三相电压型SPWM逆变器的仿真

三相电压型SPWM逆变器的仿真

摘要：利用Matlab软件中的Simulink和Power System Blochset建立以KBT为开关器件具有数字PI调压功能的SPWM电压型逆变电源及三相异步电动机的仿真模型，并利用傅里叶变换（FFT）分析工具对其输出电压进行谐波分析。对SPWM电压型逆变器及三相异步电动机组成的调速系统进行了整体仿真研究。本文的仿真方法为变频调速系统的数值仿真提供了新的途径。

关键词：SPWM电压型逆变器；三相异步电动机;仿真； 一、概述

近年来，随着大功率全控型电力电子器件的开发成功和应用技术的不断成熟，电能变换技术出现了突破性的进展，在一些领域中，已经开始应用各种新型逆变器电源，其中，也包括电动机。但是由于像逆变电源之类大功率电力电子装置的结果复杂，如果直接对其进行试验，不但花费高，且费时费力，故在对它们的研制过程中，需要借助计算机仿真技术对其机理与特性、控制方法的有效性进行验证，以预测并解决潜在问题，同时，缩短了研制时间和研制费用。

Matlab软件具有强大的数值计算功能，本文利用Matlab软件中的Simulink和Power System Blochset建立位一个三相电压型SPWM逆变电源建立系统仿真模型，并对其输出特性进行仿真分析。

二、工作原理

三相电压型SPWM逆变电源系统的原理，如图（1）所示。

它的主要功能是将直流电压变换成交流电压，采用SPWM控制策略，调压控制器采用数字式PI控制，实时地调节逆变输出电压的幅值，以满足实际的要求。系统的主回路选择IGBT作为开关器件，为了减少输出电压的谐波，逆变电源输出接有串联谐振滤波电路。

逆变电源最重要的特性就是输出电压大小可控和输出电压波形质量好，所以，在各种应用中，对逆变电源的输出有严格要求，除要求频率可变、电压可调外，还要求电压基波含量尽可能多，谐波含量尽可能少。

一般开关电路只能输出正、负矩形波电压，其中，含有大量的谐波，为了获得正弦波输出，可以采用LC滤波器。但是，对于低阶次的谐波滤波器，LC滤波器的代价太大，并不适用对于中功率和小功率的逆变电源，采用每半个周期中多个脉冲的SPWM控制，既然调节输出电压的大小、又能消除一些低次谐波，在本次的仿真模型中，将LC滤波器和SPWM控制结合，以获得质量较好的波形。

三、系统仿真模型的建立

利用Matlab软件中的Simulink和Power System Blochset构建三相SPWM逆变电源的电路模型，如图（2）所示。

这一系统是由AC-DC和DC-AC两部分组成，60HZ的交流电通过整流器送到逆变器，再由逆变器的输出经过LC滤波器供电给一个交流负载6路IGBT模块选用PSB库的子库Power Electronics中的Universal Brioge模型，只需把Universal Brioge属性Power Electronics Device改为IGBT/D DDE即可。其他的参数可以根据自己的实际需要来设置。模型中关键点的部分就是电压调节系统，模型如图（3）所示。

电压调节系统的功能是实现系统的闭环控制，采用数字PI控制策略，数字PI的输入信号是主电路输出电压的取样信号，此信号是从利用PSB库的子库Extra Library中的Measukment子库中下载的3-phase VIMersurement模型的电压测量端取得，由于所仿真的电路是三相逆变电源，实时地调节输出电压值，应考虑同时取样三相电压信号，通过一定的运算，把它转化为一维或二维的信号，降低所要处理信号的复杂性，同时又不会丢失固有的特征信息，转化后的信号与参考信号比较并进行数字PI调节，最后把数字PI输出的信号还原成PWM的控制信号。本模型采用派克坐标变换方法，把三相正弦信号转化为dqo坐标的信号，变换后的信号送入PI模块，进行PI调节，经PI调节后，信号还原成三相PWM控制信号。

SPWM信号发生器采用Matlab/PSB/Extra/Discrele ControlBlock中的离散PWM发生器，调制信号选择外部调制方式，三相LC滤波器是由三相电感和电容组合封装成的一个模块，如图（4）所示。

此系统设置仿真参数，采用的是数字PI控制策略，所以，闭环控制部分是离散系统，但是，开环主电路却是连续系统，因此，整个系统是一个离散和连续系统的混合体，仿真时，步长不能选择变步长的仿真，而只能选择固定步长的参数。启动仿真，在示波器上，可以看到3个电压波形，如图（5）所示。

(1)整流器输出的直流电压 Vdc; (2)逆变电源输出的线电压Vab-inv; (3)加在负载上的线电压Vab-bad

从波形图上可以看出，负载电压非常接近正弦波，这是由于LC滤波器大大减少了逆变电源输出电压的谐波。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/7u7t.html