流峰值

长期电流峰值IOP(长）为

IOP(长)?2IO(长)?2?85.515?120.936A （6-1） 短期电流峰值IOP(短）为

3

IOP(短)?

2Io?2?125.219?177.086A （6-2）

1.8滤波电感计算

1.滤波电感的作用

1).减小输出电压的谐波电压 2).保证滤波电压的传输

2.设计滤波器时应该注意以下问题

1).滤波电路固有频率应远离输出电压中可能出现的谐波频率（例60倍频） 2).?2LC应该远小于1（即?2LC??1) 3).

应较小

R根据设计滤波器时要注意的问题要求而选择?L?0.6 滤波电感L为 L?实际取值为2mH 所以滤波电感感抗ZL为

ZL??L?2?fL?2??50?2?10?3?0.6283? (7-2) 滤波电路的固有频率f'为 f'?L0.60.6??1.910mH （7-1） 2?f2??50?12?LC?12?2?10?3?360?10?6?187.566HZ （7-3）

?2LC?0.000152??1满足要

1.9逆变电路输出电压

滤波及负载部分电路图，如图3所示

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图3 滤波及负载部分电路图

在过载2倍的情况下：

1.cos??1时（即纯阻性）

电感电流IL与IR间的夹角?为

R3.22 ??arctan()?arctan()?16.66? （8-1）

2ZC2?5.38电感电流IL为

IL?IC?(2IR)2?(电感L上的压降?VL为

?VL?ILZL?142.633?1.5072?214.98A (8-3)

逆变电路的输出电压Vi为

Vi?2202?214.982?2?220?214.98?cos(90?16.66?)?259.2V （8-4） 2.cos??0.8时（即阻感性）

负载电感电流IL1与滤波电容电流IC之差为 IL1?IC?

IL1?IC与IR之间的夹角?为

222022?2202)?()?142.633A (8-2) 5.383.222?2202202?220220????40.97A (8-5) ZL1ZC15.385.38 5

40.97 ??arctan()?20.556? （8-6）

2?2204.03电感电流IL为

IL?(2IR)2?(IL1?IC)2?(电感L上的压降为?VL为

?VL?ILZL?116.615?1.5072?175.762V (8-8) 逆变电路的输出电压Vi为

Vi?2202?175.7622?2?220?175.762?cos(90??20.556?)?326.128 V (8-9)

2?2202)?(40.97)2?116.615A (8-7) 4.031.10主开关器件的耐压

主开关器件的耐压根据所有工作情况下的最高电压考虑，主开关器件所承受的最高电压一般出现在输入电压最高、输出负载最轻时，选主开关器件耐压为实际工作电压的2倍。

取逆变电路在过载情况下的输出电压的2倍，即302.7?2?605.4V。在留有一定裕量下，实际选650V耐压的开关器件。

1.11输出滤波模型

输出滤波电路图，如图4所示

图4 输出滤波电路 根据输出滤波电路写出如下关系式

di L?Vi?Vo?ri1 （9-1）

dtdVo C?i1?i0 （9-2）

dt

将式（9-1）、（9-2）变换形式后的式（9-3）、（9-4）

Lsi1?Vi?Vo?ri1 （9-3）

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CsVo?i1?io （9-4） 根据（9-3）、（9-4）画出输出滤波仿真模型，如图5所示

图5 输出滤波仿真模型 输出电压Vo与输入电压Vi的关系式为 Vo?

1Ls?rVi?io （9-5） 22LCs?rcs?1LCs?rCs?1闭环输出电压：

U?S?KdS2?KPS?KiS?LS?r???U??I0?S?0?S?LCS3??rC?Kd?S2??1?KP?S?KiLCS3??rC?Kd?S2??1?KP?S?Ki 闭环系统特征方程：

D?S??LCS3??rC?Kd?S2??1?KP?S?Ki

1 ……○

闭环系统的动态响应性能取决于闭环极点在S平面的分布位置。

高阶系统动态性能由对立导极点决定：

2Sr?1、2????r??r?j?r1??r

作主导极点：

Sr3??n???r

极点的配置法则希望特征方程：

D?S???S?Sr1???S?Sr2???S?Sr3? ?S2?2??r??r?S??r2??S?n???r??r? 1、○2有： 对比○

7

?? 2 ……○

?Kd??n?2???r??r?L?C?rC?22?KP?2n???r?1??r?L?C?1 ?Ki?n??r??r3?L?C??? ......3

其中：?r?3500，n?5~10，?r?0.8，r?0.1?

3可得到： 将以上数据以及L?1.9mH，C?355uF代入○

（其中n取10）

?Kd?0.0226??KP?17.8388 ?K?2313.535?i模型的建立：

1.12.整个三相逆变的仿真图：

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2.内部小模块：

2.1 abc到dq和dq到abc

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3.三相的输出电压波形（分别为abc）和a相突减负载，a相突加负载时波形：

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分析：当突减负载时，电压先增大，后回到正常，而当突然增加负载时电压突然减小后回到正常。

A相傅里叶波形分析：

B相傅里叶波形分析：

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C相傅里叶分析：

分析：对ABC三相傅里叶分析后THD的值都在5%以下，仿真效果良好，满足题目的要求。

1.12体会：通过这几天的努力，终于把三相逆变电路的设计和和仿真弄好了，通过这次设计和仿真我把以前电力电子的知识巩固了同时增加了我对电力电子的热爱，另一方面，我也能够更加熟练地使用MATLAB的可视化仿真工具Simulink这款软件。特别是在此过程中，常运用到许多Simulink工具模块，使我对MATLAB仿真有了更加深刻的理解，特别是此次通过对三项电压型桥式逆变电路的仿真，，并为我在将来的学习生活中能更好的自我学习奠定了一定的基础，通过本课程的学习，同时还学到了独立思考的能力，提高了自我动手能力，让我受益颇深。 刚开始的时候我一个人弄了一上午一点进展都没有，后来我和小伙伴们一起讨论下，在讨论过程中我发现了自己的不足和自己的盲点，所以在以后的学习和工作中，我们要重视团队合作精神，让别人进步的同时也让自己进步，这样才能立足不败之地，这样才能在自己的工作和领域创造新的辉煌。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/4k52.html